Μαθήματα:
- Υδρογόνο
- Παραγωγή υδρογόνου
- Υδρογόνο ως καύσιμο για κινητήρα Otto
- Κυψέλη καυσίμου
- Δεξαμενή αποθήκευσης
- Εύρος και κόστος υδρογόνου
Υδρογόνο:
Το υδρογόνο (που ονομάζεται υδρογόνο στα αγγλικά) μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φορέας ενέργειας για την τροφοδοσία οχημάτων. Ενεργειακός φορέας σημαίνει ότι η ενέργεια έχει ήδη μπει στο υδρογόνο εκ των προτέρων. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τις (ορυκτές) πηγές ενέργειας όπως το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και ο άνθρακας, όπου η ενέργεια λαμβάνεται από την επεξεργασία αυτών των ουσιών με την καύση τους.
Το υδρογόνο είναι λοιπόν κάτι εντελώς διαφορετικό από την έγχυση νερού, που δεν χρησιμοποιείται ως φορέας ενέργειας στους βενζινοκινητήρες, αλλά καθαρά για την ψύξη του θαλάμου καύσης.
Στόχος είναι να επιτευχθούν «μηδενικές εκπομπές» με υδρογόνο. μια μορφή ενέργειας που δεν παράγει επιβλαβή αέρια κατά τη χρήση. Η μετάβαση από τα ορυκτά καύσιμα στην ηλεκτρική πρόωση σε συνδυασμό με υδρογόνο και κυψέλη καυσίμου εμπίπτει στο ενεργειακή μετάβαση. Η τροφοδοσία οχημάτων με υδρογόνο μπορεί να γίνει με δύο διαφορετικούς τρόπους:
- Χρήση υδρογόνου ως καύσιμο για τον κινητήρα Otto. Το υδρογόνο αντικαθιστά το καύσιμο της βενζίνης.
- Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας υδρογόνο σε κυψέλη καυσίμου. Χρησιμοποιώντας αυτή την ηλεκτρική ενέργεια, ο ηλεκτροκινητήρας θα οδηγήσει το όχημα εντελώς ηλεκτρικά.
Και οι δύο τεχνικές περιγράφονται σε αυτή τη σελίδα.
Το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί με βιώσιμη ενέργεια ή με βάση ορυκτά καύσιμα. Προσπαθούμε να αποτρέψουμε το τελευταίο όσο το δυνατόν περισσότερο, γιατί τα ορυκτά καύσιμα θα σπανίσουν στο μέλλον. CO2 θα παράγεται επίσης κατά την επεξεργασία ορυκτών καυσίμων.
Οι παρακάτω στήλες δείχνουν το ενεργειακό περιεχόμενο μιας μπαταρίας, υδρογόνου και βενζίνης. Βλέπουμε ότι υπάρχουν πολλά
Μπαταρία:
- Ενεργειακό περιεχόμενο: 220 Wh/kg, 360 Wh/l
- Πολύ αποτελεσματικό
- Σύντομη αποθήκευση
- Δυνατότητα άμεσης απελευθέρωσης ενέργειας
- Η μεταφορά είναι περίπλοκη
Υδρογόνο (700 bar):
- Ενεργειακό περιεχόμενο: 125.000 kJ/kg, 34,72 kWh/kg
- 30% θερμότητα, 70% H2 (κυψέλη καυσίμου PEM)
- Δυνατότητα μεγάλης αποθήκευσης
- Απαραίτητη η μετατροπή
- Φιλικό προς τις μεταφορές
Βενζίνη:
- Ενεργειακή αξία: 43.000 kJ/kg, 11,94 kWh/kh
- Επιστροφή έως 33%
- Δυνατότητα μεγάλης αποθήκευσης
- Απαραίτητη η μετατροπή (καύση)
- Φιλικό προς τις μεταφορές
Το υδρογόνο βρίσκεται παντού γύρω μας, αλλά ποτέ ελεύθερο. Είναι πάντα δεμένο. Θα το παράγουμε, θα το απομονώσουμε και θα το αποθηκεύσουμε.
- 1 kg καθαρού αερίου υδρογόνου (H2) = 11.200 λίτρα σε ατμοσφαιρική πίεση
- Το Η2 είναι μικρότερο από οποιοδήποτε άλλο μόριο
- Το H2 είναι ελαφρύτερο από οποιοδήποτε άλλο μόριο
- Το H2 ψάχνει πάντα για συνδέσεις
Εκτός από την παραγωγή και εφαρμογή υδρογόνου σε επιβατικά αυτοκίνητα, αυτή η σελίδα περιγράφει επίσης την αποθήκευση και τη μεταφορά του (στο κάτω μέρος της σελίδας).
Παραγωγή υδρογόνου:
Το υδρογόνο είναι ένα αέριο που δεν εξάγεται από το έδαφος, όπως το φυσικό αέριο. Πρέπει να παράγεται υδρογόνο. Αυτό γίνεται, μεταξύ άλλων, μέσω της ηλεκτρόλυσης, μιας διαδικασίας κατά την οποία το νερό μετατρέπεται σε υδρογόνο και οξυγόνο. Αυτό είναι το αντίστροφο της αντίδρασης που λαμβάνει χώρα σε μια κυψέλη καυσίμου. Επιπλέον, το υδρογόνο μπορεί να ληφθεί μέσω λιγότερο φιλικών προς το περιβάλλον διεργασιών. Τα παρακάτω δεδομένα δείχνουν πώς μπορεί να παραχθεί υδρογόνο το 2021.
- Άνθρακας: C + H20 -> CO2 + H2 + Nox + SO2 + … (θερμοκρασία: 1300C-1500C)
- Φυσικό αέριο: CH4 + H2O -> CO2 + 3H2 (απαιτούμενη θερμοκρασία: 700C-1100C)
- Λάδι: CxHyNzOaSb + …. -> cH2 + πάρα πολλά υποπροϊόντα
- Ηλεκτρόλυση από νερό: 2H2O -> 2H2 + O2
Η ηλεκτρόλυση από το νερό είναι πολύ καθαρή και είναι η πιο φιλική προς το περιβάλλον μορφή παραγωγής υδρογόνου. Αυτό απελευθερώνει υδρογόνο και οξυγόνο, σε αντίθεση με την επεξεργασία των ορυκτών καυσίμων, η οποία απελευθερώνει CO2.
- Ηλεκτρόλυση νερού; Η ηλεκτρόλυση είναι μια χημική αντίδραση που διασπά τα μόρια του νερού για να δημιουργήσει καθαρό υδρογόνο και οξυγόνο. Το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί οπουδήποτε υπάρχει νερό και ηλεκτρισμός. Ένα μειονέκτημα είναι ότι χρειάζεστε ηλεκτρισμό για να φτιάξετε υδρογόνο και μετά να το μετατρέψετε ξανά σε ρεύμα. Έως και 50% χάνεται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Το πλεονέκτημα είναι ότι η ενέργεια αποθηκεύεται στο υδρογόνο.
- Μετατροπή ορυκτών καυσίμων; Το πετρέλαιο και το αέριο περιέχουν μόρια υδρογονάνθρακα που αποτελούνται από άνθρακα και υδρογόνο. Το υδρογόνο μπορεί να διαχωριστεί από τον άνθρακα χρησιμοποιώντας έναν λεγόμενο επεξεργαστή καυσίμου. Το μειονέκτημα είναι ότι ο άνθρακας εξαφανίζεται στον αέρα ως διοξείδιο του άνθρακα.
Η παραγωγή υδρογόνου που λαμβάνεται με ορυκτά καύσιμα ονομάζεται γκρι υδρογόνο. Αυτό απελευθερώνει NOx και CO2 στην ατμόσφαιρα.
Από το 2020 και μετά, η παραγωγή θα γίνεται όλο και πιο «μπλε»: το CO2 θα δεσμεύεται.
Στόχος είναι η παραγωγή αποκλειστικά πράσινου υδρογόνου έως το 2030: η πράσινη ηλεκτρική ενέργεια και το νερό είναι οι πηγές για το πιο φιλικό προς το περιβάλλον υδρογόνο που παράγεται.
Στον χημικό κόσμο, το υδρογόνο αναφέρεται ως Η2, που σημαίνει ότι ένα μόριο υδρογόνου αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου. Το H2 είναι ένα αέριο που δεν υπάρχει στη φύση. Το μόριο Η2 βρίσκεται σε όλα τα είδη ουσιών, με πιο γνωστό το νερό (Η20). Το υδρογόνο πρέπει να λαμβάνεται με διαχωρισμό του μορίου υδρογόνου από, για παράδειγμα, ένα μόριο νερού.
Η παραγωγή υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης είναι επομένως το μέλλον.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει ένα μοντέλο που χρησιμοποιείται συνήθως στα μαθήματα χημείας.
- Οι θετικές και αρνητικές ράβδοι μιας μπαταρίας κρέμονται στο νερό.
- Από την πλευρά της ανόδου παίρνεις οξυγόνο.
- Από την πλευρά της καθόδου παίρνετε υδρογόνο.
Το υδρογόνο που παράγεται από ορυκτά καύσιμα, για παράδειγμα μεθάνιο (CH4), σε αυτή την περίπτωση μετατρέπεται σε H2 και CO2 μέσω αναμόρφωσης. Το CO2 μπορεί να διαχωριστεί και να αποθηκευτεί υπόγεια, για παράδειγμα σε ένα άδειο κοίτασμα φυσικού αερίου. Συνεπώς, η χρήση φυσικού αερίου συμβάλλει ελάχιστα ή καθόλου στις εκπομπές CO2 στην ατμόσφαιρα. Το υδρογόνο μπορεί επίσης να παραχθεί από βιομάζα. Εάν το CO2 που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας επίσης διαχωριστεί και αποθηκευτεί υπόγεια, είναι ακόμη δυνατό να επιτευχθούν αρνητικές εκπομπές CO2. αφαιρώντας το CO2 από την ατμόσφαιρα και αποθηκεύοντας αυτό το CO2 στη Γη.
Το υδρογόνο, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα όπως το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και ο άνθρακας, δεν είναι πηγή ενέργειας, αλλά φορέας ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια που απελευθερώνεται όταν χρησιμοποιείται υδρογόνο, για παράδειγμα ως καύσιμο σε ένα αυτοκίνητο, πρέπει πρώτα να μπει. Απαιτείται ηλεκτρική ενέργεια για την παραγωγή υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης. Η βιωσιμότητα αυτού του υδρογόνου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη βιωσιμότητα της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιείται.
Υδρογόνο ως καύσιμο για κινητήρα Otto:
Ένας κινητήρας Otto είναι ένα άλλο όνομα για έναν βενζινοκινητήρα. Ο βενζινοκινητήρας εφευρέθηκε το 1876 από τον Nikolaus Otto. Σε αυτή την περίπτωση τον ονομάζουμε κινητήρα Otto, γιατί η βενζίνη αντικαθίσταται από άλλο καύσιμο, δηλαδή υδρογόνο. Σε έναν κινητήρα όπου γίνεται έγχυση υδρογόνου, δεν υπάρχει πλέον δεξαμενή καυσίμου με βενζίνη.
Όταν καίγεται υδρογόνο, δεν παράγονται αέρια CO2, σε αντίθεση με τους συμβατικούς κινητήρες Otto και ντίζελ, αλλά μόνο νερό. Όταν γίνεται έγχυση υδρογόνου μέσω άμεσης έγχυσης, θα υπάρξει αύξηση ισχύος 15 έως 17% σε σύγκριση με το καύσιμο βενζίνης. Όταν το υδρογόνο εγχέεται στη βαλβίδα εισαγωγής (έμμεση έγχυση), πραγματοποιείται ταχεία θέρμανση μέσω του αέρα. Ο αέρας εκτοπίζεται επίσης από το υδρογόνο. Και στις δύο περιπτώσεις, λιγότερο οξυγόνο (O2) ρέει στον θάλαμο καύσης. Στη χειρότερη περίπτωση, υπάρχει απώλεια ισχύος έως και 50%.
Η αναλογία μεταξύ αέρα και υδρογόνου δεν είναι τόσο ακριβής όσο, για παράδειγμα, ένα μείγμα αέρα-βενζίνης. Επομένως, το σχήμα του θαλάμου καύσης δεν έχει μεγάλη σημασία.
Το υδρογόνο μπορεί να εγχυθεί με δύο τρόπους:
– Υγρό: Με παροχή υγρού υδρογόνου, η θερμοκρασία καύσης θα πέσει σχετικά λόγω της εξάτμισης, ώστε να δημιουργούνται λιγότερα NOx.
– Αέριο: Εάν το υδρογόνο αποθηκεύεται σε υγρή μορφή στη δεξαμενή και ρέει στον χώρο καύσης σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, πρέπει να χρησιμοποιηθεί εξατμιστήρας για τη μετατροπή του υδρογόνου από υγρή σε αέρια κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, ο εξατμιστής θερμαίνεται από το ψυκτικό του κινητήρα. Πιθανά μέτρα για τη μείωση των NOx είναι: εφαρμόζοντας EGR, έγχυση νερού ή ένα χαμηλότερο αναλογία συμπίεσης.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει τέσσερις καταστάσεις με τρεις διαφορετικές εκδόσεις έγχυσης υδρογόνου. Στη δεύτερη εικόνα από τα αριστερά, το αέριο υδρογόνο εγχέεται έμμεσα στην πολλαπλή εισαγωγής. Το αέριο υδρογόνο θερμαίνεται από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Το υδρογόνο καταλαμβάνει επίσης χώρο, προκαλώντας τη ροή λιγότερου οξυγόνου στον κύλινδρο. Αυτή είναι η κατάσταση όπου συμβαίνει η μεγαλύτερη απώλεια ισχύος.
Στην τρίτη εικόνα το υδρογόνο παρέχεται σε υγρή μορφή. Κρυογονικό σημαίνει ότι το υδρογόνο έχει ψυχθεί πολύ έντονα (μέθοδος αποθήκευσης μεγάλων ποσοτήτων υδρογόνου σε υγρή μορφή σε μια σχετικά μικρή δεξαμενή αποθήκευσης). Επειδή η θερμοκρασία του υδρογόνου είναι χαμηλότερη και είναι σε υγρή κατάσταση, γίνεται καλύτερο γέμισμα του κυλίνδρου. Λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας, επιτυγχάνεται απόδοση σχεδόν τόσο υψηλή όσο ένας κινητήρας με άμεσο ψεκασμό (υδρογόνου). Ο κινητήρας άμεσου ψεκασμού φαίνεται στην τέταρτη εικόνα. Όλος ο χώρος καύσης είναι γεμάτος με οξυγόνο. Όταν η βαλβίδα εισαγωγής είναι κλειστή και το έμβολο συμπιέζει τον αέρα, μια ορισμένη ποσότητα υδρογόνου εγχέεται μέσω του μπεκ ψεκασμού. Το μπουζί σε αυτόν τον κινητήρα βρίσκεται πίσω ή δίπλα από το μπεκ (αυτό δεν φαίνεται στην εικόνα).
Η απόδοση ενός κινητήρα Otto δεν είναι φυσικά 100%, αλλά σε αυτή την εικόνα συγκρίνονται οι αποδόσεις της καύσης υδρογόνου με την καύση βενζίνης.
Το υδρογόνο έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα ανά μονάδα μάζας (120 MJ/kg), καθιστώντας το σχεδόν τρεις φορές υψηλότερη από τη βενζίνη. Οι καλές ιδιότητες ανάφλεξης του υδρογόνου καθιστούν δυνατή τη λειτουργία του κινητήρα πολύ αδύνατο, με τιμή λάμδα από 4 έως 5. Το μειονέκτημα της χρήσης ενός άπαχου μείγματος είναι ότι η ισχύς θα είναι χαμηλότερη και τα χαρακτηριστικά οδήγησης θα μειωθούν. Για να αντισταθμιστεί αυτό, χρησιμοποιείται συχνά υπερτροφοδότηση (turbo).
Λόγω της μεγαλύτερης περιοχής ανάφλεξης σε σύγκριση με το καύσιμο βενζίνης, ο κίνδυνος έκρηξης ή πυρκαγιάς είναι μεγαλύτερος. Είναι επομένως πολύ σημαντικό να υπάρχει καλός έλεγχος της παροχής καυσίμου και της ανάφλεξης. Σε πλήρες φορτίο, η θερμοκρασία στον θάλαμο καύσης μπορεί να γίνει πολύ υψηλή. Υπάρχει συχνά έγχυση νερού είναι απαραίτητο για την εξασφάλιση επαρκούς ψύξης και, επομένως, για την αποφυγή της πρόωρης ανάφλεξης (με τη μορφή έκρηξης ή αντιπυρικού πυρός).
Κυψέλη καυσίμου:
Η προηγούμενη ενότητα εξήγησε πώς το υδρογόνο μπορεί να χρησιμεύσει ως καύσιμο για τον κινητήρα εσωτερικής καύσης. Μια άλλη εφαρμογή του υδρογόνου είναι στην κυψέλη καυσίμου. Ένα όχημα εξοπλισμένο με κυψέλη καυσίμου δεν έχει κινητήρα εσωτερικής καύσης αλλά έναν ή περισσότερους ηλεκτρικούς κινητήρες. Η ηλεκτρική ενέργεια για τη λειτουργία των ηλεκτροκινητήρων παράγεται από την κυψέλη καυσίμου. Η κυψέλη καυσίμου είναι μια ηλεκτροχημική συσκευή που μετατρέπει τη χημική ενέργεια απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια, χωρίς θερμικές ή μηχανικές απώλειες. Η μετατροπή ενέργειας στην κυψέλη καυσίμου είναι επομένως πολύ αποδοτική. Η κυψέλη καυσίμου λειτουργεί γενικά με υδρογόνο, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί καύσιμο όπως η μεθανόλη.
Μια κυψέλη καυσίμου μπορεί κατ 'αρχήν να συγκριθεί με μια μπαταρία, επειδή και οι δύο παράγουν ηλεκτρική ενέργεια μέσω μιας χημικής διαδικασίας. Η διαφορά είναι ότι η αποθηκευμένη ενέργεια στην μπαταρία απελευθερώνεται μία φορά. Η ενέργεια εξαντλείται με την πάροδο του χρόνου, επομένως η μπαταρία πρέπει να επαναφορτιστεί. Μια κυψέλη καυσίμου παρέχει συνεχή ενέργεια, εφόσον τα αντιδρώντα τροφοδοτούνται στο ηλεκτροχημικό στοιχείο. Τα αντιδρώντα είναι χημικές ουσίες που αντιδρούν μεταξύ τους σε μια χημική αντίδραση.
Σε μια κυψέλη καυσίμου, το υδρογόνο και το οξυγόνο μετατρέπονται σε ιόντα Η+ και ΟΗ- (φορτισμένα σωματίδια). Τα ιόντα διαχωρίζονται από μια μεμβράνη σε ξεχωριστούς θαλάμους της κυψέλης καυσίμου. Η κυψέλη καυσίμου περιέχει δύο πορώδη ηλεκτρόδια άνθρακα στα οποία εφαρμόζεται ένας καταλύτης. για το υδρογόνο (Η) ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο (άνοδος) και για το οξυγόνο (Ο) ένα θετικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος).
Τα ιόντα Η+ και ΟΗ- οδηγούνται μεταξύ τους μέσω των ηλεκτροδίων (άνοδος και κάθοδος), μετά τα οποία τα ιόντα + και – αντιδρούν μεταξύ τους. Η κάθοδος καταλύει την αντίδραση κατά την οποία τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια αντιδρούν με το οξυγόνο για να σχηματίσουν το τελικό προϊόν δύο, δηλαδή το νερό. Τα ιόντα Η+ και ΟΗ- μαζί σχηματίζουν ένα μόριο Η2Ο. Αυτό το μόριο δεν είναι ιόν γιατί το ηλεκτρικό του φορτίο είναι ουδέτερο. Το σωματίδιο συν και το σωματίδιο μείον μαζί δίνουν ένα ουδέτερο σωματίδιο.
Η οξείδωση του υδρογόνου (Η) λαμβάνει χώρα στην άνοδο. Η οξείδωση είναι η διαδικασία κατά την οποία ένα μόριο δίνει τα ηλεκτρόνια του. Η άνοδος δρα ως καταλύτης, διασπώντας το υδρογόνο σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια.
Η αναγωγή λαμβάνει χώρα στην κάθοδο με την προσθήκη οξυγόνου (Ο). Τα ηλεκτρόνια, σφραγισμένα από την άνοδο, θα ταξιδέψουν στην κάθοδο μέσω ενός ηλεκτρικού καλωδίου που συνδέει τα ηλεκτρόνια γύρω από το εξωτερικό.
Μη μεταφέροντας ηλεκτρόνια απευθείας, αλλά μέσω μιας εξωτερικής οδού (το καλώδιο ρεύματος), αυτή η ενέργεια απελευθερώνεται σε μεγάλο βαθμό ως ηλεκτρική ενέργεια. Το κύκλωμα κλείνει με ιόντα σε έναν ηλεκτρολύτη σύνδεσης μεταξύ του μειωτήρα και του οξειδωτικού.
Το σωματίδιο που απορροφά ηλεκτρόνια ονομάζεται οξειδωτικό και έτσι ανάγεται. Ο αναγωγικός παράγοντας χάνει ηλεκτρόνια και οξειδώνεται. Αναγωγή είναι η διαδικασία με την οποία ένα σωματίδιο απορροφά ηλεκτρόνια. Οξείδωση και αναγωγή πάνε πάντα μαζί. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που απελευθερώνονται και απορροφώνται είναι πάντα ο ίδιος.
Στον αρνητικό πόλο λαμβάνει χώρα η ακόλουθη αντίδραση:
Μια διαφορετική αντίδραση λαμβάνει χώρα στον θετικό πόλο:
Η παρακάτω εικόνα δείχνει την κάτω όψη μιας στοίβας κυψελών καυσίμου της Toyota. Αυτή η στοίβα κυψελών καυσίμου βρίσκεται κάτω από το καπό του αυτοκινήτου. Ο ηλεκτροκινητήρας είναι συνδεδεμένος σε αυτή τη στοίβα. Ο ηλεκτροκινητήρας παρέχει την ισχύ στο κιβώτιο ταχυτήτων, το οποίο συνδέεται με τους κινητήριους άξονες για να μεταδώσει τις κινητήριες δυνάμεις στους τροχούς.
Στο επάνω μέρος της στοίβας διακρίνονται αρκετοί σωλήνες αέρα. Αυτό περιλαμβάνει, μεταξύ άλλων, την αντλία αέρα που αντλεί τον αέρα στις κυψέλες καυσίμου, ανάλογα με την ισχύ που απαιτείται από τον ηλεκτροκινητήρα.
Αυτή η στοίβα κυψελών καυσίμου είναι εξοπλισμένη με 370 κυψέλες καυσίμου. Κάθε κυψέλη καυσίμου τροφοδοτεί 1 βολτ, επομένως μπορούν να τροφοδοτηθούν συνολικά 370 βολτ στον ηλεκτροκινητήρα. Οι κυψέλες καυσίμου βρίσκονται όλες η μία κάτω από την άλλη. Ο κόκκινος κύκλος δείχνει μια μεγέθυνση, όπου φαίνεται καθαρά η στοίβαξη των κυψελών καυσίμου.
Δεξαμενή αποθήκευσης:
Αν και το υδρογόνο έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα ανά μονάδα μάζας (120 MJ/kg) και επομένως είναι σχεδόν τρεις φορές υψηλότερη από τη βενζίνη, η ενεργειακή πυκνότητα ανά μονάδα όγκου είναι πολύ χαμηλή λόγω της χαμηλότερης ειδικής μάζας του. Για αποθήκευση, αυτό σημαίνει ότι το υδρογόνο πρέπει να αποθηκεύεται υπό πίεση ή σε υγρή μορφή για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια δεξαμενή αποθήκευσης με διαχειρίσιμο όγκο. Υπάρχουν δύο παραλλαγές για εφαρμογές οχημάτων:
- Αέρια αποθήκευση στα 350 ή 700 bar. Στα 350 bar ο όγκος του ρεζερβουάρ ως προς το ενεργειακό περιεχόμενο είναι κατά 10 συντελεστής μεγαλύτερος από ό,τι με τη βενζίνη.
- Αποθήκευση υγρών σε θερμοκρασία -253 βαθμών (κρυογονική αποθήκευση), όπου ο όγκος της δεξαμενής ως προς το ενεργειακό περιεχόμενο είναι κατά 4 μεγαλύτερος από ό,τι με τη βενζίνη. Με την αποθήκευση αερίων, το υδρογόνο μπορεί να αποθηκευτεί επ' αόριστον χωρίς απώλεια καυσίμου ή συμβιβασμό στην ποιότητα. Η κρυογονική αποθήκευση, από την άλλη πλευρά, έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ατμών. Επειδή η πίεση στη δεξαμενή αυξάνεται λόγω θέρμανσης, το υδρογόνο θα διαφύγει μέσω της βαλβίδας εκτόνωσης πίεσης. μια διαρροή περίπου δύο τοις εκατό την ημέρα είναι αποδεκτή. Οι εναλλακτικές επιλογές αποθήκευσης βρίσκονται ακόμη στο στάδιο της έρευνας.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει δύο δεξαμενές αποθήκευσης κάτω από το αυτοκίνητο. Πρόκειται για δεξαμενές αποθήκευσης όπου το υδρογόνο αποθηκεύεται σε αέρια μορφή υπό πίεση 700 bar. Αυτές οι δεξαμενές αποθήκευσης έχουν πάχος τοιχώματος περίπου 40 χιλιοστά (4 εκατοστά), καθιστώντας τις ανθεκτικές στην υψηλή πίεση.
Παρακάτω μπορείτε να δείτε ξανά πώς τοποθετούνται οι δεξαμενές υδρογόνου κάτω από το αυτοκίνητο. Ο πλαστικός σωλήνας είναι η αποστράγγιση του νερού που δημιουργείται κατά τη μετατροπή στην κυψέλη καυσίμου.
Ανεφοδιασμός με υδρογόνο:
Τη στιγμή της συγγραφής αυτού του άρθρου, υπάρχουν μόνο δύο σταθμοί ανεφοδιασμού υδρογόνου στην Ολλανδία. Ένα από αυτά τα βενζινάδικα βρίσκεται στο Rhoon (Νότια Ολλανδία). Οι εικόνες δείχνουν τα ακροφύσια πλήρωσης που χρησιμοποιούνται για τον ανεφοδιασμό. Η πίεση λειτουργίας για πλήρωση είναι 350 bar για επαγγελματικά οχήματα και 700 bar για επιβατικά αυτοκίνητα.
Η σύνδεση πλήρωσης στο αυτοκίνητο βρίσκεται πίσω από το συνηθισμένο πτερύγιο καυσίμου. Το πιστόλι πλήρωσης συνδέεται σε αυτή τη σύνδεση πλήρωσης. Αφού συνδέσετε το ακροφύσιο πλήρωσης, η σύνδεση θα κλειδώσει. Η δεξαμενή αποθήκευσης του αυτοκινήτου θα γεμίσει με αέριο υδρογόνο υπό πίεση 700 bar.
Εύρος και κόστος υδρογόνου
Ως παράδειγμα, παίρνουμε ένα Toyota Mirai (έτος μοντέλου 2021) και εξετάζουμε τη γκάμα και το πρόσθετο κόστος:
- Εμβέλεια 650 χλμ.
- Κατανάλωση: 0,84 kg / 100 km;
- Τιμή καυσίμου ανά km: 0,09 έως 13 σεντ.
- τέλη κυκλοφορίας €0,-
Σε σύγκριση με ένα όχημα με κινητήρα ντίζελ, ένα αυτοκίνητο κυψελών καυσίμου δεν είναι φθηνό. Αν και το κόστος των τελών κυκλοφορίας διαδραματίζει σημαντικό ρόλο, ο αριθμός των πρατηρίων καυσίμων στην Ολλανδία εξακολουθεί να είναι σπάνιος το 2021. Ακολουθεί σύγκριση του κόστους ανά 100 km με τις τρέχουσες τιμές καυσίμων:
BMW 320d (2012)
- Ντίζελ: 1,30 € το λίτρο.
- Κατανάλωση: 5,8 l/100 km;
- Κόστος 100 χλμ: 7,54 €.
Toyota Mirai (2020):
- Υδρογόνο: €10 ανά kg;
- Κατανάλωση: 0,84 kg/100km;
- Κόστος 100 χλμ: 8,40 €
Σχετικές σελίδες:
- Ηλεκτρική κίνηση (ΣΦΑΙΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ);
- Ενεργειακή μετάβαση.
