Водородните двигатели: как работят и защо са ключови за бъдещето

Водородните двигатели продължават да бъдат един от най-обещаващите залагания за бъдещето на устойчивото автомобилостроене. Въпреки някои технически и логистични предизвикателства, тази технология предизвика нарастващ интерес в големи марки като Toyota, BMW, Mazda, Hyundai и Ford, които вече са инвестирали значителни ресурси в разработването на тези системи. В момента разграничаваме два основни типа водородни двигатели в индустрията: водородни двигатели с вътрешно горене и двигатели с горивни клетки.

В тази статия ще обясним работата на водородни двигатели, техните основни характеристики, предимствата и недостатъците на всяка от системите и как те могат да повлияят на бъдещето на транспорта.

Как работи водородният двигател с вътрешно горене?

Водородният двигател с вътрешно горене работи много подобно на традиционния бензинов или дизелов двигател с вътрешно горене, но с една съществена разлика: той използва водород като гориво вместо петролни продукти. В този случай, водородът се смесва с кислорода вътре в горивната камера и се запалва от искра, точно както при конвенционален двигател. Този процес освобождава енергия, която задвижва буталата и генерира механично движение.

Едно от основните предимства на този тип двигател е, че вместо да произвежда въглероден диоксид (CO2), той отделя водна пара като вторичен продукт. Въпреки това, поради високите температури, достигнати по време на горенето, се генерират азотни оксиди (NOx), които продължават да замърсяват. За смекчаване на този проблем някои решения включват инжектиране на вода във всмукателната система, техника, за която е доказано, че значително намалява образуването на NOx.

Двигателите с водородно горене обаче също са изправени пред предизвикателства, свързани с енергийна плътност на водород, което е по-ниско от това на другите течни горива. Това означава, че е необходимо по-голямо количество водород, за да извърши същата работа като бензинов двигател. Въпреки че могат да работят с алтернативни горива като CNG или LPG, съхранението остава пречка, тъй като водородът трябва да се съхранява при много високо налягане, обикновено 700 бара, което включва използването на много скъпи специализирани резервоари.

Примери за водородни двигатели

Забележителен пример за водороден двигател е този на bmw 750hl, което беше едно от първите превозни средства, използващи течен водород като гориво. Този модел изисква изключително ниски температури (-253ºC), за да съхранява водорода ефективно в специални резервоари. Въпреки че беше надминат от нови дизайни, той представлява крайъгълен камък в развитието на тази технология.

Друг случай е двигателят водороден водолей, разработен от израелска компания. Този двигател се отличава с това, че не изисква смазочно масло, което опростява поддръжката му. Освен това неговата иновативна система минимизира емисиите на NOx и поради своята лекота и ниска цена се представя като жизнеспособна опция както за превозни средства, така и за генератори на енергия.

Как работи водороден двигател с горивни клетки

За разлика от двигателите с вътрешно горене, двигателите с вътрешно горене горивна клетка Те преобразуват водорода в електричество чрез електрохимичен процес, наречен обратна електролиза. Когато водородът, съхраняван в резервоари, се комбинира с кислород в горивна клетка, се генерира електричество, което захранва електрически мотор, докато единственият страничен продукт е чистата вода.

Този процес е много по-ефективен от изгарянето на водород и, най-важното, не отделя замърсители. Високата производствена цена на горивните клетки обаче е ключова пречка. В момента платината се използва като катализатор в процеса, но някои изследователи търсят по-достъпни алтернативи, като феросплави, за да намалят разходите.

Чудесен пример за технология с горивни клетки е Toyota mirai, който привлече вниманието със своята производителност и способността си да изминава до 650 км с водородно зареждане. Този тип технология е идеална за превозни средства, които пътуват на дълги разстояния, като камиони или автобуси, поради по-голямата автономност, която предлагат в сравнение с конвенционалните електрически автомобили.

Предимства и недостатъци на водородния двигател

Водородните двигатели, както с вътрешно горене, така и с горивни клетки, предлагат серия от ventajas y предизвикателства, които трябва да бъдат претеглени преди широкото приемане:

• Ползи:
• Времената за зареждане с водород са значително по-кратки (по-малко от 5 минути) в сравнение със зареждането на електрически батерии.
• Емисиите са много по-ниски или нулеви, в зависимост от използваната система.
• Водородът е най-разпространеният елемент във Вселената, което го прави дългосрочен устойчив вариант.
• Водородните превозни средства могат да пречистват въздуха, в който циркулират, като например Hyundai Nexo, което допринася за подобряване на градската среда.

• недостатъци:
• Разходите за производство на горивни клетки и инфраструктура за съхранение на водород остават високи.
• Инфраструктурата за зареждане с водород е ограничена, с малко станции в повечето страни.
• Процесът на производство на водород не винаги е чист, особено ако се получава от невъзобновяеми източници.

Автономност и безопасност при водородни автомобили

Водородните превозни средства се открояват със своите автономия, достигайки цифри, сравними с тези на бензиновите автомобили. Модели като Hyundai nexo Те предлагат до 666 км автономност, докато Toyota Mirai надхвърля 650 км. Това прави водородните превозни средства силно конкурентни по отношение на мобилността на дълги разстояния.

Тъй като сигурност, водородните резервоари са проектирани да издържат на много високо налягане и дори куршуми, както уверява Toyota в своя модел Mirai. Инфраструктурата и стандартите за безопасност за водородни превозни средства изминаха дълъг път през последните години, което доведе до превозни средства, които са толкова безопасни, колкото техните бензинови или дизелови еквиваленти.

Бъдещето на водорода в автомобилната индустрия продължава да се развива. С напредването на технологиите за вътрешно горене и горивни клетки, заедно с развитието на по-ефективна инфраструктура, вероятно ще видим увеличаване на приемането на превозни средства, задвижвани с водород.