محتوى المقال:
- القليل من التاريخ
- السمة المميزة لمحركات الهيدروجين
- الإيجابيات والسلبيات الرئيسية لمحركات الهيدروجين
- أشهر السيارات المزودة بمحرك احتراق داخلي للهيدروجين
"الهيدروجين هو وقود المستقبل" - من خلال هذه الرسالة يتم إدخال محركات ICE للهيدروجين في صناعات النقل والطيران.
ليس من قبيل المصادفة أن يحتل الهيدروجين مكانة رائدة بين جميع مصادر الطاقة البديلة الأخرى - فهو صديق للبيئة قدر الإمكان ، وله مورد متجدد ، ولديه أيضًا أعلى كفاءة مقارنة بالمحركات الكلاسيكية التي تعمل على البنزين والديزل.
ومع ذلك ، بالإضافة إلى المزايا التي لا يمكن إنكارها ، فإن محرك الهيدروجين له أيضًا عدد من العيوب ، والتي لا تسمح بعد بجعله ضخمًا ويحل محل محركات البنزين والديزل "الضارة" تمامًا.
القليل من التاريخ
بدأت البشرية في التفكير في الحاجة إلى الحفاظ على البيئة مؤخرًا ، لكن العلماء بدأوا يفكرون في استبدال محرك الاحتراق الداخلي التقليدي قبل ذلك بكثير.
لذلك ، من يد العالم فرانسوا إسحاق دي ريفاز ، وهو مواطن فرنسي ، تم تصنيع أول محرك هيدروجين في عام 1806. في عام 1841 ، حصلت بريطانيا على أول اتفاقية براءة اختراع لتصنيع محرك هيدروجين ، وفي عام 1852 كان العلماء الألمان قادرة على إنشاء محرك احتراق داخلي.يعمل على خليط الهواء والهيدروجين.
ومع ذلك ، تم إحباط خطط إدخال محركات الهيدروجين بواسطة محركات البنزين ، والتي انتشرت على نطاق واسع بعد عام 1870.
لقد تذكروا الهيدروجين كوقود بديل مرة أخرى فقط في عام 1941 في لينينغراد المحاصرة. ثم استخدم الفني السوفيتي ب. شيليش "كوكتيل" الهواء والهيدروجين لإطلاق بالونات وابل.
ثم تم نسيان الهيدروجين مرة أخرى ، حتى طرقت أزمة الوقود العالمية على الباب في السبعينيات. في أواخر السبعينيات ، أطلقت شركة BMW للسيارات أول سيارة تعمل بالهيدروجين ، ثم حذت شركات أخرى حذوها ، بما في ذلك جنرال موتورز الأمريكية وفورد وهوندا اليابانية وغيرها.
ومع ذلك ، بمجرد أن هدأت الأزمة ، تلاشى الاهتمام بالهيدروجين كمصدر للطاقة مرة أخرى. والآن ، بعد عقود ، تذكر البشرية مرة أخرى وجودها ، والذي تم تسهيله ليس فقط من خلال تنشيط دعاة حماية البيئة ، ولكن أيضًا من خلال ارتفاع أسعار الوقود.
السمة المميزة لمحركات الهيدروجين
من الناحية الهيكلية ، لا يختلف محرك الهيدروجين كثيرًا عن محرك الاحتراق الداخلي القياسي. يحتوي أيضًا على مكابس ، وغرفة احتراق ، وآلية توصيل قضيب كرنك. إذن ما الفرق؟
الحقيقة هي أن محركات الهيدروجين تستخدم طريقة مختلفة لتزويد خليط الوقود واحتراقه اللاحق. بالإضافة إلى ذلك ، فإن احتراق الهيدروجين يستغرق وقتًا أقل بكثير مما هو عليه في حالة الوقود البترولي. الاختلافات طفيفة ، وقد يبدو للوهلة الأولى أنه ليس من الصعب تحويل ICE التقليدي إلى الهيدروجين ، لكن هذا ليس كذلك.
عدد من المشاكل في استخدام محرك الهيدروجين:
- يصعب الحصول على الهيدروجين. ليس سراً أنه موجود في الماء ويعتبر بحق العنصر الكيميائي الأكثر انتشارًا في العالم ، على الرغم من أنه لا يتم تمثيله عمليًا في شكله النقي. هذا يعني أن السيارة يجب أن تكون مجهزة بتركيب خاص مغلق - محلل كهربائي ، وهو المسؤول عن تقسيم الماء والسماح بإنتاج الهيدروجين. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، يصعب تصنيع مثل هذا التثبيت ، مما يؤثر بشكل كبير على التكلفة النهائية.
- نظرًا لارتفاع درجة حرارة الضغط ، يتفاعل الهيدروجين بسهولة مع العناصر المعدنية المختلفة لمحطة الطاقة وحتى مع زيت المحرك.
- حتى تسرب صغير للهيدروجين عند ملامسته لمشعب ساخن سيؤدي إلى نشوب حريق. هذا هو السبب في اليوم ، عند إنشاء محركات الهيدروجين ، يتم استخدام محطات الطاقة الدوارة فقط ، لأنها تقلل من خطر نشوب حريق بسبب المسافة الأكبر بين مشعبات السحب والعادم.
ومع ذلك ، فقد تم حل معظم المشكلات حتى الآن ، ليس فقط في التركيبات الدوارة ، ولكن أيضًا في المحركات التي تستخدم آليات المكبس ، مما يسمح للهيدروجين بالبقاء البديل الواعد للبنزين / الديزل.
الإيجابيات والسلبيات الرئيسية لمحركات الهيدروجين
المزايا الرئيسية لمحركات الهيدروجين هي:
- مستوى عالٍ من الصداقة البيئية ، لأن بخار الماء هو نتاج احتراقه. عندما يحترق الهيدروجين ، يحترق زيت المحرك أيضًا ، ومع ذلك ، فإن كمية العادم السام تكون عدة مرات أقل مما كانت عليه عند حرق البنزين أو الوقود "الثقيل" ؛
- كفاءة عالية ، وهي أعلى بعدة مرات من تلك الموجودة في محطات الطاقة التقليدية التي تعمل على وقود الديزل أو البنزين ؛
- البساطة الهيكلية النسبية ، فضلاً عن عدم وجود أنظمة إمداد وقود باهظة الثمن وغير موثوقة ، وهي عوامل خطيرة أيضًا ؛
- الصمت.
على الرغم من وجود عدد من المزايا المهمة ، فإن محركات الهيدروجين لها عدد كافٍ من العيوب:
- ارتفاع سعر وتعقيد الحصول على الهيدروجين النقي ؛
- البنية التحتية غير المطورة لمحطات التعبئة القادرة على التزود بالوقود بالهيدروجين ؛
- عدم وجود معايير دولية لنقل واستخدام وقود الهيدروجين ؛
- تكلفة عالية لمكونات الوقود وصيانة محركات الهيدروجين ؛
- الصعوبات المرتبطة بتخزين وقود الهيدروجين. لم يتوصل العلماء بعد إلى قاسم مشترك فيما يتعلق بالمواد التي يجب استخدامها في تصنيع الخزانات لتخزين الهيدروجين القابل للاحتراق ؛
- زيادة الكتلة الكلية للسيارة بسبب وجود محرك الهيدروجين ، وهو أثقل بشكل ملحوظ من محركات البنزين والديزل المنتشرة الآن.
بالإضافة إلى ذلك ، يجب فحص أسطوانات الهيدروجين واعتمادها بانتظام ، والذي لا يمكن القيام به إلا من قبل فنيين مؤهلين ومرخصين.
أشهر السيارات المزودة بمحرك احتراق داخلي للهيدروجين
في الصورة: Riversimple Rasa
على الرغم من حقيقة أن العلماء يواصلون التفكير في المشاكل الحالية المرتبطة باستخدام محركات الهيدروجين ، إلا أن عدد السيارات التي تعمل بوقود الهيدروجين في تزايد مستمر. أشهر السيارات التي تعمل بالهيدروجين هي:
- Toyota Mirai FCV - ظهرت السيارة لأول مرة في عام 2013 ، ولكن تم طرحها للبيع فقط في عام 2015. قدمت الاسطوانات المتوفرة فيه "مدى" يبلغ حوالي 500 كم.
- BMW 750hL ، تم عرض نسخة مفاهيمية منها في عام 2000. السيارة مزودة بخزان هيدروجين خاص يكفى احتياطيه لتغطية مسافة 300 كم.
- Honda Clarity هي سيارة أخرى تستخدم الهيدروجين بدلاً من الوقود الكلاسيكي. تتمثل المزايا الرئيسية للنموذج في مظهره المذهل والمثير للإعجاب ، وفقًا لمعايير سيارات الهيدروجين ، وهو احتياطي طاقة يبلغ 589 كم.
- Riversimple Rasa هي سيارة هيدروجين صغيرة أصلها من المملكة المتحدة. كانت ميزتها الرئيسية هي وزنها المنخفض (ما يزيد قليلاً عن 500 كجم) واحتياطي الطاقة المذهل - حوالي 500 كم.
بالإضافة إلى ذلك ، يواصل المصنعون تقديم سيارات ذات مفهوم الهيدروجين ، بما في ذلك Audi H-tron Quattro ، و Mercedes GLC الهيدروجين ، وشاحنة Nikola One من Nikola Motor ، وسيارة H2 Speed الفائقة من دار تصميم Pininfarina وغيرها الكثير.
استنتاج
على الرغم من عدد من العيوب ، يمكن أن يصبح الهيدروجين المصدر الواعد للطاقة النظيفة خلال الثلاثين إلى 40 عامًا القادمة. علينا فقط إيجاد طريقة فعالة لإنتاج الهيدروجين وتطوير بنية تحتية لإيصاله إلى المستهلك النهائي ، وبعد ذلك لن تنسى البشرية إلى الأبد ليس فقط الوقود ، ولكن أيضًا الأزمة البيئية.
