نا گفته های موتورهای احتراق هیدروژنی

بسیاری از خودروسازان روی فناوری هیدروژن سرمایه گذاری کرده اند، اما چالش ها و محدودیت های ناگفته ای در مورد موتورهای احتراق هیدروژنی در این نوع خودروها وجود دارد.

با توجه به اینکه ذخایر سوخت فسیلی مانند نفت پیش بینی می شود تا سال 2040 تمام شود و نگرانی فزاینده در مورد گرم شدن کره زمین، نیاز به منابع سوخت جایگزین برای تامین انرژی وسایل نقلیه خودرویی بیش از هر زمان دیگری اهمیت دارد.

در حالی که جهان به جستجوی منابع انرژی پاک تر و پایدارتر ادامه می دهد، شرکت هایی مانند تویوتا و هوندا اطمینان حاصل کرده اند که موتورهای احتراق هیدروژنی به عنوان جایگزین امیدوارکننده ای برای سوخت های فسیلی در نظر گرفته می شوند. اگرچه زمانی به عنوان یک راه حل مطرح می شد، با وجود تبلیغات اولیه، به نظر می رسد که موتور احتراق هیدروژن اخیراً توجه را از دست داده است.

با این حال، این بدان معنا نیست که آینده مبتنی بر هیدروژن آن چیزی نخواهد بود که جهان به آن می رسد. وضعیت فعلی که جهان به سمت آن متمایل است، وسایل نقلیه الکتریکی است، اما آنها به سادگی محدودیت های خود را دارند، حتی با گام های نوآورانه فوق العاده ای که شرکت ها هر ساله انجام می دهند. نکته اصلی این است که درست مانند هر جنبه مثبت فناوری، یک جنبه منفی نیز وجود دارد.

نقطه ضعف تولید EV هزینه و منابع مورد نیاز برای ایجاد باتری هایی است که آن وسایل نقلیه خاص به آن نیاز دارند.

از طرف دیگر، شما وسایل نقلیه ICE-driven دارید که هزینه ساخت آنها بسیار کمتر است اما به منابعی نیز نیاز دارند که در نهایت تمام می شوند.

وسایل نقلیه هیدروژنی در زمین بازی خود هستند زیرا مانند موتورهای احتراق داخلی که با بنزین حرکت می کنند، ساخت آنها ارزان تر است. متأسفانه، هیدروژن همان مشکلی را دارد که دو گزینه دیگر دارند: فرآیند ایجاد هیدروژن به منابع طبیعی نیاز دارد که در نهایت تمام خواهد شد.

اما راه‌های متعددی برای توسعه هیدروژن وجود دارد که برخی از آنها در صورت تکمیل شدن، صنعت را در اختیار خواهند گرفت. بیایید کمی عمیق‌تر به مواردی که در مورد این گزینه بسیار عملی به شما گفته نمی‌شود نگاهی بیندازیم، اما گزینه‌ای با برخی پیچیدگی‌ها که باید بررسی شود.

موتور هیدروژنی ده ها سال است که وجود دارد و به همین دلیل در قلب بسیاری از ما جای گرفته است. به همین دلیل، ما تصمیم گرفته‌ایم این نوشته را به‌روزرسانی و به‌روزرسانی کنیم، نه اینکه بگذاریم در بیابان قطعات قدیمی در اینترنت گم شود. برای به‌روزرسانی‌های بیشتر و اطلاعات جدید، دوباره اینجا را بررسی کنید.

مشابه موتورهای احتراق داخلی معمولی، موتورهای احتراق هیدروژنی با استفاده از یک واکنش شیمیایی برای آزاد کردن انرژی از مخلوط سوخت و هوا عمل می کنند. هیدروژن مایع یا گاز در داخل موتور می سوزد تا نیروی رانش ایجاد شود. در حالی که این روش کاملا مشابه موتورهای احتراق داخلی معمولی است، هیدروژن به عنوان سوخت به جای سوخت های فسیلی استفاده می شود. از آنجایی که هیچ کربنی در کار نیست، انتشار کربن در کل فرآیند احتراق صفر است - به همین دلیل است که ایده هیدروژن به عنوان منبع سوخت بسیار محبوب شد. اما یک گرفتاری وجود دارد.

واکنش اصلی موتورهای قابل احتراق با هیدروژن ترکیب دو مولکول هیدروژن با یک مولکول اکسیژن برای ایجاد دو مولکول آب است. در حالی که این ممکن است بی ضرر به نظر برسد زیرا آب به عنوان یک محصول جانبی آزاد می شود، دمای بالا در این فرآیند باعث می شود که اکسیژن و نیتروژن در داخل محفظه احتراق واکنش نشان دهند و اکسیدهای نیتروژن تشکیل دهند.

این اکسیدهای نیتروژن برای محیط زیست مضر هستند و می توانند بر پوشش گیاهی و عملکرد محصول تأثیر منفی بگذارند. در نتیجه، اگرچه موتورهای احتراق هیدروژن دی اکسید کربن و سایر گازهای سمی تولید نمی کنند، اما به دلیل انتشار اکسیدهای نیتروژن نمی توان آنها را بدون انتشار در نظر گرفت.

راندمان موتورهای قابل احتراق هیدروژنی در حد مطلوب نیست

هیدروژن به دلیل پتانسیل آن برای تحرک بدون انتشار، اغلب به عنوان سوخت جایگزین مناسب برای خودروها ذکر می شود. اگرچه هیدروژن دارای خواص مطلوب بسیاری است، موتورهای احتراق داخلی (ICE) که با هیدروژن کار می‌کنند، برای برآوردن عملکرد و کارایی انتظارات تلاش کرده‌اند.

موتورهای احتراق داخلی هیدروژنی (ICEs) کارایی کمتری دارند (20-25%) و انرژی کمتری نسبت به همتایان خود با سوخت فسیلی تولید می‌کنند که باعث کاهش برد و مدت زمان کار آنها می‌شود.

موتورهای احتراق داخلی هیدروژنی (ICE) از نظر مفهومی با موتورهای بنزینی قابل مقایسه هستند و به همین دلیل، اکسیدهای نیتروژن را نیز منتشر می کنند. با این حال، مهم ترین معایب ICE های هیدروژنی مصرف سوخت و تحرک آنها است. هیدروژن چگالی انرژی کمتری نسبت به سوخت‌های فسیلی دارد، بنابراین هیدروژن بیشتری باید سوزانده شود تا سطوح انرژی مشابهی فراهم شود.

سلول‌های سوختی هیدروژنی و موتورهای الکتریکی دو نمونه از جایگزین‌های کارآمدتر و ماندگارتر برای موتورهای احتراقی معمولی هستند.

با این حال، یک مشکل جدی که ممکن است با خودروهای برقی همراه با بسیاری از مصرف کنندگان دیگر در کشور داشته باشید، این است که آنها دیگر صدای یک ماشین عضلانی واقعی را حمل نمی کنند.

به سادگی هیچ چیز مانند گوش دادن به دور یک موتور بزرگ در حین پایان یافتن آن، آماده شدن برای پرتاب از خط استارت با تمام غرغرهایی که می تواند داشته باشد، وجود ندارد. مسلماً، موتورهای الکتریکی دارای گشتاور آنی بیشتر و پرتاب سریع‌تر هستند، اما آنها به سادگی یکی از جالب‌ترین بخش‌های شرکت در یک مسابقه درگ را از دست می‌دهند.

ماشین‌های عضلانی هیدروژنی ممکن است دارای گشتاور و قدرت بیش از حد بالایی نباشند که یک موتور بنزینی می‌تواند داشته باشد، اما همچنان موتورهای احتراق داخلی هستند. ماشین‌های عضلانی ICE برای مسابقه ساخته شده‌اند، طراحی شده‌اند تا کمی سر و صدا ایجاد کنند، و همچنان طوری مهندسی شده‌اند که تا حد امکان آسیب کمتری به محیط زیست وارد کنند.

همانطور که قبلا توضیح داده شد، موتورهای هیدروژنی آسیب بیشتری نسبت به خودروهای برقی دارند اما به طور قابل توجهی کمتر از یک نسخه سنتی با موتور ICE آسیب می‌رسانند. این به این معنی است که این بهترین راه برای حفظ حس و صدای یک موتور کلاسیک و در عین حال از بین بردن تمام اثرات مضر آن بر روی زمین اطراف آن است.

مقدار انرژی در یک گالن بنزین با انرژی یک کیلوگرم گاز هیدروژن قابل مقایسه است. با این حال، دومی هزینه تولید به مراتب بیشتری دارد. هزینه هر گالن گاز در ایالات متحده تقریباً حدود 3 تا 4 دلار است.

از سوی دیگر، هیدروژن تقریباً 16 دلار به ازای هر کیلوگرم در ایالات متحده هزینه دارد و تنها با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر می توان آن را به صورت اقتصادی تولید کرد.

فشرده سازی هیدروژن در مخازن پرفشار که از انرژی استفاده می کند، گامی ضروری در استفاده از آن در وسایل نقلیه است. هیدروژن خالص بر روی زمین به سختی به دست می آید و اکثریت قریب به اتفاق عرضه جهان از احتراق متان تامین می شود که دی اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه ای آزاد می کند. با این حال، تولید هیدروژن پایدار با الکترولیز آب با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی امکان پذیر است.

اگرچه انرژی خورشیدی یک گزینه امیدوارکننده است، اما نمی تواند مشکل را حل کند زیرا تنها درصد کمی از برق تولید شده در ایالات متحده را تشکیل می دهد. با این حال، اگر انرژی خورشیدی به یک منبع انرژی قابل توجه تبدیل شود، ممکن است با گذشت زمان تغییر کند.

قیمت بنزین و گازوئیل به آرامی در حال افزایش است. حتی با وجود اینکه جهان به اندازه کافی خوش شانس بوده است که در سال گذشته شاهد کاهش قیمت‌ها بوده است، قیمت‌هایی که در مقطعی از تاریخ کمتر از یک دلار بودند، همچنان به افزایش خود ادامه می‌دهند. با افزایش قیمت ها، وسایل نقلیه الکتریکی جذاب تر و جذاب تر می شوند زیرا هزینه واقعی مالکیت آنها در جزئیات پنهان می شود.

این به سادگی به این معنی است که از آنجایی که شما قبلاً قبض برق را در خانه پرداخت می کنید، یک دستگاه اضافه که به برق متصل است توجه زیادی را به خود جلب نخواهد کرد، بنابراین طبق همه حساب ها، رانندگی EV هزینه ای ندارد. اما در واقع این کار را می کند.

در واقع تقریباً نصف مقداری را که برای پر کردن بنزین در هر ماه برای شما هزینه می شود، مصرف می کند. به عنوان مثال، اگر شما 400 دلار بنزین در ماه مصرف می کنید، 200 دلار برق در هر ماه برای شارژ در خانه استفاده می کنید.

از آنجایی که فرآیند ساخت هیدروژن از طریق فرآیند استفاده از منابع تجدیدپذیر بهبود می یابد، تولید آن ارزان تر خواهد بود. هرچه هزینه های تولید کمتر باشد، هنگامی که ماشین یا کامیون هیدروژنی خود را پر می کنید، قیمت ها برای شما بهتر خواهد بود.

بنابراین، همانطور که جهان به سمت آینده حرکت می کند، و هیدروژن فراوان تر می شود، و برق به دلیل تقاضا گران تر می شود، EV مقرون به صرفه تر از خودروی هیدروژنی خواهد بود، که باعث تغییر دیگری در جهت خواهد شد. صنعت. آن دسته از شرکت هایی که اکنون روی این فناوری سرمایه گذاری می کنند، بسیار جلوتر از رقبا خواهند بود.

خودروهای الکتریکی با سوخت هیدروژنی تقریباً دو برابر خودروهای الکتریکی احتراق داخلی هیدروژنی کارآمد هستند. همچنین، خودروهایی که با هیدروژن ICE کار می‌کنند، هزینه‌های عملیاتی بالاتری نسبت به خودروهای باتری‌دار خواهند داشت، که قیمت آن‌ها کاهش می‌یابد اما در دسترس‌تر می‌شوند.

موتورهای الکتریکی با استفاده از سلول های سوختی هیدروژنی سازگارتر و فشرده تر هستند و عملکرد بهتری نسبت به موتورهای احتراق داخلی هیدروژنی ارائه می دهند. موتورهای الکتریکی همچنین دارای مزایای قابل اعتمادتر بودن و ایجاد صدای کمتر نسبت به ICE ها هستند. FCEVها هزینه اولیه بیشتری نسبت به ICE هایی دارند که بر روی هیدروژن کار می کنند، اما کاهش هزینه سوخت آنها را در طول زمان مقرون به صرفه تر می کند.

شرکت‌هایی مانند تسلا، ریویان، و مجموعه کامیون‌های Volvo VNR Electric Series پیشرفت‌های زیادی داشته‌اند، اما کامیون‌داران باید بتوانند بیش از چند صد مایل را قبل از شارژ کردن، طی کنند. اگر کمی ریاضی اولیه را انجام دهید، مشکل را خواهید دید.

اول، بیایید تصور کنیم که یک راننده در یک دوره هشت روزه 80 ساعت در جاده است. آن‌ها می‌توانند تا ۱۱ ساعت در روز در جاده باشند، اما برای آسان‌تر کردن کار، اجازه دهید همه چیز را به طور مساوی تقسیم کنیم و آن را ۱۰ ساعت در روز برای هشت روز در نظر بگیریم. این بدان معناست که در سرعت 60 مایل در ساعت، یک راننده کامیون متوسط باید روزانه 600 مایل رانندگی کند که با 200 مایل شارژ کامل فاصله زیادی دارد.

این همان جایی است که نیروی هیدروژن وارد می شود. این راه اندازی بسیار شبیه به یک وسیله نقلیه تحویل 2 تنی پروپان مانند آنهایی است که سرویس تحویل Schwans استفاده می کند، اما با مخازن هیدروژن. این امر به هر شرکت حمل و نقل جاده ای اجازه می دهد تا میزان آلودگی ناشی از سوخت دیزل سوخته را کاهش دهد و در عین حال برد و قدرت مورد نیاز برای حمل بارها را در سراسر قاره به عقب و جلو می دهد.

برای تحویل محلی، یک خودروی نیمه الکتریکی ممکن است امکان پذیر باشد، اما برای کامیون داران مسافت طولانی، این امکان وجود ندارد، بنابراین تنها راه برای کاهش انتشار کربن استفاده از هیدروژن و استفاده از سوخت دیزل در گذشته است.

موتورهای احتراق داخلی هیدروژنی (HICE) به عنوان یک راه حل بالقوه برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و بهبود بهره وری سوخت مورد توجه قرار گرفته اند. با این حال، یکی از چالش‌های اصلی این فناوری این است که هیدروژن دارای چگالی انرژی کم از نظر حجمی است.

این بدان معناست که برای دستیابی به همان سطح انرژی خروجی، باید حجم بیشتری از هیدروژن در خودرو ذخیره شود. در نتیجه، HICEها به مخزن سوخت بزرگتری نیاز دارند تا برد و عملکرد مشابه موتورهای بنزینی یا دیزلی را ارائه دهند.

این به معنای افزایش قابل توجه فضای لازم برای قرار دادن مخزن سوخت است که می تواند در طراحی و عملکرد خودرو مشکل ساز باشد.

از نظر عملی، مخزن سوخت بزرگتر به معنای فضای کمتری برای مسافران و محموله است که می تواند عملی بودن و کاربرد وسیله نقلیه را محدود کند. این می تواند یک نقطه ضعف قابل توجه باشد، به ویژه برای وسایل نقلیه ای که برای استفاده تجاری یا شخصی طراحی شده اند، جایی که فضا در آنها برتر است.

علاوه بر این، اندازه مخزن سوخت مورد نیاز برای HICE ها نیز می تواند بر وزن و اندازه کلی خودرو تأثیر بگذارد، که می تواند پیامدهای بیشتری برای عملکرد و کارایی سوخت داشته باشد. این می‌تواند طراحی HICE‌هایی را که کارآمد و کاربردی هستند و در عین حال همان سطح عملکرد و برد موتورهای سوخت فسیلی سنتی را ارائه می‌دهند، چالش‌برانگیزتر کند.

با وجود این چالش ها، هنوز مزایای بالقوه زیادی برای استفاده از هیدروژن به عنوان منبع سوخت برای موتورهای احتراق داخلی وجود دارد. به عنوان مثال، هیدروژن را می توان از منابع تجدید پذیر تولید کرد و پتانسیل کاهش قابل توجهی انتشار گازهای گلخانه ای را در مقایسه با سوخت های فسیلی سنتی دارد.

با این حال، شناخت محدودیت های این فناوری و تلاش برای توسعه راه حل های عملی و کارآمد که بتواند نیازهای مصرف کنندگان و صنایع را به طور یکسان برآورده کند، مهم است.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.