Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya
Istilah otomatis,  Artikel,  Perangkat kendaraan

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Mesin pembakaran internal tidak muncul sebagai powertrains terpisah secara dramatis. Sebaliknya, motor klasik muncul sebagai hasil dari penyempurnaan dan peningkatan mesin panas. Bacalah tentang bagaimana unit, yang biasa kita lihat di bawah kap mobil, secara bertahap muncul. dalam artikel terpisah.

Namun, ketika mobil pertama yang dilengkapi dengan mesin pembakaran internal muncul, umat manusia menerima kendaraan penggerak sendiri yang tidak membutuhkan makanan terus-menerus, seperti kuda. Banyak hal telah berubah pada motor sejak 1885, tetapi satu kelemahan tetap tidak berubah. Selama pembakaran campuran bensin (atau bahan bakar lain) dan udara, terlalu banyak zat berbahaya yang dilepaskan yang mencemari lingkungan.

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Jika sebelum munculnya kendaraan self-propelled, para arsitek negara-negara Eropa khawatir kota-kota besar akan tenggelam dalam kotoran kuda, kini penduduk kota-kota besar menghirup udara kotor.

Pengetatan standar lingkungan untuk transportasi memaksa produsen kendaraan mengembangkan powertrain yang lebih bersih. Jadi, banyak perusahaan menjadi tertarik dengan teknologi Anjos Jedlik yang dibuat sebelumnya - gerobak self-propelled dengan traksi listrik, yang muncul pada tahun 1828. Dan hari ini teknologi ini telah menjadi sangat mapan di dunia otomotif sehingga Anda tidak akan mengejutkan siapa pun dengan mobil listrik atau hibrida.

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Tapi yang sangat menggembirakan adalah pembangkit listrik, satu-satunya pelepasan adalah air minum. Ini mesin hidrogen.

Apa itu mesin hidrogen?

Ini adalah jenis mesin yang menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar. Penggunaan unsur kimia ini akan mengurangi menipisnya sumber daya hidrokarbon. Alasan kedua untuk kepentingan instalasi semacam itu adalah pengurangan pencemaran lingkungan.

Bergantung pada jenis motor apa yang akan digunakan dalam pengangkutan, operasinya akan berbeda dari mesin pembakaran internal klasik atau identik.

Sejarah singkat

Mesin pembakaran dalam hidrogen muncul pada periode yang sama ketika prinsip ICE dikembangkan dan ditingkatkan. Seorang insinyur dan penemu Prancis merancang versi mesin pembakaran internal miliknya sendiri. Bahan bakar yang digunakan dalam perkembangannya adalah hidrogen yang muncul sebagai hasil elektrolisis H2A. Pada tahun 1807, mobil hidrogen pertama kali muncul.

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya
Isaac De Rivaz pada tahun 1807 mengajukan paten untuk pengembangan traktor untuk peralatan militer. sebagai salah satu unit tenaga, ia menyarankan untuk menggunakan hidrogen.

Unit tenaga adalah piston, dan pengapian di dalamnya disebabkan oleh percikan api di dalam silinder. Benar, kreasi pertama penemu membutuhkan percikan api manual. Setelah hanya dua tahun, dia menyelesaikan pekerjaannya, dan kendaraan hidrogen self-propelled pertama lahir.

Namun perkembangan saat itu tidak terlalu diperhatikan karena gas tidak mudah didapat dan disimpan seperti bensin. Motor hidrogen secara praktis digunakan di Leningrad selama blokade dari paruh kedua tahun 1941. Meskipun demikian, kita harus mengakui bahwa ini bukan hanya unit hidrogen. Ini adalah mesin pembakaran internal GAZ biasa, hanya saja tidak ada bahan bakar untuk mereka, tetapi ada banyak bahan bakar pada saat itu, karena bahan bakar tersebut adalah balon.

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Pada paruh pertama 80-an, banyak negara, tidak hanya di Eropa, tetapi juga Amerika, Rusia, dan Jepang, mencoba bereksperimen dengan jenis instalasi ini. Jadi, pada tahun 1982, dengan kerja sama antara pabrik Kvant dan perusahaan mobil RAF, motor gabungan muncul, yang bekerja dengan campuran hidrogen dan udara, dan baterai 5 kW / jam digunakan sebagai sumber energi.

Sejak itu, ada upaya dari berbagai negara untuk memperkenalkan kendaraan "hijau" ke dalam lini model mereka, tetapi dalam banyak kasus, mobil semacam itu tetap berada dalam kategori prototipe atau memiliki edisi yang sangat terbatas.

Cara kerjanya

Karena saat ini terdapat banyak motor yang beroperasi dari kategori ini, dalam setiap kasus, pembangkit listrik tenaga hidrogen akan beroperasi sesuai dengan prinsipnya sendiri. Perhatikan cara kerja salah satu modifikasi yang dapat menggantikan mesin pembakaran internal klasik.

Pada motor seperti itu, sel bahan bakar pasti akan digunakan. Mereka adalah sejenis generator yang mengaktifkan reaksi elektrokimia. Di dalam perangkat, hidrogen teroksidasi, dan reaksi menghasilkan pelepasan listrik, uap air, dan nitrogen. Karbon dioksida tidak dilepaskan dalam instalasi seperti itu.

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Kendaraan yang didasarkan pada unit serupa adalah kendaraan listrik yang sama, hanya baterai di dalamnya yang jauh lebih kecil. Sel bahan bakar menghasilkan energi yang cukup untuk mengoperasikan semua sistem kendaraan. Satu-satunya peringatan adalah bahwa dari awal proses hingga pembangkitan energi, dibutuhkan waktu sekitar 2 menit. Tetapi hasil maksimum dari instalasi dimulai setelah sistem memanas, yang memakan waktu seperempat jam hingga 60 menit.

Agar pembangkit listrik tidak bekerja dengan sia-sia, dan tidak perlu mempersiapkan pengangkutan untuk perjalanan terlebih dahulu, baterai konvensional dipasang di dalamnya. Saat mengemudi, itu diisi ulang karena penyembuhan, dan itu diperlukan secara eksklusif untuk menyalakan mobil.

Mobil semacam itu dilengkapi dengan silinder dengan volume berbeda, tempat hidrogen dipompa. Bergantung pada mode mengemudi, ukuran mobil, dan daya instalasi listrik, satu kilogram bahan bakar sudah cukup untuk menempuh jarak 100 kilometer.

Jenis mesin hidrogen

Meskipun ada beberapa modifikasi mesin hidrogen, semuanya terbagi dalam dua jenis:

  • Jenis unit dengan sel bahan bakar;
  • Mesin pembakaran internal yang dimodifikasi, disesuaikan untuk bekerja pada hidrogen.

Mari pertimbangkan setiap jenis secara terpisah: apa saja fiturnya.

Pembangkit listrik berdasarkan sel bahan bakar hidrogen

Sel bahan bakar didasarkan pada prinsip baterai, di mana proses elektrokimia terjadi. Satu-satunya perbedaan antara analog hidrogen adalah efisiensinya yang lebih tinggi (dalam beberapa kasus, lebih dari 45 persen).

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Sel bahan bakar adalah ruang tunggal di mana dua elemen ditempatkan: katoda dan anoda. Kedua elektroda dilapisi platina (atau paladium). Sebuah membran terletak di antara keduanya. Ini membagi rongga menjadi dua ruang. Oksigen disuplai ke rongga dengan katoda, dan hidrogen disuplai ke rongga kedua.

Akibatnya, terjadi reaksi kimia, yang hasilnya adalah kombinasi molekul oksigen dan hidrogen dengan pelepasan listrik. Efek samping dari proses ini adalah pelepasan air dan nitrogen. Elektroda sel bahan bakar dihubungkan ke sirkuit kelistrikan mobil, termasuk motor listrik.

Mesin pembakaran internal hidrogen

Dalam hal ini, meskipun mesinnya disebut hidrogen, ia memiliki struktur yang identik dengan ICE konvensional. Satu-satunya perbedaan adalah bukan bensin atau propana yang terbakar, tetapi hidrogen. Jika Anda mengisi silinder dengan hidrogen, maka ada satu masalah - gas ini akan mengurangi efisiensi unit konvensional sekitar 60 persen.

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Berikut beberapa masalah lain saat beralih ke hidrogen tanpa meningkatkan mesin:

  • Saat HTS dikompresi, gas akan masuk ke dalam reaksi kimia dengan logam dari mana ruang bakar dan piston dibuat, dan seringkali hal ini juga terjadi dengan oli mesin. Karena itu, senyawa lain dibentuk di ruang bakar, yang tidak memiliki kemampuan khusus untuk membakar dengan baik;
  • Celah di ruang bakar harus sempurna. Jika di suatu tempat sistem bahan bakar memiliki kebocoran minimal, gas akan dengan mudah terbakar saat bersentuhan dengan benda panas.
Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya
Mesin untuk Honda Clarity

Untuk alasan ini, lebih praktis menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar pada motor putar (apa fiturnya, baca di sini). Manifold masuk dan keluar dari unit-unit tersebut terletak terpisah satu sama lain, sehingga gas di saluran masuk tidak memanas. Meski begitu, saat mesin sedang dimodernisasi untuk menghindari masalah penggunaan bahan bakar yang lebih murah dan ramah lingkungan.

Berapa lama masa pakai sel bahan bakar?

Di seluruh dunia saat ini, mobil seperti itu sangat langka, dan mereka belum termasuk dalam seri, sulit untuk mengatakan sumber daya apa yang dimiliki sumber energi tertentu. Para pengrajin belum memiliki pengalaman dalam hal ini.

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Satu-satunya hal yang dapat dikatakan adalah bahwa menurut pernyataan perwakilan Toyota, sel bahan bakar mobil produksi mereka Mirai mampu menghasilkan energi tanpa henti hingga 250 ribu kilometer. Setelah tonggak sejarah ini, Anda perlu memantau efektivitas perangkat. Jika kinerjanya sangat menurun, sel bahan bakar diganti di pusat layanan resmi. Benar, orang harus berharap bahwa perusahaan akan mengambil jumlah yang layak untuk prosedur ini.

Perusahaan mana yang sudah membuat atau akan membuat mobil hidrogen?

Banyak perusahaan yang terlibat dalam pengembangan unit listrik yang ramah lingkungan. Berikut adalah merek mobil, di biro desain yang sudah ada opsi kerja, siap masuk seri:

  • Mercedes-Benz adalah crossover GLC F-Cell, yang awal penjualannya diumumkan pada 2018, tetapi sejauh ini hanya beberapa perusahaan dan kementerian Jerman yang membelinya. Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannyaSebuah unit traktor sel bahan bakar hidrogen prototipe, GenH2, baru-baru ini diluncurkan;Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya
  • Hyundai - Prototipe Nexo diperkenalkan dua tahun lalu;Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya
  • BMW adalah prototipe dari hidrogen Hidrogen 7, yang dirilis dari jalur perakitan. Batch 100 eksemplar tetap dalam tahap percobaan, tetapi ini sudah menjadi sesuatu.Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Di antara mobil stok yang dapat dibeli di Amerika dan Eropa adalah model Mirai dan Clarity dari Toyota dan Honda. Untuk perusahaan lainnya, pengembangan ini masih dalam versi gambar, atau sebagai prototipe yang tidak berfungsi.

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya
Toyota mirai
Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya
Kejelasan Honda

Berapa harga mobil bertenaga hidrogen?

Harga mobil hidrogen lumayan. Alasannya adalah logam mulia yang merupakan bagian dari elektroda sel bahan bakar (paladium atau platinum). Selain itu, mobil modern dilengkapi dengan sistem keamanan yang tak terhitung jumlahnya dan stabilisasi pengoperasian elemen listrik, yang juga membutuhkan sumber daya material.

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Meski perawatan mobil semacam itu (hingga sel bahan bakar diganti) tidak jauh lebih mahal dari mobil biasa generasi terbaru. Ada negara yang mensponsori produksi hidrogen, tetapi bahkan dengan memperhitungkannya, Anda harus membayar rata-rata 11 setengah dolar per kilogram gas. Bergantung pada jenis mesinnya, ini bisa cukup untuk jarak sekitar seratus kilometer.

Mengapa mobil hidrogen lebih baik dari mobil listrik?

Jika Anda mengambil pembangkit listrik tenaga hidrogen dengan sel bahan bakar, maka mobil semacam itu akan identik dengan mobil listrik yang biasa kita lihat di jalan. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa mobil listrik diisi dari jaringan atau dari terminal di pom bensin. Transportasi hidrogen sendiri menghasilkan listrik untuk dirinya sendiri.

Adapun harga mobil semacam itu, lebih mahal. Misalnya, model Tesla dasar akan menelan biaya mulai $ 45 ribu. Analog hidrogen dari Jepang dapat dibeli dengan harga 57 ribu cu. Sebaliknya, orang Bavaria menjual mobil mereka dengan bahan bakar "hijau" dengan harga $ 50.

Jika kita memperhitungkan kepraktisan, maka akan lebih mudah untuk mengisi bahan bakar mobil dengan bensin (akan memakan waktu sekitar lima menit) daripada menunggu setengah jam (dengan pengisian cepat, yang tidak diperbolehkan untuk semua jenis baterai) di tempat parkir. Ini adalah nilai plus dari tanaman hidrogen.

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Kelebihan lainnya adalah sel bahan bakar tidak terlalu membutuhkan perawatan, dan umur kerjanya cukup besar. Sedangkan untuk kendaraan listrik, baterai mereka yang besar perlu diganti dalam waktu sekitar lima tahun karena fakta bahwa ia memiliki banyak siklus pelepasan muatan. Dalam cuaca dingin, baterai kendaraan listrik habis lebih cepat daripada di musim panas. Tetapi elemen pada reaksi oksidasi hidrogen tidak mengalami hal ini dan secara stabil menghasilkan listrik.

Bagaimana prospek mobil hidrogen dan kapan mereka akan terlihat di jalan?

Di Eropa dan Amerika Serikat, mobil hidrogen sudah bisa ditemukan. Namun, mereka masih dalam kategori penasaran. Dan saat ini tidak banyak prospek.

Alasan utama mengapa jenis transportasi ini tidak akan segera memenuhi jalan di semua negara adalah kurangnya kapasitas produksi. Pertama, perlu dilakukan produksi hidrogen. Selain itu, perlu untuk mencapai tingkat yang selain ramah lingkungan, bahan bakar juga tersedia untuk sebagian besar pengendara. Selain produksi gas ini, perlu juga mengatur pengangkutannya (meskipun untuk ini Anda dapat dengan aman menggunakan jalan raya tempat pengangkutan metana), serta melengkapi banyak stasiun pengisian dengan terminal yang sesuai.

Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Kedua, setiap pembuat mobil harus secara serius memodernisasi jalur produksi, yang membutuhkan banyak investasi. Dalam ekonomi yang tidak stabil karena wabah epidemi global, hanya sedikit yang akan mengambil risiko seperti itu.

Jika melihat laju perkembangan transportasi listrik, proses pemasyarakatan berlangsung sangat cepat. Namun, alasan popularitas mobil listrik adalah kemampuannya dalam menghemat bahan bakar. Dan ini seringkali menjadi alasan pertama mengapa mereka dibeli, dan bukan demi pelestarian lingkungan. Dalam kasus hidrogen, tidak mungkin menghemat uang (setidaknya sekarang), karena lebih banyak energi dihabiskan untuk produksinya.

Kelebihan dan kekurangan utama mesin hidrogen

Jadi, mari kita rangkum. Keunggulan mesin bahan bakar hidrogen meliputi faktor-faktor berikut:

  • Emisi ramah lingkungan;
  • Pengoperasian unit daya secara diam-diam (traksi listrik);
  • Dalam kasus sel bahan bakar, perawatan yang sering tidak diperlukan;
  • Pengisian bahan bakar cepat;
  • Dibandingkan dengan kendaraan listrik, sistem propulsi dan sumber energi beroperasi lebih stabil bahkan dalam suhu beku.
Mesin hidrogen. Bagaimana cara kerjanya dan kerugiannya

Meski perkembangannya tidak bisa disebut hal baru, namun, masih memiliki sejumlah kekurangan yang membuat pengendara rata-rata melihatnya dengan hati-hati. Berikut beberapa di antaranya:

  • Agar hidrogen dapat menyala, ia harus dalam bentuk gas. Ini menciptakan kesulitan tertentu. Misalnya, kompresor khusus yang mahal diperlukan untuk mengompres gas ringan. Ada juga masalah dengan penyimpanan dan pengangkutan bahan bakar yang benar, karena bahan ini sangat mudah terbakar;
  • Silinder, yang akan dipasang pada mobil, perlu diperiksa secara berkala. Untuk ini, pengendara perlu mengunjungi pusat khusus, dan ini dikenakan biaya tambahan;
  • Di dalam mobil hidrogen, baterai yang sangat besar tidak digunakan, namun pemasangannya masih cukup berat, yang secara signifikan memengaruhi karakteristik dinamis kendaraan;
  • Hidrogen - menyala dengan percikan sekecil apapun, sehingga kecelakaan yang melibatkan mobil seperti itu akan disertai dengan ledakan yang serius. Mengingat sikap tidak bertanggung jawab dari beberapa pengemudi terhadap keselamatan mereka sendiri dan nyawa pengguna jalan lainnya, kendaraan tersebut tidak boleh dilepaskan ke jalan.

Mengingat kepentingan umat manusia pada lingkungan yang lebih bersih, kita dapat berharap bahwa terobosan akan dibuat dalam masalah penyelesaian transportasi "hijau". Tetapi ketika ini terjadi, hanya waktu yang akan menjawabnya.

Sementara itu, tonton video review Toyota Mirai:

Masa depan hidrogen? Toyota Mirai - TINJAUAN LENGKAP dan Spek | LiveFEED®

Pertanyaan dan Jawaban:

Mengapa mesin hidrogen berbahaya? Selama pembakaran campuran hidrogen, mesin memanas lebih dari selama pembakaran bensin. Akibatnya, ada kemungkinan besar piston, katup, dan unit kelebihan beban.

Bagaimana cara mengisi bahan bakar mobil hidrogen? Mobil semacam itu berbahan bakar hidrogen dalam keadaan gas (gas cair atau terkompresi). Untuk menyimpan bahan bakar, dikompresi hingga 350-700 atmosfer, dan suhunya bisa mencapai -259 derajat.

Bagaimana cara kerja mesin pembakaran internal hidrogen? Mobil ini dilengkapi dengan semacam baterai. Oksigen dan hidrogen melewati pelat khusus. Hasilnya adalah reaksi kimia dengan pelepasan uap air dan listrik.

12 комментариев

  • RB

    "baterai besar mereka perlu diganti dalam lima tahun karena memiliki banyak siklus pengisian daya."

    Mobil listrik mana yang harus Anda ganti setelah 5 tahun?

  • Bogdan

    Encerkan hidrogen sehingga tidak lagi mudah terbakar dan dengan demikian memecahkan masalah ledakan pada benturan. PS: Baterainya mencapai 10 tahun… sejak artikel ini ditulis baterai lain telah muncul

  • Tidak mengerti

    Terjemahan Google buruk yang membuat kalimat yang sama sekali tidak berarti. Misalnya, "mesin hidrogen hampir digunakan
    Leningrad selama blokade
    Dari paruh kedua tahun 1941
    Apa??

  • Mahdi Saman

    Tidaklah lebih baik jika listrik dihasilkan oleh mesin hidrogen dan listrik yang dihasilkan digunakan pada kendaraan hybrid atau listrik atau dalam aplikasi lain pada umumnya.

  • Czyfrak Iosif

    Baru-baru ini telah dibuat pasta hidrogen yang dapat bertahan hingga 250 ° C dan juga dapat dibeli di Mall, sekarang saya sedang mencari item itu.

  • Trungan

    Api dengan ledakan. Ini menunjukkan bahwa hidrogen terbakar dengan sangat cepat. Ekspansi udara yang tiba-tiba tidak akan menyebabkan mesin beroperasi sebagaimana mestinya. Saya pikir perlu ada campuran gas yang memperlambat pembakaran hidrogen. Sampai saat itu, mesin pembakaran internal yang populer saat ini dapat menggunakan hidrogen sebagai gantinya.
    Artikel Anda telah membantu saya lebih memahami bahan bakar hidrogen. Terima kasih banyak penulis.

  • Alexandre Ambrosio Trindade

    Saya sangat menyukai artikel dan kontribusi untuk mengklarifikasi beberapa keraguan yang saya miliki dalam proses ini.

  • Jerzy Bednarczyk

    Sebuah "batang penghubung dengan simpul bantalan" cukup untuk menggerakkan mesin piston dengan HIDROGEN. Lihat juga: "Mesin Bednarczyk.

Tambah komentar