מנוע מימן. איך זה עובד וחסרונות

מנועי הבעירה הפנימית לא נראו כמובילי הנעה נפרדים באופן דרמטי. במקום זאת, המנוע הקלאסי נוצר כתוצאה משכלול ושיפור מנועי החום. קרא כיצד הופיעה בהדרגה היחידה, שאנו רגילים לראות מתחת למכסה המנוע של מכוניות. במאמר נפרד.

עם זאת, כאשר הופיעה המכונית הראשונה המצוידת במנוע בעירה פנימית, האנושות קיבלה רכב מונע עצמי שלא נדרש להזנה מתמדת, כמו סוס. דברים רבים השתנו במנועים מאז 1885, אך חסרון אחד נותר ללא שינוי. במהלך הבעירה של תערובת של בנזין (או דלק אחר) ואוויר, משתחררים יותר מדי חומרים מזיקים שמזהמים את הסביבה.

אם לפני הופעתם של כלי רכב עם הנעה עצמית, אדריכלי מדינות אירופה חששו כי ערים גדולות יטבעו בגללי סוסים, כיום תושבי מגלופוליטים נושמים אוויר מלוכלך.

מחמירים את הסטנדרטים הסביבתיים לתחבורה מאלצים את יצרני הרכב לפתח מערכת הנעה נקייה יותר. לכן, חברות רבות התעניינו בטכנולוגיה שנוצרה בעבר של אנג'וס ג'דליק - עגלה מונעת עצמית המונעת על משיכה חשמלית, שהופיעה עוד בשנת 1828. והיום הטכנולוגיה הזו התבססה כל כך חזק בעולם הרכב שלא תפתיעו אף אחד עם מכונית חשמלית או היברידית.

אך מה שמעודד באמת הוא תחנות הכוח, שהשחרור היחיד שלהן הוא שתיית מים. זה מנוע מימן.

מהו מנוע מימן?

זהו סוג של מנוע המשתמש במימן כדלק. השימוש באלמנט כימי זה יפחית את דלדול משאבי הפחמימנים. הסיבה השנייה להתעניינות במתקנים כאלה היא הפחתת זיהום הסביבה.

תלוי בסוג המנוע שישמש בהובלה, פעולתו תהיה שונה ממנוע הבעירה הפנימית הקלאסית או תהיה זהה.

היסטוריה קצרה

מנועי בעירה פנימית של מימן הופיעו באותה תקופה בה פותח ושיפור עקרון ICE. מהנדס וממציא צרפתי תכנן גרסה משלו למנוע בעירה פנימית. הדלק בו השתמש בהתפתחותו הוא מימן, המופיע כתוצאה מאלקטרוליזה של H₂א. בשנת 1807 הופיעה מכונית המימן הראשונה.

יצחק דה ריבז בשנת 1807 הגיש פטנט לפיתוח טרקטור לציוד צבאי. כאחת מיחידות הכוח, הוא הציע להשתמש במימן.

יחידת הכוח הייתה בוכנה, וההצתה בה נבעה מהיווצרות ניצוץ בגליל. נכון, היצירה הראשונה של הממציא נזקקה לייצור ניצוצות ידני. לאחר שנתיים בלבד הוא סיים את עבודתו, ונולד רכב המימן המונע בעצמו.

עם זאת, באותה תקופה לפיתוח לא הוענק חשיבות מכיוון שלא ניתן להשיג גז לאחסון כמו בנזין. מנועי מימן שימשו כמעט בלנינגרד במהלך החסימה מהמחצית השנייה של 1941. אמנם, עלינו להודות כי לא היו אלה יחידות מימן בלבד. אלה היו מנועי בעירה פנימית רגילה של גאז, רק שלא היה להם דלק, אבל היה הרבה דלק באותה תקופה, מכיוון שהם מונעו על ידי בלונים.

במחצית הראשונה של שנות השמונים, מדינות רבות, לא רק אירופאיות, אלא גם אמריקה, רוסיה ויפן, התחייבו להתנסות במתקנים מסוג זה. אז, בשנת 80, עם העבודה המשותפת של מפעל קוואנט וארגון הרכב RAF, הופיע מנוע משולב, שנע על תערובת של מימן ואוויר, וסוללה של 1982 קילוואט / שעה שימשה כמקור אנרגיה.

מאז, היו ניסיונות של מדינות שונות להכניס רכבים "ירוקים" לקווי הדגם שלהם, אך ברוב המקרים מכוניות כאלה נותרו בקטגוריית האב-טיפוס או שהיו בעלות מהדורה מוגבלת מאוד.

איך זה עובד?

מכיוון שהיום ישנם מנועי הפעלה רבים בקטגוריה זו, מפעל המימן יפעל על פי העיקרון שלו בכל מקרה לגופו. שקול כיצד עובד שינוי אחד שיכול להחליף את מנוע הבעירה הפנימית הקלאסית.

במנוע כזה, בהחלט ישתמש בתאי דלק. הם סוג של גנרטורים המפעילים תגובה אלקטרוכימית. בתוך המכשיר מחמצן מימן, ותוצאת התגובה היא שחרור חשמל, אדי מים וחנקן. פחמן דו חמצני אינו נפלט במתקן כזה.

רכב המבוסס על יחידה דומה הוא אותו רכב חשמלי, רק המצבר בו קטן בהרבה. תא הדלק מייצר מספיק אנרגיה להפעלת כל מערכות הרכב. האזהרה היחידה היא שמתחילת התהליך ועד לייצור האנרגיה, זה יכול לקחת בערך 2 דקות. אך התפוקה המרבית של ההתקנה מתחילה לאחר התחממות המערכת, שאורכת מרבע שעה עד 60 דקות.

כדי שתחנת הכוח לא תעבוד לשווא, ואין צורך להכין את ההובלה לנסיעה מראש, מותקנת בה סוללה קונבנציונאלית. תוך כדי נסיעה הוא נטען מחדש בגלל התאוששות, והוא נדרש אך ורק לצורך התנעת מכונית.

מכונית כזו מצוידת בצילינדר בנפחים שונים, שאליו נשאב מימן. תלוי במצב הנהיגה, בגודל המכונית ובעוצמת המתקן החשמלי, קילוגרם אחד של דלק יכול להספיק למאה קילומטרים של נסיעה.

סוגי מנועי מימן

למרות שיש כמה שינויים במנועי מימן, כולם מתחלקים לשני סוגים:

• סוג היחידה עם תא דלק;
• מנוע בעירה פנימית שונה, המותאם לעבודה על מימן.

בואו ניקח בחשבון כל סוג בנפרד: מה התכונות שלהם.

תחנות כוח המבוססות על תאי דלק מימן

תא הדלק מבוסס על העיקרון של סוללה, בה מתרחש תהליך אלקטרוכימי. ההבדל היחיד בין אנלוגי המימן הוא היעילות הגבוהה יותר שלו (בחלק מהמקרים, יותר מ 45 אחוז).

תא הדלק הוא תא יחיד בו ממוקמים שני אלמנטים: הקתודה והאנודה. שתי האלקטרודות מצופות פלטינה (או פלדיום). קרום ממוקם ביניהם. הוא מחלק את החלל לשני חדרים. חמצן מסופק לחלל עם הקתודה, ומימן מסופק לשני.

כתוצאה מכך מתרחשת תגובה כימית שתוצאתה היא שילוב של מולקולות חמצן ומימן עם שחרור החשמל. תופעת לוואי של התהליך היא שחרור מים וחנקן. אלקטרודות תא הדלק מחוברות למעגל החשמלי של המכונית, כולל המנוע החשמלי.

מנועי בעירה פנימית מימן

במקרה זה, למרות שהמנוע נקרא מימן, יש לו מבנה זהה לזה של ICE קונבנציונאלי. ההבדל היחיד הוא שלא הבנזין או הפרופן נשרפים, אלא מימן. אם אתה ממלא גליל במימן, הרי שיש בעיה אחת - גז זה יפחית את היעילות של יחידה קונבנציונאלית בכ- 60 אחוזים.

להלן מספר בעיות נוספות במעבר למימן ללא שדרוג המנוע:

• כאשר ה- HTS נדחס, הגז ייכנס לתגובה כימית עם המתכת ממנה עשויים תא הבעירה והבוכנה, ולעיתים קרובות זה יכול לקרות גם עם שמן מנוע. מסיבה זו נוצר תרכובת נוספת בתא הבעירה, שאינה שונה ביכולת מיוחדת להישרף היטב;
• הפערים בתא הבעירה חייבים להיות מושלמים. אם איפשהו במערכת הדלק יש דליפה מינימלית לפחות, הגז יידלק בקלות במגע עם חפצים חמים.

מנוע להונדה בהירות

מסיבות אלה, פרקטי יותר להשתמש במימן כדלק במנועים סיבוביים (מה התכונה שלהם, קרא כאן). סעפות הכניסה והפליטה של ​​יחידות כאלה ממוקמות בנפרד זו מזו, כך שהגז בכניסה אינו מתחמם. כך או כך, בעוד המנועים עוברים מודרניזציה בכדי לעקוף את הבעיות בשימוש בדלק זול וידידותי יותר לסביבה.

כמה זמן אורך חיי השירות של תאי דלק?

בכל רחבי העולם כיום, מכוניות כאלה הן נדירות מאוד, והן עדיין לא בסדרה, קשה לומר איזה משאב יש למקור אנרגיה נתון. למלאכות אין עדיין ניסיון בעניין זה.

הדבר היחיד שניתן לומר הוא שעל פי הצהרות נציגי טויוטה, תא הדלק של מכונית הייצור שלהם מיראי מסוגל לייצר אנרגיה ללא הפרעה עד 250 אלף קילומטרים. לאחר אבן דרך זו, עליך לעקוב אחר יעילות המכשיר. אם הביצועים שלו ירדו באופן ניכר, תא הדלק משתנה במרכז שירות מורשה. נכון, יש לצפות כי החברה תיקח סכום הגון עבור הליך זה.

אילו חברות כבר מייצרות או מתכוונות לייצר מכוניות מימן?

חברות רבות עוסקות בפיתוח יחידת כוח ידידותית לסביבה. הנה מותגי הרכב, בלשכת העיצוב שכבר ישנן אפשרויות עבודה, מוכנות לצאת לסדרות:

• מרצדס בנץ היא קרוסאובר מסוג GLC מסוג FLC שתחילת המכירות שלו הוכרזה בשנת 2018, אך עד כה רק כמה מפעלים ומשרדי גרמניה רכשו אותו. יחידת טרקטור תאי דלק מימן, GenH2, נחשפה לאחרונה;
• יונדאי - אב טיפוס Nexo שהוצג לפני שנתיים;
• ב.מ.וו היא אב טיפוס של המימן מימן 7, ששוחרר מפס הייצור. האצווה של 100 עותקים נשארה בשלב הניסוי, אבל זה כבר משהו.

בין מכוניות המניות שניתן לקנות באמריקה ובאירופה ניתן למנות את דגמי Mirai ו- Clarity של טויוטה והונדה בהתאמה. עבור שאר החברות, פיתוח זה עדיין נמצא בגרסת השרטוט, או בתור אב טיפוס שאינו עובד.

טויוטה מיראי

הונדה בהירות

כמה עולה מכונית מונעת מימן?

העלות של מכונית מימן היא הגונה. הסיבה לכך היא המתכות היקרות המהוות חלק מהאלקטרודות של תאי דלק (פלדיום או פלטינה). כמו כן, מכונית מודרנית מצוידת באינספור מערכות אבטחה וייצוב פעולתם של אלמנטים חשמליים, דבר הדורש גם משאבים חומריים.

אומנם התחזוקה של מכונית כזו (עד לרגע החלפת תאי הדלק) אינה יקרה בהרבה ממכונית רגילה מהדורות האחרונים. יש מדינות שמעניקות חסות לייצור מימן, אך גם עם זה תצטרך לשלם 11 וחצי דולר בממוצע לק"ג גז. תלוי בסוג המנוע זה יכול להספיק למרחק של כמאה קילומטרים.

מדוע מכוניות מימן טובות יותר ממכוניות חשמליות?

אם תיקח מפעל מימן עם תאי דלק, אז מכונית כזו תהיה זהה למכונית החשמלית שאנחנו רגילים לראות בכבישים. ההבדל היחיד הוא שהמכונית החשמלית נטענת מהרשת או ממסוף בתחנת דלק. הובלת מימן עצמה מייצרת לעצמה חשמל.

באשר לעלות של מכוניות כאלה, הן יקרות יותר. לדוגמא, דגמי הבסיס של טסלה יעלו החל מ 45 אלף דולר. ניתן לרכוש אנלוגים מימן מיפן תמורת 57 אלף יחידות. לעומת זאת, בווארים מוכרים את מכוניותיהם על דלק "ירוק" במחיר של 50 דולר.

אם ניקח בחשבון את המעשיות, קל יותר לתדלק את המכונית בגז (זה ייקח כחמש דקות) מאשר להמתין חצי שעה (עם טעינה מהירה, שאינה מותרת לכל סוגי המצברים) בחניה. זה הפלוס של צמחי מימן.

יתרון נוסף הוא שתאי דלק אינם זקוקים במיוחד לתחזוקה, וחיי העבודה שלהם גדולים למדי. באשר לרכבים חשמליים, הסוללה הענקית שלהם תחייב החלפה בעוד כחמש שנים בשל העובדה שיש לה מחזורי פריקה רבים של טעינה. בכפור, הסוללה ברכבים חשמליים מתרוקנת הרבה יותר מהר מאשר בקיץ. אך היסוד בתגובת חמצון המימן אינו סובל מכך ומייצר חשמל ביציבות.

מה הסיכויים למכוניות מימן ומתי הם יראו על הכביש?

באירופה ובארצות הברית כבר ניתן למצוא את מכונית המימן. עם זאת, הם עדיין בקטגוריית הסקרנות. והיום מעטים הסיכויים.

הסיבה העיקרית שסוג תחבורה זה לא ימלא במהרה את כבישי כל המדינות היא היעדר יכולות ייצור. ראשית, יש צורך להקים ייצור מימן. יתר על כן, יש צורך להגיע לרמה כזו שמלבד הידידותיות הסביבתית היא גם דלק לרשות הנהגים. בנוסף לייצור גז זה, יש צורך לארגן את הובלתו (אם כי לשם כך תוכלו להשתמש בבטחה בכבישים המהירים שלאורכו מועבר מתאן), וכן לצייד תחנות דלק רבות במסופים מתאימים.

שנית, כל יצרנית רכב תצטרך לחדש ברצינות את קווי הייצור, מה שדורש השקעה ניכרת. בכלכלה לא יציבה עקב פרוץ מגיפה עולמית, מעטים ייקחו סיכונים כאלה.

אם מסתכלים על קצב התפתחות התחבורה החשמלית, תהליך הפופולריות התרחש במהירות רבה. עם זאת, הסיבה לפופולריות של מכוניות חשמליות היא היכולת לחסוך בדלק. וזו לעיתים קרובות הסיבה הראשונה מדוע הם נקנים, ולא לשם שמירת הסביבה. במקרה של מימן, לא ניתן יהיה לחסוך כסף (לפחות כעת), מכיוון שמוציאים הרבה יותר משאבי אנרגיה לייצורו.

יתרונות וחסרונות עיקריים של מנועי מימן

אז בואו נסכם. היתרונות של מנועים המונעים במימן כוללים את הגורמים הבאים:

• פליטה ידידותית לסביבה;
• הפעלה שקטה של ​​יחידת הכוח (מתיחה חשמלית);
• במקרה של שימוש בתא דלק, אין צורך בתחזוקה תכופה;
• תדלוק מהיר;
• בהשוואה לרכבים חשמליים, מערכת ההנעה ומקור האנרגיה פועלים בצורה יציבה יותר גם בטמפרטורות קפואות.

למרות שלא ניתן לכנות את ההתפתחות חידוש, בכל זאת, יש בה עדיין מספר חסרונות המניעים את הנהג הממוצע להתבונן בה בזהירות. הנה כמה מהם:

• כדי שמימן יתלקח, הוא חייב להיות במצב גזי. זה יוצר קשיים מסוימים. לדוגמא, מדחסים יקרים מיוחדים נדרשים לדחיסת גזים קלים. יש גם בעיה עם אחסון והובלה נכונים של דלק, מכיוון שהוא דליק ביותר;
• יש לבדוק מדי פעם את הצילינדר, אשר יותקן על המכונית. לשם כך, הנהג יצטרך לבקר במרכז מיוחד, וזה עלות נוספת;
• במכונית מימן לא משתמשים בסוללה ענקית, אולם ההתקנה עדיין שוקלת בצורה הגונה, מה שמשפיע משמעותית על המאפיינים הדינמיים של הרכב;
• מימן - נדלק בניצוץ הקל ביותר, כך שתאונה בה מעורב מכונית כזו תלווה בפיצוץ חמור. בהתחשב ביחס הלא אחראי של חלק מהנהגים לביטחונם שלהם ולחייהם של משתמשי דרך אחרים, עדיין לא ניתן לשחרר רכבים כאלה לכבישים.

לנוכח האינטרס של האנושות בסביבה נקייה יותר, אנו יכולים לצפות שתהיה פריצת דרך בנושא השלמת התחבורה ה"ירוקה ". אבל כשזה קורה, רק הזמן יגיד.

בינתיים צפו בסקירת הווידיאו של טויוטה מיראי:

עתיד על מימן? טויוטה מיראי - סקירה מלאה ומפרטים | LiveFEED®

שאלות ותשובות:

מדוע מנוע מימן מסוכן? במהלך הבעירה של תערובת המימן, המנוע מתחמם יותר מאשר בזמן בעירה של בנזין. כתוצאה מכך, יש סבירות גבוהה של שחיקה של בוכנות, שסתומים ועומס יתר של היחידה.

איך לתדלק מכונית מימן? מכונית כזו מתודלקת במימן במצב גזי (גז נוזלי או דחוס). כדי לאחסן דלק, הוא נדחס ל-350-700 אטמוספרות, והטמפרטורה יכולה להגיע ל-259 מעלות.

כיצד פועל מנוע בעירה פנימית של מימן? המכונית מצוידת במעין מצבר. חמצן ומימן עוברים דרך לוחות מיוחדים. התוצאה היא תגובה כימית עם שחרור אדי מים וחשמל.