Natychmiast przerzuciłbyś się na paliwo emitujące wyłącznie parę wodną. To jest obietnica. I w sumie jest to sprawiedliwe. Producenci samochodów aktywnie opracowują systemy zastępujące benzynę wodorem. Jest tego dużo. Pozostawia mniejszy ślad dla środowiska niż ropa naftowa.
Istnieją dwa główne sposoby rozwoju tej technologii. Jeden polega na przekształceniu istniejących silników spalinowych tak, aby w razie potrzeby spalały wodór. Inny wykorzystuje ogniwa paliwowe do wytwarzania energii elektrycznej. Obydwa podejścia mają na celu rozwiązanie tego samego problemu. Ale szum stworzył próżnię. Oszuści spieszą się z jego wypełnieniem.
Chemia czystej jazdy
Wszystkie te technologie opierają się na tej samej podstawowej zasadzie, co codzienne dojazdy do pracy. Energia chemiczna zmagazynowana w paliwie. Uwolniony podczas reakcji. W przypadku stosowania benzyny lub wodoru w tradycyjnym silniku reakcją tą jest spalanie. Spalisz to. Ciepło zamieniane jest na energię mechaniczną, która porusza tłoki.
Ogniwa paliwowe działają inaczej. Nic nie palą. Łączą wodór z tlenem z powietrza. Ta reakcja chemiczna pomija fazę ogrzewania. Bezpośrednio wytwarza energię elektryczną. Energia ta następnie zasila silnik elektryczny. To jest uproszczone wyjaśnienie. Rozwiązanie inżynieryjne pod maską jest znacznie bardziej złożone. Jeśli chcesz uzyskać więcej szczegółów, zapoznaj się z instrukcjami działania silników samochodowych lub działania ogniw paliwowych.
Ale bądźmy szczerzy. Za pomocą taniego zestawu nie można po prostu zamienić swojego sedana w samochód napędzany wodą. Przyjrzymy się prawdziwej nauce stojącej za samochodami napędzanymi ogniwami paliwowymi i wodorowymi silnikami spalinowymi. Przyjrzymy się także najnowszym reklamom, które obiecują prostą konwersję, dzięki której Twój samochód będzie mógł jeździć na wodzie. Spojler. To kłamstwo.
Czy wodór jest rzeczywiście bezpieczny?
Kiedy większość ludzi słyszy „samochód na wodór”, myśli „Hindenburg”. W pamięci pozostaje obraz ognistej katastrofy. To poważna przeszkoda. Społeczeństwo postrzega wodór jako substancję lotną. Producenci samochodów twierdzą, że jest tak samo bezpieczny jak benzyna. Próbują to udowodnić za pomocą testów i protokołów bezpieczeństwa. To rzadko przekonuje sceptyków.
Dowodem jest przestrzeganie zasad. Kiedy BMW testowało wodór 7, ograniczenia były natychmiastowe i rygorystyczne. Krytyk motoryzacyjny „New York Timesa”, Lawrence Ulrich, próbował przejechać prototypem przez tunele Lincolna i Hollanda. Został zatrzymany. Władze portów Nowego Jorku i New Jersey nie pozwoliły na to. Dlaczego? Ponieważ istnieją rygorystyczne zasady dotyczące pojazdów wodorowych w tunelach. Strach był tak realny, że zrujnował jazdę próbną.
Ten problem z percepcją spowalnia wdrażanie. Nie oznacza to, że technologia jest wadliwa (nie jest bezbłędna). Oznacza to, że ludzie boją się czołgu.
Wodór na żądanie
Koncepcja wydaje się dość prosta. Wytwórz wodór wewnątrz samochodu. Wymieszaj go z powietrzem. Oparzenie. Jest to podejście na żądanie. Wykorzystuje istniejącą architekturę silnika spalinowego. Nie potrzebujesz nowego elektrycznego układu napędowego. Nie musisz od razu przebudowywać całego łańcucha dostaw.
Jednak wydajność spada. Wytwarzanie wodoru na pokładzie wymaga energii. Energia ta pochodzi z samego paliwa lub z reformera pokładowego. Jest to złożony proces. Tracisz energię podczas fazy transformacji. Jednak dla tradycyjnych producentów oferuje fazę przejściową. Sposób na utrzymanie sprawności silników spalinowych przy jednoczesnej redukcji emisji z rury wydechowej.
„Istnieje wiele oszukańczych programów próbujących wykorzystać popyt na technologie czystej energii”.
Zanim jednak zaczniesz się martwić konwersją starego modelu, pamiętaj o barierach ochronnych. Brakuje infrastruktury umożliwiającej powszechną dystrybucję wodoru. A społeczeństwo nadal kojarzy ten pierwiastek z ryzykiem wybuchu. Droga naprzód to nie tylko inżynieria. To jest zaufanie. A teraz to zaufanie jest kruche.
Od razu wyjaśnijmy terminologię. Kiedy ludzie mówią o „wodorze na żądanie”, nie mają na myśli jednej konkretnej technologii. Zwykle dzieli się to na dwa różne obszary: systemy przeznaczone do zasilania ogniw paliwowych oraz instalacje tworzone dla silników spalinowych (ICE).
Rynek urządzeń posprzedażowych jest zalany roszczeniami. Zobaczysz reklamy zestawów obiecujących przekształcenie Twojego codziennego samochodu w bestię napędzaną wodorem. Większość z nich to tak zwane systemy wodoru na żądanie, które działają jak dodatki do benzyny. Entuzjaści często nazywają to ulepszaniem paliwa wodorowego lub bezpośrednim wtryskiem wodoru.
Oto jak zazwyczaj działa ten sprzęt. Woda jest pobierana. H₂O. Jeden atom tlenu, dwa atomy wodoru. Przepuszcza się przez niego prąd elektryczny, czasem z dodatkiem katalizatora chemicznego. Konkretny elektrolit różni się w zależności od marki, ale cel jest zawsze ten sam: rozbicie wiązania molekularnego w celu wytworzenia gazu HHO.
Ta mieszanina tlenu i wodoru jest technicznie znana jako tlenowodorek. W niektórych kręgach, szczególnie wśród wynalazców i wczesnych odkrywców, nazywany jest gazem Browna, od nazwiska Yehudy Smitha, który spopularyzował koncepcję elektrolizy wody w celu wytworzenia energii.
Gaz doprowadzany jest do kolektora dolotowego silnika. Łączy się z mieszanką paliwowo-powietrzną. Teoria oferowana przez producentów głosi, że HHO działa jak katalizator spalania. Ma on za zadanie obniżyć temperaturę spalania benzyny. Chłodniejsze spalanie. Mniejsze tarcie. Wyższa wydajność. Mniej emisji.
Brzmi logicznie. Ale to nie wytrzymuje krytyki.
„Uruchamianie samochodu na wodzie byłoby prawie niemożliwe.”
Materiały marketingowe często twierdzą, że jedziesz po wodzie. To kłamstwo. Jeździsz na benzynie lub oleju napędowym. Woda jest tylko odczynnikiem. Energia pochodzi z chemicznego rozkładu cząsteczek wody i spalania paliw kopalnych.
Reakcje chemiczne uwalniają energię poprzez przeniesienie wiązań ze stanu wyższego do stanu niższego. Woda jest punktem końcowym (zlewem). Jej połączenia są niezwykle stabilne. Rozkład H₂O na H₂ i O₂ wymaga ogromnego dopływu energii elektrycznej. Proces elektrolizy jest energochłonny.
Oto zadanie matematyczne, które rozbija model biznesowy tych zestawów. Ilość energii elektrycznej pobieranej z generatora i akumulatora w celu wytworzenia gazu HHO przekracza marginalną korzyść w zakresie efektywności paliwowej. Więcej energii zużywasz na tworzenie dodatku, niż oszczędzasz na jego uzupełnianiu. Jest to strata netto.
Systemy te nie zasilają pojazdu. Obciążają one układ elektryczny. Mogą nieznacznie zmienić profil spalania, ale nie zmieniają podstawowej termodynamiki silnika.
Ale to nie jedyna gra na rynku. Podczas gdy producenci części zamiennych zmagają się z podstawową fizyką, główni producenci wybierają inną ścieżkę. Nie próbują oszukać silnika wodą. Budują specjalną infrastrukturę wodorową.
Samochody na wodór
Rzeczywistość ciekłego wodoru
Istnieje ogromna luka techniczna pomiędzy twierdzeniem, że samochód napędzany jest wodorem, a faktycznym jego używaniem. Weźmy BMW Hydrogen 7. Jest to silnik spalinowy, który może spalać zarówno benzynę, jak i wodór. Ale nie wyobrażaj sobie zwykłego zbiornika paliwa. Ten samochód wykorzystuje ciekły wodór. Oznacza to utrzymywanie paliwa w temperaturach kriogenicznych. Jeśli temperatura wzrasta, wodór zamienia się w gaz. A wodór nie może zasilać silnika w tej konkretnej konfiguracji.
Niezbędne modyfikacje dotyczą nie tylko przestrzeni pod maską. Wpływają na układ paliwowy. Izolowanie zbiornika w celu utrzymania niskiej temperatury ciekłego wodoru wymaga znacznych prac inżynieryjnych. Nie jest to prosta wymiana części.
Tolerancje silnika i mity dotyczące konwersji
Silniki samochodowe to urządzenia precyzyjne. Zaprojektowane są z myślą o określonych warunkach pracy i właściwościach paliwa. Widziałeś to z liczbą oktanową. Stosowanie benzyny o niskiej liczbie oktanowej w silniku o wysokich osiągach pogorszy jego osiągi. To jakby jeść tylko lukrecję. Można to zrobić, ale będzie źle.
BMW Hydrogen 7 nie jest standardowym silnikiem zasilanym nietypowym paliwem. Jest to silnik zaprojektowany specjalnie na wodór. Wyrafinowane systemy komputerowe monitorują każdy cykl, aby zapewnić optymalną wydajność.
Czy zatem możliwa jest konwersja obecnego samochodu? Technicznie tak. W fizyce wszystko jest możliwe. Praktycznie? Mało prawdopodobny. Tolerancje wymagane do spalania wodoru znacznie przekraczają możliwości standardowej modernizacji.
Luka w infrastrukturze
Nawet jeśli rozwiązałeś problemy inżynieryjne, potrzebowałeś paliwa. Gdzie mogę to dostać?
Stacje tankowania wodoru są rzadkością. W Stanach Zjednoczonych Kalifornia jest w zasadzie jedynym stanem z funkcjonalną siecią. To wszystko.
Możesz rozważyć uzupełnienie zapasów paliwa w domu. Niektóre systemy wykorzystują rurociągi gazu ziemnego i przekształcają metan w wodór. To jest opcja. Ale dodaje złożoności i tak już złożonemu problemowi. Nie tylko kupujesz samochód. Budujesz fabrykę chemiczną na swoim podjeździe.
Droga przed nami
Trwałe technologie oparte na wodorze są wciąż w fazie rozwoju. Obietnice są prawdziwe. Zasób odnawialny, który redukuje szkodliwe emisje. Ale przeszkody są znaczące.
Producenci samochodów zmierzają w stronę technologii ogniw paliwowych. Samochody napędzane wodorem mogą stać się powszechne w najbliższej przyszłości. A może nie. Termin jest niepewny.
Jedno jest pewne. Samochody napędzane wodą, które w Internecie obiecują cuda, nigdy nie pojawią się w salonach dealerów. To jest oszustwo. Nauka ich nie wspiera.
Aby lepiej zrozumieć mechanikę tego procesu, zapoznaj się z informacjami na temat działania ogniw paliwowych i gospodarki wodorowej. Droga do paliw alternatywnych jest długa. I jest pełno problemów inżynieryjnych, a nie magii.
