Makina me karburant hidrogjeni. Përdorimi i hidrogjenit si lëndë djegëse për makinat Një e ardhme hidrogjeni

Dihet se në vitet '30 të shekullit të kaluar në Bashkimin Sovjetik në Bauman MVTU me emrin N.E.Bauman Soroko-Novitsky V.I. efekti i shtesave të hidrogjenit në benzinë në motorin ZIS-5. Janë të njohura edhe vepra për përdorimin e si karburant hidrogjen, të cilat janë kryer në vendin tonë nga F.B. Perelman. Sidoqoftë, përdorimi praktik i hidrogjenit si lëndë djegëse automjetesh filloi në 1941. Gjatë Luftës së Madhe Patriotike në Leningradin e rrethuar, toger-tekniku Shelishch B.I. përdorni hidrogjen, "Punuar" në balona, si lëndë djegëse motorike për motorët e makinave GAZ-AA.

Figura 1. Posta e mbrojtjes ajrore e frontit të Leningradit të Luftës së Dytë Botërore, e pajisur me një instalim hidrogjeni

Në fig. 1 në sfond, një tullumbace hidrogjeni shihet e ulur në tokë, nga e cila hidrogjeni pompohet në një rezervuar gazi që ndodhet në plan të parë. Nga mbajtësi i gazit me hidrogjen "të shpenzuar", karburanti i gaztë furnizohet me anë të një zorrë fleksibël në motorin me djegie të brendshme të makinës GAZ-AA. Balonat breshëri u ngritën në një lartësi deri në pesë kilometra dhe ishin një mjet i besueshëm kundërajror i mbrojtjes së qytetit, duke penguar avionët e armikut të kryenin bombardime të synuara. U desh shumë përpjekje për të ulur balonat që kishin humbur pjesërisht ngritjen e tyre. Ky operacion u krye duke përdorur një çikrik mekanik të instaluar në një automjet GAZ-AA. Motori me djegie të brendshme rrotulloi çikrikun për të ulur balonat. Në kushtet e mungesës akute të benzinës, disa qindra poste të mbrojtjes ajrore u shndërruan për të operuar me hidrogjen, të cilat përdorën automjete GAZ-AA që punonin me hidrogjen.

Pas luftës në vitet shtatëdhjetë të shekullit të kaluar, Briss Isaakovich u ftua vazhdimisht në konferenca të ndryshme shkencore, ku në fjalimet e tij foli në detaje për ato ditë të largëta heroike. Një nga këto ngjarje - Shkolla I Gjithë Bashkimi i Shkencëtarëve të Rinj dhe Specialistëve për Problemet e Energjisë dhe Teknologjisë së Hidrogjenit, organizuar me iniciativën e Komitetit Qendror të Lidhjes Komuniste të Rinj Leniniste Gjithë Bashkimit, Komisionit të Akademisë së Shkencave të BRSS. mbi Energjinë e Hidrogjenit, Instituti IV Kurchatov i Energjisë Atomike dhe Instituti Politeknik Donetsk, u mbajt në shtator 1979, gjashtë muaj para vdekjes së tij. Boris Issakovich bëri raportin e tij "Hidrogjen në vend të benzinës" në seksionin "Teknologjia e përdorimit të hidrogjenit" më 9 shtator.

Në vitet shtatëdhjetë, puna u krye intensivisht në disa organizata kërkimore shkencore të BRSS për përdorimin e hidrogjenit si lëndë djegëse. Më të njohurat janë organizata të tilla si Instituti Qendror i Kërkimeve Shkencore për Automobilistikë dhe Automobilistikë (NAMI), Instituti i Problemeve të Inxhinierisë Mekanike të Akademisë së Shkencave të SSR të Ukrainës (IPMASH i Akademisë së Shkencave të SSR të Ukrainës), Sektori i Mekanika e mediave johomogjene të Akademisë së Shkencave të BRSS (SMNS e Akademisë së Shkencave të BRSS), Uzina-VTUZ në ZIL, etj. Në veçanti, në NAMI nën udhëheqjen e EV Shatrov, duke filluar nga viti 1976, u krye puna kërkimore dhe zhvillimore. kryer për të krijuar një minibus me hidrogjen RAF 22034. U zhvillua një sistem fuqie motori që e lejon atë të punojë në hidrogjen. Ajo kaloi një gamë të plotë testesh në stol dhe në rrugë laboratorike.

Figura 2. Nga e majta në të djathtë E. V. Shatrov, V. M. Kuznetsov, A. Yu. Ramenskiy

Në fig. 2 foto nga e majta në të djathtë: Shatrov E.V - mbikëqyrës shkencor i projektit; VM Kuznetsov - kreu i grupit të motorëve të hidrogjenit; A. Yu. Ramenskiy është një student pasuniversitar i NAMI, i cili bëri një thesar të rëndësishëm në organizimin dhe zhvillimin e R&D për krijimin e një makine hidrogjeni. Fotografitë e stolave ​​të provës për testimin e një motori me energji hidrogjeni dhe një minibus RAF 22034 që funksionon në përbërjet e karburantit që përmbajnë hidrogjen dhe hidrogjen (BVTK) janë paraqitur në Fig. 3 dhe 4.

Figura 3. Ndarja e motorit e Bolks Nr. 20 për testimin e motorëve me djegie të brendshme në hidrogjen të Departamentit të Laboratorëve të Motorëve të NAMI

Figura 4. Minibus me hidrogjen RAF (NAMI)

Prototipi i parë i minibusit u ndërtua në NAMI në periudhën 1976-1979 (Fig. 4). Që nga viti 1979, NAMI ka kryer testet e saj laboratorike dhe rrugore dhe funksionimin e provës.

Paralelisht, puna për krijimin e makinave që funksionojnë me hidrogjen u krye në Akademinë e Shkencave IPMASH të SSR të Ukrainës dhe SMNS të Akademisë së Shkencave të BRSS dhe Uzinën Vtuz në ZIL. Falë pozicionit aktiv të Akademikut VV Struminsky (Fig. 5), kreut të SMNS të Akademisë së Shkencave të BRSS, disa modele minibusësh u përdorën në Lojërat XXII Verore Olimpike në Moskë në 1980.

Figura 5. Nga e majta në të djathtë Legasov V. A., Semenenko K. N. Struminsky V. V.

Si institucioni kryesor i Ministrisë së Industrisë Automobilistike të BRSS, NAMI bashkëpunoi me organizatat e mësipërme. Një shembull i një bashkëpunimi të tillë ishte kërkimi i përbashkët me IPMash të Akademisë së Shkencave të SSR-së së Ukrainës, drejtori i së cilës në atë kohë ishte një anëtar korrespondues i Akademisë së Shkencave të SSR të Ukrainës A.N. Podgorny AI, Nightingale VV dhe shumë të tjerë (Fig. 6).

Figura 6. Punonjësit e Akademisë së Shkencave IPMASH të SSR të Ukrainës, nga e majta në të djathtë Podgorny A. N., Varshavsky I. L., Mishchenko A. I.

Zhvillimi i këtij instituti për krijimin e automobilave dhe pirunëve që operojnë në BVTK me sisteme të ruajtjes së hidrogjenit të hidridit metalik në bord është i njohur gjerësisht.

Një shembull tjetër i bashkëpunimit midis NAMI dhe instituteve kryesore kërkimore të vendit ishte puna për krijimin e sistemeve të ruajtjes së hidrogjenit të hidridit metalik në një makinë. Në kuadrin e konsorciumit për krijimin e sistemeve të ruajtjes së hidridit metalik, bashkëpunuan tre organizata kryesore: Instituti i Arkeologjisë I.V. Kurchatov, NAMI dhe Universiteti Shtetëror i Moskës M.V. Lomonosov. Nisma për krijimin e një konsorciumi të tillë i përkiste Akademik V. A. Legasov. Instituti i Energjisë Atomike I. V. Kurchatov ishte zhvilluesi kryesor i një sistemi të ruajtjes së hidrogjenit të hidridit metalik në bordin e një automjeti. Menaxheri i projektit ishte Yu. F. Chernilin; A. N. Udovenko dhe A. Ya. Stolyarevsky ishin pjesëmarrës aktivë në punë.

Përbërjet e hidridit të metaleve u zhvilluan dhe u prodhuan në sasinë e kërkuar nga Universiteti Shtetëror i Moskës. M.V. Lomonosov. Kjo punë u krye nën udhëheqjen e KN Semenenko, Shef i Departamentit të Kimisë dhe Fizikës së Presionit të Lartë. Më 21 nëntor 1979, aplikacionet nr. 263140 dhe 263141 u regjistruan në Regjistrin Shtetëror të Shpikjeve të BRSS me përparësi shpikje më 22 qershor 1978. Certifikatat e shpikësit për lidhjet e ruajtjes së hidrogjenit A.S. Nr. 722018 dhe Nr. 722021 të datës 21 nëntor 1979 ishin ndër shpikjet e para në këtë fushë në BRSS dhe në botë.

Në shpikje, janë propozuar kompozime të reja, të cilat mund të rrisin ndjeshëm sasinë e hidrogjenit të ruajtur. Kjo u arrit duke modifikuar përbërjen dhe sasinë e përbërësve në lidhjet me bazë titan ose vanadium.Përbërje të tilla bënë të mundur arritjen e një përqendrimi prej 2,5 deri në 4,0 përqind në masë të hidrogjenit. Lëshimi i hidrogjenit nga përbërja ndërmetalike u krye në intervalin e temperaturës 250-400 ° C. Deri më sot, ky rezultat është praktikisht arritja maksimale për lidhjet e këtij lloji. Shkencëtarët nga organizatat kryesore shkencore të BRSS, të lidhur me zhvillimin e materialeve dhe pajisjeve të bazuara në hidridet e lidhjeve ndërmetalike, morën pjesë në zhvillimin e lidhjeve - Universiteti Shtetëror i Moskës. M.V. Lomonosov (Semenenko K.N., Verbetsky V.N., Mitrokhin S.V., Zontov V.S.); NAMI (E. V. Shatrov, A. Yu. Ramenskiy); IMash i Akademisë së Shkencave të BRSS (Varshavsky I.L.); Fabrika-VTUZ në ZIL (Gusarov V.V., Kabalkin V.N.). Në mesin e viteve tetëdhjetë, në Departamentin e Motorëve për Gazin dhe Llojet e Tjera të Karburanteve Alternative të NAMI (Shef i Departamentit, Ramenskiy) u kryen teste të një sistemi të ruajtjes së hidrogjenit metal-hidrid në bordin e një minibusi RAF 22034 që funksiononte në BVTK A. Yu.). Punonjësit e departamentit morën pjesë aktive në punë: Kuznetsov V.M., Golubchenko N.I., Ivanov A.I., Kozlov Yu.A. 7.

Figura 7. Akumulatori i hidrogjenit të hidrogjenit të hidrogjenit të hidrogjenit të hidrogjenit të hidrogjenit (1983)

Në fillim të viteve tetëdhjetë, filloi të shfaqej një drejtim i ri në përdorimin e hidrogjenit si lëndë djegëse për makinat, i cili tani konsiderohet tendenca kryesore. Ky drejtim lidhet me krijimin e automjeteve që operojnë në qelizat e karburantit. Krijimi i një makine të tillë u krye në NPP "Kvant". Nën udhëheqjen e NS Lidorenko. Makina u prezantua për herë të parë në ekspozitën ndërkombëtare "Electro-82" në 1982 në Moskë (Fig. 8).

Figura 8. Minibus hidrogjeni RAF në qelizat e karburantit (NPP "KVANT")

Në 1982, minibusi RAF, në bordin e të cilit u montuan gjeneratorët elektrokimikë dhe u instalua një makinë elektrike, iu demonstrua Zëvendës Ministrit të Industrisë Automobilistike E. A. Bashinjaghyan. Makina u demonstrua nga vetë N. S. Lidorenko. Për prototipin, makina me qeliza karburanti kishte një cilësi të mirë udhëtimi, e cila u vu re me kënaqësi nga të gjithë shikuesit. Ishte planifikuar të kryhej kjo punë së bashku me ndërmarrjet e Ministrisë së Industrisë së Automjeteve të BRSS. Sidoqoftë, në 1984, N. S. Lidorenko u largua nga posti i kreut të ndërmarrjes, ndoshta kjo për faktin se kjo punë nuk mori vazhdimin e saj. Krijimi i makinës së parë ruse me qeliza karburanti me hidrogjen, i ndërtuar nga ekipi i kompanisë për më shumë se 25 vjet, mund të kualifikohet për një ngjarje historike në vendin tonë.

Karakteristikat e motorëve me djegie të brendshme kur punojnë me hidrogjen

Në lidhje me benzinën, hidrogjeni ka një vlerë kalorifike 3 herë më të madhe, 13-14 herë më pak energji ndezëse dhe, gjë që është e rëndësishme për një motor me djegie të brendshme, diapazon më të gjerë të ndezjes së përzierjes karburant-ajër. Këto veti të hidrogjenit e bëjnë atë jashtëzakonisht efektiv për përdorim në motorët me djegie të brendshme, madje edhe si një shtesë. Në të njëjtën kohë, disavantazhet e hidrogjenit si lëndë djegëse përfshijnë: një ulje të fuqisë së motorit me djegie të brendshme në krahasim me analogun e benzinës; Procesi "i vështirë" i djegies së përzierjeve hidrogjen-ajër në rajonin e përbërjes stoikiometrike, i cili çon në shpërthim në ngarkesa të larta. Kjo veçori e karburantit të hidrogjenit kërkon ndryshime në dizajnin e motorit me djegie të brendshme. Për motorët ekzistues, është e nevojshme të përdoret hidrogjeni në një përbërje me lëndë djegëse hidrokarbure, për shembull, me benzinë. ose gazi natyror.

Për shembull, organizimi i furnizimit me karburant të përbërjeve të karburantit hidrogjen-benzoik (BHFC) për makinat ekzistuese duhet të kryhet në atë mënyrë që në ngarkesa boshe dhe të pjesshme motori të funksionojë në përbërje karburanti me përmbajtje të lartë hidrogjeni. Me rritjen e ngarkesave, përqendrimi i hidrogjenit duhet të ulet dhe furnizimi me hidrogjen duhet të ndalet në modalitetin e mbytjes së plotë. Kjo do të mbajë karakteristikat e fuqisë së motorit në të njëjtin nivel. Në fig. 9 tregon grafikët e ndryshimeve në karakteristikat ekonomike dhe toksike të një motori me një vëllim pune 2,45 litra. dhe një raport kompresimi prej 8.2 njësi. mbi përbërjen e përzierjes karburant-hidrogjen-ajër dhe përqendrimin e hidrogjenit në BVTK.

Figura 9. Karakteristikat ekonomike dhe toksike të motorëve me djegie të brendshme që punojnë me hidrogjen dhe BVTK

Karakteristikat rregulluese të motorit për sa i përket përbërjes së përzierjes me një fuqi konstante Ne = 6.2 kW dhe një shpejtësi të boshtit me gunga n = 2400 rpm bëjnë të mundur të imagjinohet se si ndryshon performanca e motorit kur punon me hidrogjen, BVTK dhe benzinë.

Treguesit e fuqisë dhe shpejtësisë së motorit për testim zgjidhen në atë mënyrë që ato të pasqyrojnë më plotësisht kushtet e funksionimit të makinës në kushte urbane. Fuqia e motorit Ne = 6.2 kW dhe shpejtësia e boshtit me gunga n = 2400 rpm korrespondon me lëvizjen e një makine, për shembull, GAZEL me një shpejtësi konstante prej 50-60 km / orë në një rrugë horizontale dhe të sheshtë. Siç mund të shihet nga grafikët, me rritjen e përqendrimit të hidrogjenit në BVTK, rritet efikasiteti efektiv i motorit. Vlera maksimale e efikasitetit me një fuqi prej 6.2 kW dhe një shpejtësi të boshtit të gungës prej 2400 rpm arrin 18.5 përqind në hidrogjen. Kjo është 1.32 herë më e lartë se kur motori punon me të njëjtën ngarkesë me benzinë. Efikasiteti maksimal efektiv i motorit me benzinë ​​është 14 përqind në këtë ngarkesë. Në këtë rast, përbërja e përzierjes që korrespondon me efikasitetin maksimal të motorit (kufiri efektiv i zbrazjes) zhvendoset drejt përzierjeve të dobëta. Pra, kur punoni me benzinë, kufiri efektiv i zbrazjes së përzierjes karburant-ajër korrespondonte me raportin e ajrit të tepërt (a) të barabartë me 1.1 njësi. Kur punoni me hidrogjen, raporti i ajrit të tepërt që korrespondon me kufirin efektiv të varfërimit të përzierjes karburant-ajër është a = 2.5. Një tregues po aq i rëndësishëm i funksionimit të një motori me djegie të brendshme të automobilave në ngarkesa të pjesshme është toksiciteti i gazrave të shkarkimit (gazrave të shkarkimit). Studimi i karakteristikave të kontrollit të motorit në përbërjen e përzierjes në BVTK me përqendrime të ndryshme të hidrogjenit tregoi se ndërsa përzierja u varfërua, përqendrimi i monoksidit të karbonit (CO) në gazrat e shkarkimit u ul pothuajse në zero, pavarësisht nga lloji i karburantit. Një rritje në përqendrimin e hidrogjenit në BHTC çon në një ulje të emetimit të hidrokarbureve СnHm me gazrat e shkarkimit. Kur punoni me hidrogjen, përqendrimi i këtij komponenti në mënyra të caktuara ra në zero. Kur punoni me këtë lloj karburanti, emetimi i hidrokarbureve përcaktohej kryesisht nga intensiteti i djegies në dhomën e djegies së motorit me djegie të brendshme. Formimi i oksideve të azotit NxOy, siç dihet, nuk lidhet me llojin e karburantit. Përqendrimi i tyre në gazin e shkarkimit përcaktohet nga regjimi i temperaturës së djegies së përzierjes karburant-ajër. Aftësia për të operuar motorin me hidrogjen dhe BVTK në gamën e përbërjeve të përzierjes së ligët lejon uljen e temperaturës maksimale të ciklit në dhomën e djegies së motorit me djegie të brendshme. Kjo ul ndjeshëm përqendrimin e oksideve të azotit. Kur përzierja karburant-ajër është e varfëruar mbi a = 2, përqendrimi i NxOy zvogëlohet në zero. Në vitin 2005, NAVE zhvilloi minibusin GAZEL që funksiononte në BVTK. Në dhjetor 2005, ai u prezantua në një nga ngjarjet e mbajtura në Presidiumin e Akademisë së Shkencave Ruse. Prezantimi i minibusit u organizua për të përkuar me 60-vjetorin e Presidentit të NAVE P. B. Shelishch. Një fotografi e një minibusi me benzinë-hidrogjen është paraqitur në Fig. 10.

Figura 10. Minibus hidrogjen “Gazelë” (2005)

Për të vlerësuar besueshmërinë e pajisjeve benzinë-hidrogjen dhe për të promovuar perspektivat e një ekonomie hidrogjeni, kryesisht në fushën e transportit rrugor, NAVE mbajti një tubim të makinave me hidrogjen nga 20 deri më 25 gusht 2006. Vrapimi u krye përgjatë rrugës Moskë - Nizhniy Novgorod - Kazan - Nizhnekamsk - Cheboksary - Moskë me një gjatësi prej 2300 km. Tubimi u organizua që të përkonte me Kongresin e Parë Botëror "Energjia Alternative dhe Ekologjia". Në garë morën pjesë dy makina me hidrogjen. Kamioni i dytë me shumë karburant GAZ 3302 funksiononte me hidrogjen, gaz natyror të ngjeshur, BVTK dhe benzinë. Makina ishte e pajisur me 4 cilindra të lehtë prej tekstil me fije qelqi me një presion pune prej 20 MPa. Masa e sistemit të ruajtjes së hidrogjenit në bord është 350 kg. Rezerva e fuqisë së automjetit në BVTK ishte 300 km.

Me mbështetjen e Agjencisë Federale për Shkencën dhe Inovacionin NAVE me pjesëmarrjen aktive të Institutit të Inxhinierisë së Energjisë në Moskë MPEI (TU), Avtokombinat nr. 41, Qendra Inxhinierike dhe Teknike Hydrogen Technologies dhe LLC Slavgaz, një prototip i GAZ 330232 GAZEL - Është krijuar vetura FERMER me kapacitet mbajtës 1 ton, 5 ton, duke punuar në BVTK me sistem elektronik furnizimi me hidrogjen dhe benzinë. Automjeti është i pajisur me një sistem pastrajtimi të gazrave të shkarkimit me tre drejtime. Në fig. 11 tregon fotografitë e një makine dhe një grup pajisjesh elektronike për furnizimin me hidrogjen në një motor me djegie të brendshme.

Figura 11. Një prototip i makinës GAZ 330232 "GAZEL-FARMER"

Perspektivat për futjen e hidrogjenit në transportin rrugor

Drejtimi më premtues në fushën e përdorimit të hidrogjenit për teknologjinë e automobilave janë termocentralet e kombinuara të bazuara në gjeneratorë elektrokimikë me qeliza karburanti (FC). Në të njëjtën kohë, një parakusht është prodhimi i hidrogjenit nga burime të rinovueshme, miqësore me mjedisin, për prodhimin e të cilit, nga ana tjetër, duhet të përdoren materiale dhe teknologji miqësore me mjedisin.

Për fat të keq, në afat të shkurtër, përdorimi i automjeteve të tilla të teknologjisë së lartë në shkallë të gjerë është problematik. Kjo është për shkak të papërsosmërisë së një numri teknologjish të përdorura në prodhimin e tyre, zhvillimit të pamjaftueshëm të dizajnit të gjeneratorëve elektrokimikë, kostos së kufizuar dhe të lartë të materialeve të përdorura. Për shembull, kostoja specifike e një kW të energjisë ECH në qelizat e karburantit arrin 150-300 mijë rubla (në kursin e rubla ruse 30 rubla / dollar amerikan). Një element tjetër i rëndësishëm i frenimit të avancimit të teknologjisë së hidrogjenit me qelizat e karburantit në tregun e automobilave është zhvillimi i pamjaftueshëm i dizajnit të automjeteve të tilla në tërësi. Në veçanti, nuk ka të dhëna të besueshme kur testoni një makinë për efikasitetin e karburantit në kushte të jetës reale. Si rregull, vlerësimi i efikasitetit të termocentralit të instalimit kryhet në bazë të karakteristikës së rrymës-tensionit. Një vlerësim i tillë i efikasitetit nuk korrespondon me vlerësimin e efikasitetit efektiv të një motori me djegie të brendshme, të pranuar në praktikën e ndërtimit të motorit, në llogaritjen e të cilit merren parasysh edhe të gjitha humbjet mekanike që lidhen me lëvizjen e njësive të motorit. Nuk ka të dhëna të besueshme për efikasitetin e karburantit të makinave në kushte reale funksionimi, vlera e të cilave ndikohet nga nevoja për të mirëmbajtur pajisje dhe sisteme shtesë në bord të instaluara në makina, si tradicionalisht ashtu edhe të lidhura me veçoritë e tërheqjes së makinave. në qelizat e karburantit. Nuk ka të dhëna të besueshme për vlerësimin e efikasitetit në kushtet e temperaturave negative, në të cilat është e nevojshme të ruhet një regjim i temperaturës që siguron funksionimin e vetë termocentralit dhe karburantit të furnizuar, si dhe ngrohjen e kabinës së shoferit ose ndarje pasagjerësh. Për makinat moderne, mënyra e funksionimit mund të arrijë -40 ° C, kjo duhet të merret veçanërisht parasysh në kushtet e funksionimit ruse.

Siç e dini, në qelizat e karburantit, uji nuk është vetëm një produkt i reagimit të ndërveprimit të hidrogjenit dhe oksigjenit, por gjithashtu merr pjesë aktive në procesin e punës së gjenerimit të energjisë, duke lagur materialet e ngurta polimer që janë pjesë e dizajnit të qelizave të karburantit. . Literaturës moderne teknike i mungojnë të dhënat për besueshmërinë dhe qëndrueshmërinë e qelizave të karburantit në temperatura të ulëta. Të dhëna shumë kontradiktore janë publikuar në literaturë mbi qëndrueshmërinë e funksionimit të ECH në qelizat e karburantit.

Në këtë drejtim, është krejt e natyrshme që një numër i prodhuesve kryesorë të automjeteve në botë të promovojnë automjete me energji hidrogjeni të pajisura me motorë me djegie të brendshme. Para së gjithash, këto janë kompani të tilla të njohura si BMW dhe Mazda. Motorët BMW Hydrogen-7 dhe Mazda 5 Hydrogen RE Hybrid (2008) janë konvertuar me sukses në hidrogjen.

Nga pikëpamja e besueshmërisë së projektimit, kostoja relativisht e ulët e një kW të fuqisë së instaluar, termocentralet e bazuara në motorë me djegie të brendshme që funksionojnë me hidrogjen janë dukshëm më të larta se ECH bazuar në qelizat e karburantit, megjithatë, ICE-të, siç besohet zakonisht, kanë efikasitet më të ulët. Përveç kësaj, gazrat e shkarkimit të një motori me djegie të brendshme mund të përmbajnë disa substanca toksike. Në të ardhmen e afërt, përdorimi i termocentraleve të kombinuara (hibride) duhet të konsiderohet si drejtimi kryesor për përmirësimin e teknologjisë automobilistike të pajisur me një motor me djegie të brendshme. Rezultati më i mirë për sa i përket efikasitetit të karburantit dhe toksicitetit të gazrave të shkarkimit, me sa duket, duhet të pritet nga përdorimi i instalimeve hibride me një skemë vijuese për shndërrimin e energjisë kimike të karburantit në motorin me djegie të brendshme në energji mekanike të lëvizjes së automjetit. Me një skemë sekuenciale, motori me djegie të brendshme të një makine funksionon praktikisht në një gjendje konstante me efikasitet maksimal të karburantit, duke drejtuar një gjenerator elektrik, i cili furnizon me rrymë elektrike motorin elektrik për drejtimin e rrotave të makinës dhe një pajisje për ruajtjen e energjisë (bateria ). Detyra kryesore e optimizimit me një skemë të tillë është gjetja e një kompromisi midis efikasitetit të karburantit të motorit me djegie të brendshme dhe toksicitetit të gazrave të tij të shkarkimit. E veçanta e zgjidhjes së problemit qëndron në faktin se efikasiteti maksimal i motorit arrihet kur funksionon në një përzierje të dobët ajër-karburant, dhe ulja maksimale e toksicitetit të gazrave të shkarkimit arrihet me një përbërje stoikiometrike, në të cilën sasia e karburantit të furnizuar në dhomën e djegies furnizohet në mënyrë rigoroze në përputhje me sasinë e ajrit të kërkuar për djegien e plotë të saj. Në këtë rast, formimi i oksideve të azotit kufizohet nga mungesa e oksigjenit të lirë në dhomën e djegies dhe djegia jo e plotë e karburantit nga neutralizuesi i gazit të shkarkimit. Në motorët modernë me djegie të brendshme, një sensor për matjen e përqendrimit të oksigjenit të lirë në gazin e shkarkimit të motorit me djegie të brendshme dërgon një sinjal në sistemin elektronik të furnizimit me karburant, i cili është projektuar në atë mënyrë që të ruajë maksimalisht përbërjen stoikiometrike të përzierje ajër-karburant në dhomën e djegies së motorit në të gjitha mënyrat e motorit me djegie të brendshme. Për termocentralet hibride me një qark sekuencial, është e mundur të arrihet efikasiteti më i mirë i rregullimit të përzierjes ajër-karburant për shkak të mungesës së ngarkesave alternative në motorin me djegie të brendshme. Në të njëjtën kohë, nga pikëpamja e efikasitetit të karburantit të motorit me djegie të brendshme, përbërja stoikiometrike e përzierjes ajër-karburant nuk është optimale. Efikasiteti maksimal i motorit korrespondon gjithmonë me një përzierje që është 10-15 përqind e dobët në krahasim me atë stekiometrike. Në të njëjtën kohë, efikasiteti i motorit me djegie të brendshme kur punon në një përzierje të ligët mund të jetë 10-15 më i lartë se kur punon në një përzierje stoikiometrike. Zgjidhja e problemit të rritjes së emetimit të substancave të dëmshme të natyrshme në këto mënyra për motorët me djegie të brendshme me ndezje shkëndija është e mundur si rezultat i transferimit të funksionimit të motorit me djegie të brendshme në hidrogjen, përbërjet e karburantit të hidrogjenit (BHTK) ose metan- përbërjet e karburantit me hidrogjen (MVTK). Përdorimi i hidrogjenit si lëndë djegëse ose si një shtesë në lëndën djegëse kryesore mund të zgjerojë ndjeshëm kufijtë e varfërimit efektiv të përzierjes ajër-karburant. Kjo rrethanë bën të mundur rritjen e ndjeshme të efikasitetit të motorit me djegie të brendshme dhe uljen e toksicitetit të gazrave të shkarkimit.

Gazrat e shkarkimit të motorëve me djegie të brendshme përmbajnë mbi 200 hidrokarbure të ndryshme. Teorikisht, në rastin e djegies së përzierjeve homogjene (nga kushtet e ekuilibrit), gazrat e shkarkimit të motorit me djegie të brendshme nuk duhet të përmbajnë hidrokarbure; megjithatë, për shkak të johomogjenitetit të përzierjes ajër-karburant në dhomën e djegies së motorit me djegie të brendshme. , ndodhin kushte të ndryshme fillestare për reaksionin e oksidimit të karburantit. Temperatura në dhomën e djegies ndryshon në vëllimin e saj, gjë që gjithashtu ndikon ndjeshëm në plotësinë e djegies së përzierjes ajër-karburant. Në një numër studimesh, u zbulua se shuarja e flakës ndodh pranë mureve relativisht të ftohta të dhomës së djegies. Kjo çon në një përkeqësim të kushteve të djegies së përzierjes ajër-karburant në shtresën afër murit. Në punën e tyre, Daneshyar H dhe Watf M bënë fotografi të procesit të djegies së një përzierjeje karburant-ajër në afërsi të murit të cilindrit të motorit. Fotografimi u krye përmes një dritareje kuarci në kokën e cilindrit të motorit. Kjo bëri të mundur përcaktimin e trashësisë së zonës së zbrazjes në intervalin 0,05-0,38 mm. Në afërsi të mureve të dhomës së djegies, CH rritet me 2-3 herë. Autorët arrijnë në përfundimin se zona e shuarjes është një nga burimet e çlirimit të hidrokarbureve.

Një burim tjetër i rëndësishëm i formimit të hidrokarbureve është vaji i motorit, i cili hyn në cilindrin e motorit si rezultat i heqjes joefektive nga muret e unazave të krueses së vajit ose përmes boshllëqeve midis kërcellit të valvulave dhe tufave të tyre udhëzuese. Studimet tregojnë se konsumi i vajit përmes boshllëqeve midis shtyllave të valvulave dhe tufave të tyre drejtuese në motorët e automobilave me benzinë ​​me djegie të brendshme arrin në 75% të konsumit total të naftës për mbetje.

Kur motori me djegie të brendshme punon me hidrogjen, karburanti nuk përmban substanca që përmbajnë karbon. Në këtë drejtim, shumica dërrmuese e botimeve përmbajnë informacione se gazrat e shkarkimit të një motori me djegie të brendshme nuk mund të përmbajnë hidrokarbure. Megjithatë, rezultoi se nuk ishte kështu. Pa dyshim, me një rritje të përqendrimit të hidrogjenit në BHTK dhe MVTK, përqendrimi i hidrokarbureve zvogëlohet ndjeshëm, por nuk zhduket plotësisht. Kjo mund të jetë kryesisht për shkak të papërsosmërisë së dizajnit të pajisjeve të karburantit, duke matur furnizimin me karburant hidrokarbur. Edhe një rrjedhje e vogël e hidrokarbureve gjatë përdorimit të një motori me djegie të brendshme në përzierje shumë të dobëta mund të çojë në çlirimin e hidrokarbureve. Një emetim i tillë i hidrokarbureve mund të shoqërohet me konsumimin e grupit cilindër-piston dhe, si rezultat, rritje të djegies së vajit, etj. Në këtë drejtim, gjatë organizimit të procesit të djegies, është e nevojshme të ruhet temperatura e djegies në një nivel në të cilin bëhet djegia e mjaftueshme e përbërjeve hidrokarbure.

Në procesin e djegies së karburantit, oksidet e azotit formohen pas pjesës së përparme të flakës në një zonë me temperaturë të rritur të shkaktuar nga reagimi i djegies së karburantit. Formimi i oksideve të azotit, nëse këto nuk janë komponime që përmbajnë azot, formohen si rezultat i bashkëveprimit të oksigjenit dhe azotit në ajër. Teoria e pranuar përgjithësisht për formimin e oksideve të azotit është teoria termike. Në përputhje me këtë teori, rendimenti i oksideve të azotit përcaktohet nga temperatura maksimale e ciklit, përqendrimi i azotit dhe oksigjenit në produktet e djegies dhe nuk varet nga natyra kimike e karburantit, lloji i karburantit (në mungesë të azoti në karburant). Në gazrat e shkarkimit të një ICE me ndezje shkëndija, përmbajtja e oksidit të azotit është 99% e totalit të oksideve të azotit (NOx). Pasi lëshohet në atmosferë, NO oksidohet në NO2.

Kur motori me djegie të brendshme punon me hidrogjen, formimi i oksidit të azotit ka disa veçori në krahasim me funksionimin e motorit me benzinë. Kjo është për shkak të vetive fiziko-kimike të hidrogjenit. Faktorët kryesorë në këtë rast janë temperatura e djegies së hidrogjenit-ajrit dhe kufijtë e tij të ndezjes. Siç e dini, kufijtë e ndezjes së përzierjes hidrogjen-ajër janë në intervalin 75% - 4.1%, që korrespondon me koeficientin, ajrin e tepërt 0.29 - 1.18. Një tipar i rëndësishëm i djegies së hidrogjenit është rritja e shkallës së djegies së përzierjeve stoikiometrike. Në fig. 12 tregon një grafik të varësive që karakterizojnë rrjedhën e proceseve të punës së një motori me djegie të brendshme kur punon me hidrogjen dhe benzinë.

Figura 12. Ndryshimet në parametrat e procesit të punës së motorit me djegie të brendshme kur punon me hidrogjen dhe benzinë, fuqia e motorit me djegie të brendshme është 6.2 kW, shpejtësia e rrotullimit të boshtit të gungës është 2400 rpm.

Siç vijon nga grafikët e tyre, transferimi i motorëve me djegie të brendshme nga benzina në hidrogjen çon në rajonin e përzierjeve stoikiometrike në një rritje të mprehtë të temperaturës maksimale të ciklit. Grafiku tregon se shkalla e çlirimit të nxehtësisë gjatë funksionimit të një motori me djegie të brendshme që funksionon me hidrogjen në pikën më të lartë të vdekur të ICE është 3-4 herë më i lartë se gjatë funksionimit me benzinë.djegia e përzierjes ajër-karburant. Figura 13 tregon diagrame treguese që përshkruajnë ndryshimin e presionit në cilindrin e motorit me djegie të brendshme (ZMZ-24D, Vh = 2,4 litra. Raporti i ngjeshjes -8,2). në varësi të këndit të rrotullimit të boshtit të gungës (fuqia 6.2 kW, h.v. deri në 2400 rpm) kur punon me benzinë ​​dhe hidrogjen.

Figura 13. Diagramet treguese të motorit me djegie të brendshme (ZMZ-24-D, Vh = 24 HP, raporti i ngjeshjes 8.2) me fuqi 6.2 kW dhe h. deri në 2400 rpm. kur punon me benzinë ​​dhe hidrogjen

Kur motori me djegie të brendshme punon me benzinë, pabarazia e rrjedhës së diagrameve të treguesve nga cikli në cikël është qartë i dukshëm. Kur punoni në hidrogjen, veçanërisht me një përbërje stoichiometrike, nuk ka pabarazi. Në të njëjtën kohë, koha e ndezjes ishte aq e vogël sa praktikisht mund të konsiderohet e barabartë me zero. Një rritje shumë e mprehtë e presionit pas TDC tërheq vëmendjen, duke treguar një ngurtësi në rritje të procesit. Grafiku i poshtëm tregon diagramet e treguesve kur punoni me hidrogjen me një raport të tepërt të ajrit prej 1.27. Koha e ndezjes ishte 10 gradë FF. Në disa diagrame treguesish, gjurmët e funksionimit "të vështirë" të motorit me djegie të brendshme janë qartë të dukshme. Kjo natyrë e procesit të punës ICE kur përdoret hidrogjeni si lëndë djegëse kontribuon në rritjen e formimit të oksideve të azotit. Vlera maksimale e përqendrimit të oksideve të azotit në gazin e shkarkimit korrespondon me funksionimin e motorit me djegie të brendshme me një raport të ajrit të tepërt prej 1.27. Kjo është mjaft e natyrshme, pasi përzierja ajër-karburant përmban një sasi të madhe të oksigjenit të lirë dhe, si rezultat i shkallëve të larta të djegies, ndodh një temperaturë e lartë e djegies së ngarkesës ajër-karburant. Në të njëjtën kohë, kur kaloni në përzierje më të dobëta, shkalla e lëshimit të nxehtësisë zvogëlohet. Reduktohet gjithashtu temperatura maksimale e ciklit, dhe për këtë arsye përqendrimi i oksideve të azotit në gazrat e shkarkimit.

Figura 14. Karakteristikat e rregullimit për përbërjen e përzierjes kur motori me djegie të brendshme funksionon në përbërje hidrogjen-benzoike të karburantit, fuqia e motorit me djegie të brendshme është 6,2 kW, shpejtësia e rrotullimit të boshtit të gungës është 2400 rpm. 1. Benzina, 2. Benzina + H2 (20%), 3. Benzina + H2 (50%), 4. Hidrogjeni

Në fig. 14 tregon varësinë e ndryshimit në emetimin e substancave toksike nga gazi i shkarkimit të motorit me djegie të brendshme kur punon me benzinë, përbërje benzine-hidrogjen dhe hidrogjen. Siç vijon nga grafiku, vlera më e lartë e emetimeve të NOx korrespondon me funksionimin e motorit me djegie të brendshme në hidrogjen. Në të njëjtën kohë, ndërsa përzierja ajër-karburant bëhet më e dobët, përqendrimi i NOx zvogëlohet, duke arritur pothuajse zero në një raport të tepërt të ajrit prej më shumë se 2 njësi. Kështu, shndërrimi i një motori automobilistik në hidrogjen bën të mundur zgjidhjen rrënjësore të problemit të efikasitetit të karburantit, toksicitetit të gazrave të shkarkimit dhe reduktimit të emetimeve të dioksidit të karbonit.

Përdorimi i hidrogjenit si një aditiv i karburantit kryesor mund të ndihmojë në zgjidhjen e problemit të përmirësimit të efikasitetit të karburantit të motorëve me djegie të brendshme, reduktimin e emetimit të substancave toksike dhe reduktimin e emetimit të dioksidit të karbonit, kërkesat për përmbajtjen e të cilit në Gazrat e shkarkimit të motorëve me djegie të brendshme po bëhen vazhdimisht më të rrepta. Shtimi i hidrogjenit sipas peshës në intervalin 10-20 përqind mund të bëhet optimale për makinat me motorë hibridë në të ardhmen shumë të afërt.

Përdorimi i hidrogjenit si lëndë djegëse motorike mund të jetë efektiv vetëm kur krijohen dizajne të specializuara. Prodhuesit kryesorë të motorëve të automobilave aktualisht po punojnë në motorë të tillë. Në parim, dihen drejtimet kryesore në të cilat është e nevojshme të lëvizni kur krijohet një dizajn i ri i motorëve me djegie të brendshme me hidrogjen. Kjo perfshin:

1. Përdorimi i formimit të përzierjes së brendshme do të përmirësojë masën dhe dimensionet specifike të motorit të hidrogjenit me 20-30 për qind.

2. Përdorimi i përzierjeve super të dobëta hidrogjen-ajër për termocentralet hibride do të bëjë të mundur uljen e ndjeshme të temperaturës së djegies në dhomën e djegies së një motori me djegie të brendshme dhe krijimin e parakushteve për rritjen e raportit të ngjeshjes së motorit me djegie të brendshme. përdorimi i materialeve të reja, përfshirë për sipërfaqen e brendshme të dhomës së djegies, duke lejuar uljen e humbjeve të nxehtësisë në motorin e sistemit të ftohjes.

E gjithë kjo, sipas ekspertëve, do të bëjë të mundur që efikasiteti efektiv i një motori me djegie të brendshme që funksionon me hidrogjen në 42-45 për qind, i cili është mjaft i krahasueshëm me efikasitetin e gjeneratorëve elektrokimikë, për të cilët aktualisht nuk ka të dhëna për ekonominë. efikasiteti në kushtet e funksionimit real të automjetit, duke marrë parasysh lëvizjen e njësive ndihmëse, sallonin e ngrohjes, etj.

Ka rreth pesëdhjetë milionë makina që lëvizin në mbarë botën që punojnë me benzinë ​​ose naftë. Nafta nuk është e pakufizuar, që do të thotë se lind pyetja - çfarë do të ngasin makinat pas 30-40 vjetësh?

Çfarë karburanti është në dispozicion

Le të fillojmë me automjetet hibride. Ata kombinojnë një motor të vogël me djegie të brendshme (ICE) dhe një makinë elektrike me bateri. Energjia nga motori dhe sistemi i frenimit të automjetit përdoret për të ngarkuar bateritë që fuqizojnë makinën elektrike. Motorët tipikë hibridë janë 20-30% më efikas në karburant sesa ICE-të tradicionalë dhe lëshojnë dukshëm më pak ndotës.

Siç e dimë, hibridet nuk do të shkojnë larg pa benzinë, kështu që ne do ta heqim këtë opsion. Makinat elektrike ende duket se janë opsioni më i mirë, por ka pak makina elektrike normale. Dhe rezerva e tyre e energjisë është shumë e vogël, veçanërisht nëse udhëtoni në distanca të gjata. Kostoja është gjithashtu e madhe. Ky opsion është për të ardhmen, por ne duhet të kërkojmë një karburant alternativ tani.

Më poshtë lista shkoni automjetet me karburant alternativ, të tilla si karburanti i alkoolit, bionaftë ose etanol. Ky opsion në pamje të parë duket i shkëlqyer, përveç kësaj po krijohen makina me lëndë djegëse alternative dhe janë shfaqur shkëlqyeshëm. Por nëse të gjitha makinat "transplantohen" në biokarburant, atëherë ushqimi do të rritet në çmim, sepse për prodhimin e këtij lloj karburanti nevojiten sipërfaqe të mëdha të kultivuara.

Një tjetër gjë është hidrogjeni për karburantin e makinave. Është më premtues për disa arsye: masa e një baterie hidrogjeni është më e vogël, karburanti është më i shpejtë, prodhimi i baterive është më i shtrenjtë dhe kërkon më shumë elementë ekzotikë të ndryshëm, një rrjet stacionesh karburanti është shumë më i lehtë për t'u organizuar sesa karikuesit, ka. avantazhe të tjera...

A është energjia elektrike karburanti i së ardhmes?

Kompanitë e automjeteve tashmë po investojnë shuma të mëdha parash në zhvillimin e karburanteve alternative dhe po krijohen automjete elektrike me një distancë të gjatë. Nëse në fillim ata kishin një rezervë energjie jo më shumë se 100 kilometra, tani disa mund të mburren me një rezervë pa rimbushur deri në 300-400 kilometra. Edhe nëse zhvillohen teknologji dhe shfaqen lloje të reja të baterive për automjetet elektrike, atëherë stoku mund të rritet në 500 km.

Zbatueshmëria e automjeteve elektrike me një rezervë të madhe fuqie nuk kufizohet në këtë. Është e nevojshme të ndërtohen pika karburanti në të gjithë botën, duhet të ketë një numër të madh të tyre. Dhe furnizimi me karburant duhet të jetë i shpejtë kur makina mund të "ushqehet" me energji elektrike për një kohë jo më shumë se 1 orë (idealisht 10-20 minuta). Tani duhen deri në 16-24 orë për t'u rimbushur plotësisht, në varësi të kapacitetit të baterive.

Siç e kuptoni, është e nevojshme të ndryshoni plotësisht rrjetin rrugor, dhe kompanitë e mëdha të naftës mund të bien dakord për këtë. Ata kanë shumë stacione karburanti. Thjesht duhet të vendosni dispenzues afër për furnizimin me karburant të automjeteve elektrike. Më pas do të rritet numri i makinave me tërheqje elektrike, sepse do të zgjidhet problemi i karburantit.

Bazuar në sa më sipër: nuk ka ende bateri normale për automjetet elektrike që do të ishin për çdo mot dhe do të ngarkonin të paktën në minuta. Plus, makinat elektrike janë të shtrenjta për shumicën e entuziastëve të makinave. Por me kalimin e kohës dhe zhvillimit të teknologjive, kostoja e tyre do të ulet, ato do të bëhen të disponueshme për të gjithë.

Biokarburantet, të prodhuara nga materiale bimore dhe të përdorura në disa vende, nuk mund të zëvendësojnë plotësisht karburantet hidrokarbure. Pjesa e tij në sasinë aktuale të karburantit për motorët me djegie të brendshme (në tekstin e mëtejmë ICE) është më pak se 1%.

Konvertimi në përdorimin e energjisë elektrike shoqërohet me vështirësi dhe kufizime të caktuara. Në veçanti, kilometrazhi i automjeteve elektrike pa rimbushje nuk mund të kënaqë as shoferët e pakërkuar. Për më tepër, shkenca moderne nuk është në gjendje të sigurojë automjete elektrike me bateri magazinimi me përmasa të vogla dhe të fuqishme.

Përdorimi i motorëve hibridë bën të mundur uljen e ndjeshme të vëllimit të benzinës së konsumuar, por nuk eliminon plotësisht përdorimin e tij. Dhe kostoja e makinave me njësi të tilla energjie nuk është e përballueshme për të gjithë.

Hyrje në energjinë e hidrogjenit dhe qelizat e karburantit

Lloji i ri i karburantit duhet të plotësojë shumë kërkesa:

1. Të ketë burime të mjaftueshme të lëndëve të para.
2. Kostoja e saj nuk duhet të jetë e lartë.
3. Motorët modernë me djegie të brendshme duhet, pa modifikime, ose me numrin minimal të tyre, të funksionojnë me karburant të ri.
4. Emetimi i substancave të dëmshme nga një motor që funksionon duhet të jetë minimal.
5. karburanti i ri duhet të jetë më i lartë se ai ekzistues.

Historia e përdorimit të hidrogjenit si lëndë djegëse

Hidrogjeni si lëndë djegëse për motorët me djegie të brendshme nuk është i ri. Në vitin 1806, shpikësi François Isaac de Riva patentoi motorin e parë të hidrogjenit në Francë. Por shpikja e tij nuk mori njohje dhe nuk ishte e suksesshme. Që nga mesi i shekullit të 19-të, benzina është përdorur gjerësisht si lëndë djegëse. Në Leningradin e rrethuar, në kushtet e mungesës totale të benzinës, më shumë se 600 makina funksiononin me sukses me hidrogjen. Pas luftës, kjo përvojë u harrua me sukses.

Ishte gjysma e dytë e shekullit të kaluar që më detyroi t'i kthehesha karburantit me hidrogjen dhe të merresha seriozisht me kërkimin shkencor në këtë fushë. Për më tepër, zhvillime të tilla u kryen nga shkencëtarë nga pothuajse të gjitha vendet e zhvilluara.

Duhet theksuar se në këtë fushë janë arritur disa suksese. Prodhuesit e njohur si Honda, Toyota, Hyundai dhe të tjerë prodhojnë modelet e tyre të makinave me hidrogjen.

Opsionet për përdorimin e hidrogjenit si lëndë djegëse

Hidrogjeni mund të përdoret si lëndë djegëse për makinat në disa mënyra:

1. Duke përdorur vetëm hidrogjenin.
2. Përdorimi i tij në një përzierje me lëndë djegëse të tjera.
3. Përdorimi i hidrogjenit në qelizat e karburantit.

Metoda më e arritshme për prodhimin e hidrogjenit sot është metoda elektrolitike, në të cilën hidrogjeni merret nga uji me veprimin e një rryme elektrike të fortë që ndodh midis elektrodave të polarizuara në mënyrë të kundërt. Sot më shumë se 90% e hidrogjenit të prodhuar prodhohet nga gazrat hidrokarbure.

Përdorimi i hidrogjenit të pastër për të fuqizuar një motor me djegie të brendshme është testuar prej kohësh. Dhe nuk përdoret gjerësisht, në veçanti, për një numër arsyesh objektive. Gjegjësisht:

1. Konsumi i lartë i energjisë i metodave të sotme të marrjes së këtij lloji të karburantit.
2. Nevoja për të krijuar dhe përdorur kontejnerë super të ngushtë për ruajtjen e hidrogjenit të prodhuar.
3. Mungesa e një rrjeti stacionesh për mbushjen e makinave me hidrogjen.

Nga pajisjet shtesë për djegien e hidrogjenit në motorin me djegie të brendshme të një makine, është instaluar vetëm një sistem furnizimi me hidrogjen dhe një rezervuar për ruajtjen e tij. Kjo metodë lejon përdorimin e hidrogjenit dhe benzinës si lëndë djegëse. Përdoret në makinat e tyre me hidrogjen nga gjigantë të tillë si BMW dhe Mazda.

Është e mundur të përdoret hidrogjeni në një përzierje me karburantin tradicional të hidrokarbureve. Përdorimi i kësaj metode është për shkak të të njëjtave probleme si metoda e funksionimit të një motori me djegie të brendshme me hidrogjen të pastër dhe jep kursime të konsiderueshme në benzinë ​​ose karburant dizel.

Por më të preferuarat nga shumë ekspertë dhe prodhues të automjeteve janë makinat që përdorin qeliza karburanti. Pa hyrë në detaje teknike, ky proces mund të përshkruhet si kombinimi i hidrogjenit dhe oksigjenit në një pajisje të quajtur qelizë karburanti, si rezultat i së cilës gjenerohet një rrymë elektrike që furnizohet me motorët elektrikë që drejtojnë makinën. Një nënprodukt i këtij procesi është uji, i cili shkarkohet jashtë në formën e avullit. Kjo metodë përdoret në mënyrë aktive nga prodhues të tillë makinash si Nissan, Toyota dhe Ford.

Përfitimet e përdorimit të karburantit me hidrogjen. Avantazhi më i rëndësishëm i motorëve me hidrogjen është. Përdorimi i hidrogjenit do të eliminojë një sasi të madhe të të gjitha llojeve të substancave të dëmshme që hyjnë në hapësirën përreth në formën e shkarkimit kur përdoren lëndë djegëse hidrokarbure.

Atraktiv në realitetet e sotme është fakti që nuk humbet mundësia e përdorimit të së njëjtës benzinë.

Mungesa e sistemeve komplekse dhe të shtrenjta të furnizimit me karburant gjithashtu mund t'i atribuohet padyshim avantazheve të rëndësishme të ICE-ve të hidrogjenit mbi ato tradicionale.

Dhe, natyrisht, nuk mund të mos thuhet për efikasitetin dukshëm më të lartë të motorit të hidrogjenit, në krahasim me versionet klasike të motorit me djegie të brendshme.

Disavantazhet e makinave me hidrogjen. Këto përfshijnë një rritje të peshës së makinës për shkak të instalimit të një rezervuari hidrogjeni dhe pajisjeve të tjera shtesë.

Siguri mjaft e ulët gjatë djegies së hidrogjenit të pastër në një motor me djegie të brendshme. Ka shumë gjasa të ndizet dhe madje të shpërthejë.

Kostoja e lartë e qelizave të karburantit të hidrogjenit, në përdorimin e të cilave theksojnë shumë prodhues të automjeteve.

Papërsosmëria e rezervuarëve aktual të ruajtjes së hidrogjenit në një makinë. Deri më tani, shkencëtarët nuk kanë asnjë mendim të qartë për materialet nga të cilat është e nevojshme të bëhen tanke automobilistike për hidrogjen.

Mungesa e një rrjeti stacionesh për mbushjen e makinave me hidrogjen e bën shumë të vështirë funksionimin e një makine me hidrogjen.

konkluzionet

Megjithë problemet dhe mangësitë e rëndësishme teknike, përdorimi i hidrogjenit si lloji kryesor i karburantit në të ardhmen ka. Nuk ka alternativë për të, të paktën sot.

Ulja e vëllimit të hidrokarbureve dhe degradimi i mjedisit.

Zonat më të mëdha metropolitane të botës ju përshëndesin me një pamje gri: smog i rëndë i ngrirë mbi qytet, i formuar nga gazrat e shkarkimit.

Së bashku me tymin, dioksidi i karbonit lëshohet në ajër, i cili ndryshon klimën tonë në Tokë.

Gjithashtu, shumë shtete po mendojnë për pavarësinë energjetike.

Mos u shqetësoni, makina nuk do të zhduket. Siç e lexoni, shkencëtarët e sotëm po eksplorojnë karburantet e së ardhmes. Me çfarë do të funksionojnë motorët e makinave të së nesërmes? Le t'i hedhim një sy tre kandidatëve më premtues.

Hidrogjeni është karburanti i epokës së hapësirës

1. konsumon më shumë energji se benzina ose bateria e automjeteve elektrike;
2. ujë si shter;
3. rimbushet shpejt.

1. shumë e shtrenjtë për t'u prodhuar;
2. vështirësi në ruajtje dhe transport;
3. papajtueshmëria me infrastrukturën e sotme.

Rezultati:

Në letër, hidrogjeni është një lëndë djegëse shumë premtuese, por kostoja e lartë dhe problemet e ruajtjes e pengojnë përdorimin e tij të gjerë në të ardhmen e afërt.

Kur shkencëtarët kishin nevojë për karburant për industrinë hapësinore, ata e kthyen vëmendjen e tyre te hidrogjeni. Qelizat e karburantit të hidrogjenit janë përdorur për të fuqizuar elektronikën në modulet e komandës, duke përfshirë misionin e vitit 1969 në të cilin njerëzit u ulën për herë të parë në Hënë.

Megjithëse njësitë e energjisë duken të pazakonta, ato megjithatë janë shumë të ngjashme me bateritë. Ata gjithashtu prodhojnë energji elektrike, gjë që e bën një makinë të fuqizuar nga një element i ngjashëm një automjet elektrik. Dy kimikate ndërveprojnë në qelizat e karburantit për të gjeneruar energji elektrike.

Mund të përdoren të tjera, duke përfshirë metanolin dhe etanolin. Por, si rregull, përdoret hidrogjeni, pasi ka një përmbajtje të lartë energjie për njësi të peshës, dhe uji është një nënprodukt. Prandaj, nëse keni një makinë me hidrogjen, mund të pini shkarkimin e saj.

Qelizat e karburantit janë pothuajse të pakufizuara në madhësi dhe mund të përdoren në një sërë automjetesh.

Por jo gjithçka është kaq rozë. Fatkeqësisht, qelizat e karburantit me hidrogjen kanë të meta serioze.

Së pari, energjia nuk ruhet në to.

Së dyti, nuk ka burime të mëdha natyrore të hidrogjenit të pastër në Tokë, ndryshe nga lëndët djegëse fosile. Kjo do të thotë se duhet të prodhohet nga e para. Gjithashtu, hidrogjeni është një substancë shumë energji-intensive. Ky avantazh bëhet edhe një disavantazh, pasi kërkon shumë energji për prodhim.

Pavarësisht disa teknologjive të reja premtuese, sot, pothuajse në çdo skenar industrial të imagjinueshëm, kostoja e hidrogjenit tejkalon çmimin e benzinës.

Përveç kësaj, hidrogjeni është një gaz. Për përdorim, duhet të kompresohet në presion të lartë, gjë që e bën të vështirë ruajtjen dhe transportin. Për shembull, për të ruajtur 5 kg hidrogjen, nevojitet një rezervuar i madh 171 litra për të mbajtur gazin në një presion 340 herë më të lartë se presioni atmosferik.

Mbushja e automjeteve me gaz të kompresuar kërkon infrastrukturë të shtrenjtë. Stacioni i mbushjes me hidrogjen kushton afërsisht 2 milion dollarë. Shtoni kostot e transportit dhe prodhimit të hidrogjenit. E gjithë kjo do të kërkojë investime të konsiderueshme afatgjatë.

Megjithatë, shumë prodhues automjetesh kanë krijuar prototipe të automjeteve me qeliza karburanti me hidrogjen, duke përfshirë Fiat, Volkswagen dhe BMW. Dhe Peugeot-Citroen madje ka ndërtuar një ATV me hidrogjen.

Bateritë - tension i lartë në realitet

1. pa shter;
2. punë praktikisht e heshtur;
3. rrjeti përdoret për karikim;
4. bateritë janë tashmë në prodhim masiv.

1. dimensione të mëdha;
2. i rëndë;
3. kohë e gjatë karikimi;
4. pjesa më e madhe e energjisë elektrike në shumë vende prodhohet nga termocentralet me qymyr.

Rezultati:

Makina elektrike është një ëndërr e vjetër e shpikësit. Me mbështetjen e duhur të qeverisë dhe industrisë, do të kishte kaluar shumë kohë më parë. Ka shumë teori konspirative për atë që vrau makinën e pastër. Por çdo histori për automjetet elektrike duhet të fillojë me një diskutim të energjisë.

Pas 20 vitesh zhvillim teknologjik, bateria litium-jon është fëmija i artë sot. Është dukshëm më i lehtë, mban më shumë energji dhe është më efikas se bateritë e tij paraardhëse. Ato përdoren në të gjitha pajisjet elektronike të konsumit.

Megjithatë, bateritë më të mira të sotme prodhojnë shumë më pak energji sesa hidrogjeni ose benzina. Gama mesatare e një automjeti elektrik është 60 km. Prandaj, teknologjitë e energjisë së pastër janë përveç atyre tradicionale.

Edhe pse mundësitë e automjeteve elektrike po zgjerohen vazhdimisht. Për shembull, Mini-E udhëton 240 km me një karikim të vetëm. Por Mini E është një makinë e vogël me një bateri të madhe që peshon mbi 300 kg, gjë që i detyroi projektuesit të sakrifikonin sediljet e pasme.

Përveç formacionit të tmerrshëm, ka edhe një defekt tjetër. Bateritë ngarkohen shumë ngadalë.

Megjithatë, inovacionet teknologjike po futen për të përballuar probleme të ndryshme. Kompania izraelite ka marrë një rrugë të pazakontë: krijimin e pikave për zëvendësimin e baterive të përdorura.

Zgjidhje të tjera përfshijnë futjen e stacioneve me fuqi të lartë ku koha e karikimit mund të reduktohet në tridhjetë minuta. Është gjithashtu e mundur të ngarkoni bateri speciale në vetëm 10 sekonda duke përdorur tensione shumë të larta. Por nëse diçka shkon keq, ekziston rreziku i dëmtimit serioz për shëndetin.

Së bashku, problemet teknike të mësipërme vranë EV-1 GM të parë të prodhuar në masë.

Megjithatë progresi nuk qëndron ende. Shumë kompani në mbarë botën po hulumtojnë lloje të reja qelizash për të krijuar bateri më të uritura për energji dhe më të lehta për t'u mirëmbajtur. Dhe nuk është e gjatë ora kur do të ndalojmë së thithuri smogun e qytetit.

Biokarburantet - Nënë Natyra në shpëtim

1. nuk ka nevojë për infrastrukturë të re;
2. rinisjet;
3. është një karbon neutral;
4. prodhuar dhe aplikuar.

1. mund të dëmtojë automjetet e vjetra;
2. konkurrenca me prodhimin e ushqimit;
3. nevojitet një sasi e madhe biomasa për të plotësuar kërkesat botërore.

Rezultati:

Biokarburantet janë tashmë në përdorim sot. Me zhvillimin e mëtejshëm të teknologjisë dhe një rritje të prodhimit, përdorimi i saj vetëm do të rritet. Pavarësisht nga të gjitha perspektivat, ndikimi mjedisor është një temë e debatit intensiv.

Biokarburantet - Çdo lëndë djegëse e prodhuar nga materiale biologjike si copëzat e drurit, sheqeri ose vaji vegjetal. Biokarburanti ndryshon nga ai tradicional në dy veti të rëndësishme.

Gjatë nxjerrjes dhe djegies së burimeve të energjisë fosile, dioksidi i karbonit shtesë lirohet dhe grumbullohet në atmosferë. Dhe biokarburantet bëhen nga kulturat që përdorin dioksid karboni nga mjedisi për fotosintezë. Prandaj, gjatë përdorimit të biokarburanteve, dioksidi i ri i karbonit nuk emetohet (karboni neutral), gjë që nuk çon në ndryshime klimatike.

Përveç kësaj, rriten lëndët e para të biokarburanteve.

Por disa “njolla të pista” mjedisore e prishin pamjen rozë.

Shndërrimi i materialit biologjik në biokarburant kërkon një proces prodhimi me energji intensive. Dhe, nëse nuk është nga burime të rinovueshme, prodhimi shkakton ndotje.

Problemi i dytë është se zëvendësimi i karburanteve fosile në botë me biokarburantet kërkon një sasi të madhe të biomasës së re. Kjo mund të zvogëlojë ndjeshëm furnizimet globale të ushqimit. Etanoli është bërë tradicionalisht nga drithërat. Ka burime joushqimore si vaji i palmës. Por ato shpesh sjellin shkatërrimin e pyjeve të virgjëra.

Lajmi i mirë është se ekziston një shumëllojshmëri e gjerë e materialeve biologjike në dispozicion për të krijuar lloje të ndryshme të biokarburanteve. Metani, aditivët e karburantit etanol, naftë më e rëndë.

Biznesi merr një sasi të konsiderueshme subvencionesh nga qeveria pasi biokarburantet janë në përputhje me motorët ekzistues me djegie. Prandaj, nuk kërkohet infrastrukturë dhe automjete të reja.

Prodhuesit janë fokusuar në prodhimin e etanolit nga celuloza, pjesët e pangrënshme të bimëve. Kjo ka dy avantazhe. Së pari, nuk ka konkurrencë me prodhimin e ushqimit. Së dyti, celuloza është materiali më i pasur biologjik në Tokë.

Suplementet përdoren në shumë vende. Për shembull, në Australi etanoli kombinohet me benzinë ​​në një përzierje 10 përqind të njohur si E10. Pothuajse të gjitha makinat e prodhuara pas vitit 1986 mund të drejtohen të sigurta. Bionaftë është një përzierje e ndryshme karburanti (B10).

Cili do të jetë karburanti i së ardhmes?

Kur rezervat e burimeve të energjisë fosile reduktohen në vëllime kritike, alternativa më e lirë dhe më e shpejtë do të fitojë.

Prandaj, biokarburantet aktualisht janë duke udhëhequr garën. Tashmë është në shitje, përdoret gjerësisht dhe po bie çmimi për shkak të rritjes së prodhimit. Makinat elektrike vijnë të dytat me një diferencë të vogël. Makinat me hidrogjen pa infrastrukturë janë në vendin e fundit.

Megjithatë, një përparim i papritur teknologjik, si një mënyrë e lirë për të ruajtur sasi të mëdha hidrogjeni, mund të ndryshojë lojën.

Për momentin, hidrogjeni është "karburanti më i zhvilluar i së ardhmes". Ka disa arsye për këtë: kur hidrogjeni oksidohet, uji formohet si nënprodukt dhe hidrogjeni mund të nxirret prej tij. Dhe nëse marrim parasysh se 73% e sipërfaqes së Tokës është e mbuluar me ujë, atëherë mund të supozojmë se hidrogjeni është një lëndë djegëse e pashtershme. Është gjithashtu e mundur të përdoret hidrogjeni për shkrirjen termonukleare, që ka ndodhur në Diellin tonë për disa miliarda vjet dhe na siguron energji diellore.

Fusioni termonuklear i kontrolluar

Shkrirja termonukleare e kontrolluar përdor energjinë bërthamore të çliruar nga shkrirja e bërthamave të lehta si bërthama e hidrogjenit ose izotopet e tij deuteriumi dhe tritium. Reaksionet e shkrirjes bërthamore janë të përhapura në natyrë, duke qenë burimi i energjisë për yjet. Ylli më i afërt me ne - Dielli - është një reaktor natyror termonuklear që ka furnizuar jetën në Tokë me energji për shumë miliarda vjet. Fusioni bërthamor tashmë është zotëruar nga njeriu në kushte tokësore, por deri më tani jo për prodhimin e energjisë paqësore, por për prodhimin e armëve, përdoret në bomba me hidrogjen. Që në vitet '50, në vendin tonë dhe paralelisht në shumë vende të tjera, janë kryer kërkime për krijimin e një reaktori termonuklear të kontrolluar. Që në fillim u bë e qartë se shkrirja termonukleare e kontrolluar nuk ka asnjë aplikim ushtarak. Në vitin 1956, kërkimi u deklasifikua dhe që atëherë është kryer në kuadër të një bashkëpunimi të gjerë ndërkombëtar. Në atë kohë, dukej se qëllimi ishte afër dhe se instalimet e para të mëdha eksperimentale, të ndërtuara në fund të viteve 1950, do të merrnin plazmën termonukleare. Sidoqoftë, u deshën më shumë se 40 vjet kërkime për të krijuar kushte në të cilat çlirimi i fuqisë termonukleare është i krahasueshëm me fuqinë ngrohëse të përzierjes reaguese. Në vitin 1997, instalimi më i madh termonuklear, Tokamak Evropian, JET, mori 16 MW fuqi termonukleare dhe iu afrua këtij pragu.

Gjenerator i elektrohidrogjenit

Si rezultat i punës së kryer, një pajisje e thjeshtë me performancë të lartë për dekompozimin e ujit dhe prodhimin e hidrogjenit të lirë të paparë prej tij me metodën e elektrolizës gravitacionale të një zgjidhje elektrolite u shpik dhe u patentua nën sistemin PCT, i quajtur "gjenerator elektrohidrogjen (EHG)". Ai drejtohet nga një makinë mekanike dhe funksionon në temperaturë normale në modalitetin e pompës së nxehtësisë, duke thithur nxehtësinë e nevojshme nga mjedisi përmes shkëmbyesit të tij të nxehtësisë ose duke shfrytëzuar humbjen e nxehtësisë nga termocentralet industriale ose të transportit. Në procesin e dekompozimit të ujit, energjia e tepërt mekanike e furnizuar me makinën EVG mund të shndërrohet me 80% në energji elektrike, e cila më pas përdoret nga çdo konsumator për nevojat e një ngarkese të jashtme. Në të njëjtën kohë, për secilën njësi të fuqisë lëvizëse të shpenzuar nga gjeneratori, në varësi të mënyrës së specifikuar të funksionimit, thithen nga 20 deri në 88 njësi energjie të nxehtësisë së shkallës së ulët, e cila në të vërtetë kompenson efektin termik negativ të reaksionit kimik të zbërthimi i ujit. Një metër kub i vëllimit konvencional të punës së gjeneratorit, i cili funksionon në modalitetin optimal me një rendiment prej 86-98%, është i aftë të prodhojë 3,5 m3 hidrogjen në sekondë dhe në të njëjtën kohë rreth 2,2 MJ rrymë elektrike direkte. Fuqia termike e njësisë së EHG, në varësi të problemit teknik që zgjidhet, mund të variojë nga disa dhjetëra vat deri në 1000 MW.

Makinë "Hidrogjen".

Koncerni francez i automobilave Renault, së bashku me Nuvera Fuel Cells, planifikon të zhvillojë një automjet prodhimi që përdor hidrogjenin si karburant deri në vitin 2010 (Fig. 6)

Oriz. 6

Nuvera është një kompani e vogël amerikane që ka zhvilluar alternativa ndaj motorëve tani dominues me benzinë ​​dhe naftë që nga viti 1991. Zhvillimi i Nuvera-s bazohet në të ashtuquajturën Fuel Cell. Një qelizë karburanti është një pajisje pa pjesë të lëvizshme që reagon kimikisht me hidrogjen dhe oksigjen për të gjeneruar energji elektrike. Nënproduktet e reaksionit janë nxehtësia e gjeneruar dhe pak ujë.

Parimi i "qelizës së karburantit" është thelbësisht i ndryshëm nga procesi konvencional i elektrolizës që përdoret aktualisht në bateri dhe akumulatorë. Zhvilluesit pretendojnë se produktet e tyre janë në thelb një "bateri e përjetshme" me një jetë shumë të gjatë shërbimi. Përveç kësaj, ndryshe nga një bateri konvencionale, "qeliza e karburantit" nuk ka nevojë të rimbushet.

"Bateritë e hidrogjenit"

Një grup inxhinierësh nga Instituti i Teknologjisë i Massachusetts po punon me specialistë nga universitete dhe kompani të tjera për të zhvilluar një motor karburanti në miniaturë që mund të zëvendësojë bateritë dhe akumulatorët në të ardhmen.

Revista Popular Science, e cila botoi një artikull në lidhje me hulumtimin e shkencëtarëve amerikanë, nuk mund të mos kënaqej: "Vetëm imagjinoni jetën pa bateri! Kur laptopi juaj të mbaron karburanti, ju mbushni rezervuarin dhe shkoni!"