ENGINEERING AND TECHNOLOGY IN TRANSPORT Diagnostics and repair
Водородът, най -разпространеният елемент във Вселената, се разглежда все повече, заедно с електрическите превозни средства, като един от начините за забавяне на разрушителното въздействие върху околната среда на 1,2 милиарда превозни средства на планетата, повечето от които изгарят бензин и дизелово гориво. Производителите на големи камиони и търговски превозни средства започват да възприемат технологиите с водородни горивни клетки като път напред. Също и производителите на самолети, влакове и пътнически превозни средства.Водородът обаче не е навлязъл в света на автомобилостроенето. Много производители са експериментирали с технологията и въпреки че някои са се ангажирали да произвеждат превозни средства с водороден двигател в малки количества, масовото усвояване все още изглежда далеч. Ако изобщо някога се случи.
Що се отнася до алтернативните източници на енергия за двигателите, за съзнанието на широката общественост батерията с горивни клетки в момента изостава. И все пак експертите смятат, че автомобилите с водородни горивни клетки ще наваксат в бъдеще. Но как работи технологията? Какви са плюсовете и минусите? Прочетете за отговорите на всички ключови въпроси.
Що се отнася до електромобилността, повечето хора мислят за превозни средства с голяма батерия, която зареждате от контакт от стената. И все пак има друга технология за задвижване, от която пътните експерти очакват много – включително алтернатива на дългите времена на зареждане.
Въпросната технология е водородният двигател, известен още като електрическо превозно средство с горивни клетки или FCEV. Преди да обсъдим плюсовете и минусите на автомобилите с водородни горивни клетки, както и свързаните с тях разходи и рискове, първо ще опишем накратко как работи тази технология.
В горивната клетка на FCEV водородът и кислородът генерират електрическа енергия. Тази енергия се насочва към електродвигателя и/или батерията, ако е необходимо.
В технологията на горивните клетки се осъществява процес, известен като обратна електролиза, при който водородът реагира с кислород в горивната клетка. Водородът идва от един или повече резервоари, вградени във FCEV, докато кислородът идва от околния въздух. Единствените резултати от тази реакция са електрическа енергия, топлина и вода, която се излъчва през отработените газове като водна пара. Така че автомобилите, задвижвани с водород, са без вредни емисии.
Електричеството, генерирано в горивната клетка на водороден двигател, може да поеме по два маршрута, в зависимост от изискванията на конкретната ситуация на шофиране. Той или тече към електродвигателя и захранва FCEV директно, или зарежда батерия, която съхранява енергията, докато е необходима за двигателя. Тази батерия, известна като батерия с пикова мощност, е значително по -малка и следователно по -лека от батерията на напълно електрически автомобил, тъй като се зарежда постоянно от горивната клетка.
Подобно на други електронни автомобили, водородните превозни средства също могат да възстановят или „възстановят“ спирачната енергия. Електрическият мотор преобразува кинетичната енергия на автомобила обратно в електрическа и я захранва в резервната батерия.
Плюсовете и минусите на определена задвижваща технология могат да се видят от две основни гледни точки: тази на потребителя и тази на околната среда. За да успее някоя технология като алтернатива на двигателя с вътрешно горене, тя трябва да бъде лесна за употреба и значително да намали емисиите на замърсители.
Предимства за потребителите:
- Задвижването в автомобилите с водородни горивни клетки е чисто електрическо. Когато шофирате такъв, усещането е подобно на шофирането на обикновен електрически автомобил. Какво означава това? На практика няма шум от двигателя и оживен старт , защото електрическите двигатели осигуряват пълен въртящ момент дори при ниски обороти.
- Друго предимство е кратко време за зареждане. В зависимост от зарядната станция и капацитета на батерията, напълно електрическите превозни средства в момента изискват между 30 минути и няколко часа за пълно зареждане. Водородните резервоари на автомобили с горивни клетки, от друга страна, са пълни и готови за работа за по -малко от пет минути. За потребителите това привежда наличността и гъвкавостта на превозното средство в съответствие с тези на конвенционалните автомобили.
- Засега водородните автомобили все още имат по -голям обхват от чисто електрическите автомобили. Пълният резервоар за водород ще издържи около 300 мили (приблизително 480 километра). Автомобилите, задвижвани от батерии, могат да се сравнят с това с много големи батерии-което от своя страна ще доведе до увеличаване както на теглото на автомобила, така и на времето за зареждане.
- Гамата от превозни средства с горивни клетки не зависи от външната температура . С други думи, не се влошава при студено време.
Водородният двигател се зарежда със специални горивни помпи, които в бъдеще вероятно ще намерят път в обикновените бензиностанции. Както стоят нещата обаче, все още има много малко бензиностанции за автомобили с водороден двигател. В края на 2019 г. в САЩ има само около 40, в сравнение с прибл. 80 в Германия.
Германия е водеща по отношение на инфраструктурата за автомобили с водородни горивни клетки. За да насърчат разширяването на инфраструктурата за зареждане с гориво там, производителите на превозни средства като обединиха усилията си с производителите на водород и операторите на бензиностанции в инициативата за партньорство за чиста енергия, която планира да разшири мрежата от бензиностанции за водород до 130 станции до 2022 г. Това ще позволи експлоатацията на около 60 000 автомобила с водород по пътищата на Германия. Следващата цел, със съответно увеличение на колите с горивни клетки, ще бъде 400 станции до 2025 г. Необходими са и повече бензиностанции в съседните страни, за да се направи действително възможно пътуването извън Германия чрез FCEV.
Автомобил, който използва само възобновяема енергия и не произвежда вредни емисии, би бил идеален от екологична гледна точка. Нека да разгледаме колко близо са автомобилите с горивни клетки до тази цел в сравнение с други видове задвижвания:
- Алтернативните задвижващи системи са проектирани да намалят емисиите на замърсители, по-специално вредния за климата CO2, но и други вредни газове като азотен оксид. В отработения газ от водороден двигател се състои от чист водна пара. Следователно технологията на водородни горивни клетки е локално без емисии. Това означава, че поддържа въздуха чист в градовете, но защитава ли климата в същото време?
- Това зависи от условията, при които се произвежда водородът за превозните средства с горивни клетки. Производството на водород изисква електрическа енергия. Тази електрическа енергия се използва за разграждане на водата до нейните съставни елементи, водород и кислород, чрез процеса на електролиза. Ако използваната електроенергия идва от възобновяеми енергийни източници, производството на водород има неутрален въглероден отпечатък . Ако, от друга страна, се използват изкопаеми горива, това в крайна сметка ще има ударно въздействие върху въглеродния отпечатък на автомобилите с горивни клетки, използващи водорода. Колко силен е този ефект, зависи от използвания енергиен микс. В това отношение автомобилите с водородни горивни клетки не се различават от другите електрически превозни средства.
- Един недостатък на производството на водород обаче са загубите по време на електролиза. Следователно общата ефективност в енергийната верига „мощност за задвижване на превозни средства“ е само половината от нивото на BEV.
- Въпреки това, водородът може да се произвежда в моменти, когато има свръхпредлагане на електроенергия от възобновяеми енергийни източници, когато вятърната или слънчевата енергия, която в момента се произвежда, не се използва по друг начин. Потенциалът за това е огромен.
- Водородът също е страничен продукт от много промишлени процеси, където твърде често той се третира като отпадък без допълнителна употреба. Батерията на горивната клетка предлага начин за преработка на този водород, въпреки че първо трябва да се почисти.
- В зависимост от използваната транспортна технология (течна или газова) възникват различни разходи за компресиране, охлаждане, транспорт и съхранение. Поради по -добрата си транспортируемост и съхранение, тенденцията е към течен водород. Независимо от това, транспортирането и съхранението на водород са на този етап все още много по-сложни и енергоемки, отколкото за бензин или дизел. За разлика от изкопаемите горива, водородът може да се произвежда навсякъде, където има достъп до електричество и вода, теоретично дори на реалните бензиностанции за автомобили с горивни клетки. По -силно развитата инфраструктура може по този начин да съкрати значително транспортните разстояния в бъдеще.
В заключение, технологията с водородни горивни клетки има потенциала да направи възможна екологично устойчивата мобилност.
Какво се случва, когато водородът реагира с кислород при неконтролирана реакция? Много хора ще си спомнят това от часовете по химия в училище. Това, което получавате, е експлозивна реакция, известна като реакция с оксиводороден газ. Водородът е запалим, както показва това, но неконтролираната реакция на водород и кислород при работата на FCEV е практически невъзможна.
Това е така, защото в автомобилите с водородни горивни клетки водородът се съхранява в течна форма в дебелостенни резервоари, които са особено безопасни. Многобройни краш тестове потвърдиха безопасността на дизайна на водородните автомобили: резервоарите излязоха от тестовете неповредени и водород не изтече.
Не трябва да забравяме също, че водородната технология не е нова, но е изпитана в редица области. Например, рафинериите днес използват големи количества водород като технологичен газ при преработката на суров петрол. Тръбопроводите и водохранилището също са в експлоатация от десетилетия.
Гориво от H2O HHO водороден генератор – HHO Да или Не?
Чрез инсталирането на HHO генератор можете да се насладите на много предимства, включително по-плавен празен ход, по-ниски емисии, по-ниска температура на отработените газове, и др.
Заблуда е, че се отнема повече енергия за производството на HHO, отколкото енергията, която освобождава. Това изобщо не е вярно-затова има налични HHO генератори. Можете да произвеждате HHO само с 1,5 волта DC и усилвател на ток. Не само как се прави, но и начинът, по който HHO генераторът е конфигуриран да позволява полезен изход с минимална входна мощност. Можете да поставите два голи проводника в кофа с вода с електролит и да произведете малко количество HHO, като поставите постоянен ток през проводниците. Идеята е да се произвежда възможно най -много HHO с най -малко количество електрическа енергия. В действителност, след като генераторът HHO е зареден, той действително действа като батерия с мокра клетка. Той поддържа заряд от 1,5 до 2,0 волта DC и може да работи, когато се зарежда с изключен превключвател на захранването, докато се изтегли останалият суспендиран HHO газ. Превключвателят на захранването се използва главно за поддържане на заряда на генератора HHO.
Процесът е както следва: Започвате с вода и електролит-има много различни видове. Добавяте постоянен ток. H2O се разпада на H2 & O (ние просто го наричаме HHO). Въвеждаме го в двигателя с помощта на вакуума на двигателя. HHO се комбинира с бензина и въздуха в горивната камера и се изгаря. След като изгори, той се превръща обратно в Н20 (вода). След това абсорбира вътрешната топлина от двигателя (обикновено при 350 до 400 градуса) и я превръща в пара. След това тя се изтласква от горивната камера и излиза от изпускателната тръба. Това понижава EGT на двигателя. След излизане от ауспуха, парата се кондензира обратно във водни пари и в крайна сметка се превръща обратно във вода. Така че започвате с вода и завършвате с вода.
Основната причина, поради която тези продукти се използват днес, е, че намаляват емисиите на HC, CO и NO2 на автомобила почти до нула. Накратко, емисиите на отработените газове спадат от скалата, както ги познаваме, и вие произвеждате водни пари от изпускателната тръба на вашия автомобил. Защо пари вместо вода ??? Тъй като въглеводородното гориво генерира достатъчно топлина по време на горенето, за да поддържа изгорелия HHO в състояние на водни пари, то ще се кондензира напълно във вода извън изпускателната система (премахвайки всякаква вътрешна корозия).
Ще попитате: Защо производителите на автомобили или други големи корпорации не използват тази основна технология? Е, това е против техния бизнес модел. Ако мога да ви продам автомобил, който работи с неефективно гориво и да ви обещая по -голям пробег следващия път и нямате друг избор, какво всъщност ще направите?
Ето малко знания за вас: Тази технология съществува от много години. Да, това е десен обрат преди излитането на индустриалната революция и тежката употреба на петрол и въглища за захранване на нашите фабрики и превозни средства. Но петролът и въглищата са по -лесна технология, лесно се намират и са евтини. Обаче вече не е така. Така че, ако можете да постигнете производителност, по -добра горивна ефективност и по -малки сметки на бензиновата колонка, бихте ли го направили?
РЕЗУЛТАТИ ОТ ЕКСПЕРИМЕНТИТЕ НА НАСА С ВОДОРОД В ДВИГАТЕЛИ С ВЪТРЕШНО ГОРЕНЕ
Директно от статия от 1977 г. на *НАСА:
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19770016170.pdf
„ Изгарянето със съотношение на чиста смес в двигателите с вътрешно горене има потенциал да произвежда ниски емисии и по-висока топлинна ефективност по няколко причини.
Първо, излишъкът от кислород в заряда допълнително окислява неизгорелите въглеводороди и въглеродния окис.
Второ, излишъкът от кислород понижава пиковите температури на горене, което инхибира образуването на азотни оксиди.
Трето, по -ниските температури на горене увеличават коефициента на специфична топлина на сместа, като намаляват нетните загуби от дисоциация.
Четвърто, с увеличаването на специфичния коефициент на топлина, топлинната ефективност на цикъла също се увеличава, което дава потенциал за по -добра икономия на гориво.
Да обобщим:
Това е очевидно за потребителя при повишена икономия на гориво, по -ниски температури на горене и приблизително 100C по -ниска температура на отработените газове.
Изгарянето, подпомагано от HHO, се запалва по -бързо и по -пълно. Същото количество гориво експлодира по -задълбочено, създавайки повече мощност. Тази мощност се предава в механична енергия, а не в топлина.
Освен това генерираната сила действа, когато се предполага – в началото на хода на горене на двигателя. Не по -късно, когато буталото е вече наполовина надолу или дори по -лошо, докато се връща на хода на отработените газове.
Остатъчното изгаряне при хода на отработените газове възпрепятства въртенето на двигателя (понижава икономичността) и увеличава температурата на отработените газове и съкращава живота на изпускателните клапани.
*НАСА – Национална администрация по аеронавтика и космос
Ползите от водород HHO
- 25% до 58% подобряване на икономията на гориво
- Значително намаляване на емисиите (CO, NOx)
- Удължен живот на двигателя
- По -голям въртящ момент и по -плавно, по -силно ускорение
- Повишена мощност на двигателя
- По -чисто масло поради намаленото количество въглеродни отлагания в двигателя
