Wasserstoffautomotor: ein Heilmittel gegen Ölsucht. Wasserstoffmotor Das Funktionsprinzip eines Wasserstoffautomotors mit eigenen Händen

Nur wenige Menschen werden die Aussicht auf die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff für Autos, zumindest als Übergangskraftstoff, leugnen. Denn Wasserstoff ist erstens ein absolut umweltfreundlicher Kraftstoff und zweitens sind seine Reserven praktisch unbegrenzt, unerschöpflich und erneuerbar. Das heißt, Wasserstoff kann überall dort produziert werden, wo es leistungsstarke Energiequellen gibt. Viele unserer Leser werden uns sicherlich widersprechen und sagen, dass Wasserstoff und Wasserstofftreibstoff überhaupt nicht das sind, was wir anstreben sollten. Wir stimmen dieser Aussage teilweise zu. Tatsächlich ist Wasserstoff nicht gerade der Kraftstoff, den wir uns für die Autos der Zukunft wünschen. Aber andererseits ist dies bei all dem ein sehr großer Fortschritt und ein absolut würdiger Ersatz für den aktuellen Benziner, und das umso mehr Dieselkraftstoff. Doch der Übergang zu Wasserstoff wird vor allem durch Informationsprobleme verzögert. Schließlich wird uns in Lehrbüchern und auf Fernsehbildschirmen ständig gesagt, dass Wasserstoff ein explosiver Stoff ist, und dass wir vor allem spezielle Motoren benötigen, um mit Wasserstoff arbeiten zu können, deren Erfindung, Tests usw. sehr lange dauern. Wir werden nicht alle diese Urteile auf weltweite Verschwörungen zurückführen, da die meisten dieser Überlegungen mit gewöhnlicher Unwissenheit in Verbindung gebracht werden können, was in diesem Fall durchaus verzeihlich ist, da es sehr schwierig ist, verlässliche Informationen zu diesem Thema zu finden.

Daher wäre es lohnenswert, die positiven Erfahrungen beim Starten konventioneller Motoren zu wiederholen interne Verbrennung Ohne jegliche Änderungen wurden sie während des Zweiten Weltkriegs bei der Verteidigung Leningrads erfolgreich durchgeführt.

Aber es ist eine Sache, wenn es jemand irgendwo gemacht hat, und eine andere Sache ist es, mit eigenen Augen zu sehen und eine wiederholbare und einfache Methode zum Starten herkömmlicher Verbrennungsmotoren mit Wasserstoff zu haben, ohne den Verbrennungsmotor zu verändern oder zu modifizieren, oder zumindest mit minimale Modifikationen Motor. Wir freuen uns, mit Ihnen unsere positiven Erfahrungen beim Starten eines ganz gewöhnlichen Verbrennungsmotors mit demselben ganz gewöhnlichen Industriewasserstoff zu teilen!

Na ja, sehen Sie!? Sie können alles selbst überprüfen, ohne teures Labor, millionenschwere Finanzierung und andere „Störfaktoren“!

Nun versuchen wir gemeinsam, die folgenden Fragen zu beantworten:

— Wasserstoffverbrauch im Vergleich zu Benzin, wie sieht es in der Praxis aus?

— Gibt es negative Aspekte bei der Verwendung von Wasserstoff anstelle von Kraftstoff?

— Optimierung des Verbrennungsmotors für den Betrieb mit Wasserstoff.

Wir würden uns sehr über Ihre Kommentare und Videos freuen. Da dieser Artikel jedoch im Praxisteil veröffentlicht wurde, warten wir auf Kommentare und Videos, die praktisch nützlich und bestätigt sind persönliche Erfahrung und nicht nur theoretische Annahmen.

Früher oder später werden die Ölreserven weltweit erschöpft sein. Natürlich ist es unwahrscheinlich, dass dies morgen passieren wird, aber heute sind die Preise für erdölbasierte Kraftstoffe deutlich gestiegen. Diese Tatsache ist zu einem guten Anreiz für Entwickler geworden, die den Kraftstoff der Zukunft erfinden. Darüber hinaus sollte es sich nicht nur um einen Kraftstoff handeln, sondern vorzugsweise um einen erneuerbaren Kraftstoff. Viele sind sich sicher, dass ein Wasserstoffauto ein Spielzeug ist. Mal sehen, ob das stimmt.

Treibstoff der Zukunft

Der berühmte Schriftsteller Jules Verne schrieb vor langer Zeit in seinen Abenteuerromanen über solchen Treibstoff. In einem seiner Romane zum Thema alternative Energiequellen sagte der Autor, dass gewöhnliches Wasser zu einem Energieprodukt werden würde. Und so geschah es. Ja, das ist keine Fiktion.

Wasser, genauer gesagt einer seiner Bestandteile – Wasserstoff – ist nicht nur das erste chemische Element. Das ist auch eine Quelle. Und stellen Sie sich vor, diese Zukunft ist schon sehr nah.

Heute produzieren japanische Unternehmen Motoren, die nur mit dieser Art von Kraftstoff betrieben werden. Das Wasserstoffauto von Toyota ist das weltweit erste Serienauto, das mit diesem Motor ausgestattet ist.

Das Auto ist eine Limousine mit vier Türen. Es verfügt über einen Elektromotor mit einer Leistung von 151 PS. Mit. Sie fragen sich vielleicht, was Wasserstoff damit zu tun hat, da der Motor elektrisch ist? Lass es uns herausfinden.

Toyota Mirai-Technologien

Der Elektromotor wird von einem speziellen Umrichter angetrieben. Und es bezieht Energie bereits direkt aus Wasserstoff. In Autotanks steht Gas unter hohem Druck. Die Behälter bestehen aus

Aber die Reaktion erfordert immer noch Sauerstoff. Ja, das stimmt. Während der Fahrt erhält das Auto Sauerstoff direkt vom Kühler. Eine Füllung von zwei Tanks mit Wasserstoff reicht aus, um bis zu 480 km mit dem Auto zurückzulegen. Das Nachfüllen dauert nur 3 Minuten. Für gegebene Zeit 170 Liter Benzin werden in die Tanks des Autos gefüllt. Im Durchschnitt liegt der Verbrauch bei etwa 4,7 Litern pro 100 km.

Wie funktioniert das?

Wenn Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert, kommt es zu einer heftigen Reaktion chemische Reaktion, bei dem elektrische Energie erzeugt wird. Es wird in der Batterie gespeichert. Angetrieben wird das Fahrzeug von einem synchronen Wechselstrommotor.

Technische Eigenschaften des „Japaners“

Die Höchstgeschwindigkeit, die ein wasserstoffbetriebenes Auto erreichen kann, beträgt 180 km/h. Das Auto kann in nur 9 Sekunden auf 100 km beschleunigen.

Neben der Tatsache, dass man einen „Japaner“ fahren kann, ohne die Umwelt zu belasten, kann dieses Auto auch zu Hause als Kraftwerk genutzt werden. Ingenieure und Designer, die an der Entwicklung des neuen Produkts beteiligt waren, behaupten, dass mit Hilfe eines solchen Systems das ganze Haus mit Strom versorgt wird. Somit können Sie es 5 Tage lang frei nutzen.

Rabatte auf Kraftstoff für Käufer

Einwohner Japans und der USA, die ein Wasserstoffauto kaufen, erhalten große Rabatte und kostenloses Auftanken ihrer Autos. Die Autoren des grandiosen Projekts sind zuversichtlich, dass es erfolgreich sein wird. Andere Autohersteller bleiben jedoch nicht tatenlos zusehen. Und Verbraucher könnten bald eine größere Auswahl an Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen haben.

Großartig und schrecklich

Dass Wasserstoff zur Nummer 1 in Sachen alternativer Kraftstoff werden kann, ist schon seit längerem in aller Munde. Schon vor der Wirtschaftskrise im Jahr 2008 wurde in den Medien immer wieder darüber berichtet, wie wunderbar sich die Kraft des Wasserstoffs nutzen ließe.

Jedes mit Wasserstoff betriebene Auto galt als Durchbruch und seine Schöpfer wurden fast in den Rang eines Heiligen erhoben. Ungeschulte Leser und Autoenthusiasten hielten dies zuversichtlich für einen echten Durchbruch, aber es muss gesagt werden, dass dem nicht so ist.

Vor 150 Jahren

Der tatsächliche Stand der Dinge unterscheidet sich geringfügig von dem, was in Blogs über alternative Energien geschrieben wird. Wasserstoff wird in dieser Funktion seit etwa 150 Jahren eingesetzt. Das Wasserstoffauto hat dazu beigetragen, den Krieg zu gewinnen.

Der allererste Verbrennungsmotor, der diesen Kraftstoff nutzte, wurde 1860 von Lenoir gebaut. Dann, im Jahr 1942, erfolgte eine ziemlich umfangreiche Umstellung der gesamten Automobilausrüstung auf eine Wasserstoff-Energiequelle.

Dies geschah im belagerten Leningrad. Ursprünglich sollte Wasserstoff in Luftverteidigungssystemen für Ballons eingesetzt werden. Den großen russischen Ingenieuren gelang es jedoch, die Situation zu ändern.

Wie war es?

Zum Schutz der Stadt wurden Airbusse eingesetzt. Diese fliegenden Gummiobjekte, die bis zum Rand mit Wasserstoff gefüllt waren, erlaubten es faschistischen Flugzeugen nicht, gezieltes Feuer auf die Stadt abzufeuern.

Allerdings hatte der Gummi-Luftschutz einen großen Nachteil. Aufgrund der Tatsache, dass die Hülle des Airbus dieses Gas passieren ließ, sanken die Airbusse ab. Anstelle von Wasserstoff traten verschiedene Wasserdämpfe und andere Gase. Deshalb wurden Flugzeuge manchmal auf den Boden abgesenkt, entlüftet und wieder betankt.

Zum Betanken der Airbusse wurden Winden und GAZ AA-Benzinlastwagen eingesetzt. Und während der Blockade war Benzin in Leningrad sehr teuer. Durch den Krieg gingen die Vorräte zur Neige, und Boris Shelits, damals Militärtechniker, diente an der Tankstelle dieser Airbusse. Hier ist es also. Es gab kein Benzin, also komplett. Er versuchte, Flugkörper mit elektrischen Winden abzusenken. Der Strom ging jedoch bald aus. Viele verschiedene alternative Energiequellen wurden ausprobiert.

Eines Tages dachte ein Militärtechniker, dass Wasserstoff auf andere Weise genutzt werden könnte, als einfach in den Himmel freigesetzt zu werden. Schließlich ist die Wärme, die dieses Gas bei der Verbrennung erzeugt, viermal höher als die von Kohle und dreimal höher als die von Benzin und anderen Erdölprodukten. Schelitz bat um eine Experimentiererlaubnis, die ihm unterschrieben wurde. Muss ich erwähnen, dass so ein Wasserstoffauto entstanden ist?

Funktionsprinzip

Der Plan des Wissenschaftlers lief darauf hinaus, einen Airbus über einen Schlauch mit dem Ansaugkrümmer eines Automotors zu verbinden. Der Wasserstoff gelangte unter Umgehung des Vergasers direkt in die Zylinder. Die Dosierung von Wasserstoff sowie der für die Reaktion notwendigen Luft erfolgte mittels Drosselklappe oder das Gaspedal.

Shelits führte seine ersten Experimente in der Kälte durch. Der Motor sprang trotz der Außentemperatur problemlos an. Der Motor arbeitete stabil und lange. Es stimmt, die Ballons explodierten und Shelitsa war völlig geschockt. Danach wurde ein spezielles Schutzsystem erfunden. Es basiert auf einer Wassersperre, die verhindert, dass sich das Gemisch bei Blitzen im Motorkrümmer entzündet. So wurde ein Wasserstoffauto sicherer.

Übrigens waren nach der Demontage eines der Motoren praktisch keine Verschleißerscheinungen zu erkennen. In den Zylindern befanden sich keine Kohlenstoffablagerungen, sondern nur Wasserdampf.

Wasserstoff rettet Leben

Die so während des Krieges erfundene Wasserstoffmaschine half, viele Leben zu retten, der Blockade standzuhalten, und Schelitz selbst erhielt für diese Entwicklung eine Auszeichnung und ließ sie sogar patentieren. Der Entwickler wurde mit dem Roten Stern ausgezeichnet.

Wasserstofftaxi

Nach dem Krieg, als Wasserstoff nirgendwo mehr verfügbar war, begann man ihn zu vergessen. Einige erinnern sich jedoch noch daran, dass es in der Ukraine, in Charkow, ein Taxi gab, aber kein normales, sondern ein Wasserstofftaxi.

Sparen Sie mit Brown's Gas

Auch in den meisten modernen Automobil-Verbrennungsmotoren verbrennt der Kraftstoff alles andere als optimal. Etwa 60 % des Luft-Kraftstoff-Gemisches gehen einfach in den Tiefen des Abgaskrümmers verloren. Im Kollektor verbrennt das Gemisch nicht vollständig und gleichzeitig entstehen auch recht giftige Abgase.

Aufrüstung des Generators

Um das Wasserstoffproduktionssystem zu verbessern, fügen Sie diesem System einen weiteren Tank hinzu. Es sollte etwas höher sein als das erste. Sie können über Schläuche verbunden werden. Auf diese Weise können Sie das System effizienter nutzen.

Elektronische Einheit

Sie können diesen Teil des Generators auch selbst zusammenbauen, insbesondere wenn Sie über Kenntnisse in der Elektronik verfügen. Wenn Sie nicht über solche Kenntnisse und Fähigkeiten verfügen, wenden Sie sich besser an Spezialisten in diesen Bereichen. Das Steuergerät muss den den Platten zugeführten Strom automatisch entsprechend der Motordrehzahl ändern.

Die Leistung kann nur experimentell bestimmt werden. Leerlaufdrehzahl Motor und auch unter Last. Die elektronische Einheit muss Informationen von den Sensoren des Fahrzeugsteuerungssystems erhalten.

Nach der Installation dieses Generators müssen Sie noch einmal sicherstellen, dass alle Verbindungen dieser Struktur fest und zuverlässig sind. Ein Leck ist nicht nur wegen der Möglichkeit einer Explosion gefährlich, sondern eine solche Maschine führt auch zu extrem negativen Auswirkungen. Aber im Allgemeinen können Sie mit einem solchen selbstgebauten Wasserstoffauto 25 bis 40 % Kraftstoff einsparen.

Ähnliche Geräte und solche Methoden zur Kraftstoffeinsparung werden seit langem weltweit erfolgreich eingesetzt. Der berühmte Schauspieler Arnold Schwarzenegger fährt schon lange einen Kombiwagen, der mit Benzin und Wasserstoff betrieben wird. Das Auto kostete den Filmstar 150.000 Dollar. Der Kraftstoffverbrauch dieses kombinierten Motors beträgt 5,8 Liter pro 100 km.

Heute könnte ein solches wasserstoffbetriebenes Auto auch in Russland von großer Relevanz sein.

So haben wir alle Merkmale und Funktionsprinzipien von Autos herausgefunden, die diesen umweltfreundlichen Kraftstoff verwenden. Wie Sie sehen, ist dies eine echte Alternative zum heutigen Benzin. Und es besteht die Hoffnung, dass die Menschheit in den kommenden Jahrzehnten in eine neue Entwicklungsstufe übergehen wird, in der mit Wasserstoff betriebene Autos auf der Straße fahren werden.

Etwa 45 % der weltweiten Erdölprodukte werden als Kraftstoff für Autos verwendet. Die Ölreserven sind begrenzt und nicht erneuerbar, daher ist die Suche nach einer universellen Energiequelle, die in bedingt unbegrenzten Mengen verfügbar ist, sicherlich eine dringende Aufgabe.

Wasserstoff als Treibstoff für Motoren gilt als einer der vielversprechendsten Stoffe. Die Wasserstoffreserven auf der Erde sind praktisch unerschöpflich, da er leicht aus gewöhnlichem Wasser isoliert werden kann. Die Lagerung und der Transport dieses Gases sind zwar mit gewissen Schwierigkeiten verbunden, aber machbar. Und was am wichtigsten ist: Bei gleichen Massen wird bei der Verbrennung von Wasserstoff dreimal mehr Energie freigesetzt als bei der Verbrennung von Benzin.

Das erste Patent für ein Wasserstoffkraftwerk wurde bereits 1841 in England erteilt. 1852 wurde in Deutschland ein Verbrennungsmotor gebaut, der mit einem Gemisch aus Wasserstoff und Luft betrieben wurde, und Zeppelins berüchtigtes Hindenburg-Luftschiff war mit Antriebsmotoren ausgestattet, die mit Leuchtgas betrieben wurden – einem Gasgemisch mit einem Anteil von fünfzig Prozent Wasserstoff.

Das Interesse an Wasserstoffmotoren nahm in den siebziger Jahren mit dem Aufkommen der Kraftstoff- und Energiekrise zu.

Nach dem Ende der Ölkrise ist das Interesse an alternativen Energiequellen nicht verschwunden. Derzeit wird es intensiv von Umweltschützern vorangetrieben, die für die Reduzierung schädlicher Emissionen in die Atmosphäre kämpfen. Darüber hinaus tragen stetig steigende Energiepreise und der Wunsch vieler Länder nach Kraftstoffunabhängigkeit dazu bei, dass die theoretische und praktische Forschung zum Einsatz von Wasserstoff in Fahrzeugen fortgeführt wird.

Die aktivste Forschung zur Entwicklung von Wasserstoffmotoren wird von General Motors, Honda Motor, Ford Motor, BMW und anderen betrieben.

Arten und Funktionsprinzip von Wasserstoffmotoren

Modern Kraftwerke Aufgrund ihres Funktionsprinzips werden sie in zwei Typen unterteilt: Elektromotoren, die mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betrieben werden, und Verbrennungsmotoren, die mit Wasserstoff betrieben werden.

Kraftwerke auf Basis von Wasserstoff-Brennstoffzellen

Das Funktionsprinzip von Brennstoffzellen basiert auf einer physikalischen und chemischen Reaktion. Im Wesentlichen ähneln Brennstoffzellen herkömmlichen Bleibatterien. Der Unterschied besteht darin, dass der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle deutlich höher ist als der Wirkungsgrad einer Batterie und bei 45 % oder mehr liegt.

Der Körper einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle enthält eine Membran, die nur Protonen leitet. Es trennt zwei Kammern mit Elektroden – Anode und Kathode. Der Anodenkammer wird Wasserstoff und der Kathodenkammer Sauerstoff zugeführt. Jede Elektrode ist mit einer Katalysatorschicht, beispielsweise Platin, beschichtet. Molekularer Wasserstoff verliert unter dem Einfluss eines auf der Anode abgeschiedenen Katalysators Elektronen. Protonen werden durch die Membran zur Kathode geleitet und verbinden sich unter dem Einfluss eines Katalysators mit Elektronen (der Elektronenfluss wird von außen zugeführt), wodurch Wasser entsteht. Elektronen aus der Anodenkammer gelangen in einen Stromkreis, der mit dem Motor verbunden ist, also umgangssprachlich a elektrischer Strom, der den Elektromotor antreibt.

Die aktuellen Modelle eines Autos mit einem auf Brennstoffzellen basierenden Kraftwerk sind der Niva mit dem Antel-1-Kraftwerk und der von Ural-Ingenieuren entwickelte Lada 111 mit Antel-2. Mit einer Ladung kann das erste Auto 200 km zurücklegen, das zweite 350 km.

Wasserstoff-Verbrennungsmotoren

Bei der Verwendung von Wasserstoff in einem herkömmlichen Verbrennungsmotor treten eine Reihe von Problemen auf. Erstens reagiert Wasserstoff bei hoher Temperatur und Kompression mit dem Metall, aus dem der Motor besteht, und sogar mit Motoröl. Wenn außerdem selbst ein kleines Leck mit einem heißen Auspuffkrümmer in Berührung kommt, fängt es unweigerlich Feuer. Daher verwenden sie übrigens Wasserstoff, um mit Wasserstoff zu arbeiten Wankelmotoren, dessen Konstruktion einen Abstand zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Auslasskrümmer impliziert, was die Brandgefahr verringert. All diese Probleme, einschließlich der Notwendigkeit, das Zündsystem zu ändern, können jedoch irgendwie umgangen werden, sodass Ingenieure Wasserstoff als vielversprechenden Kraftstoff betrachten können.

Ein Wasserstoff-Verbrennungsmotor hat einen geringeren Wirkungsgrad als Brennstoffzellenmotoren, aber die Tatsache, dass zur Erzeugung von 1 kW Wasserstoffenergie weniger Energie benötigt wird als Benzin, lässt den geringeren Wirkungsgrad in Kauf nehmen nützliche Aktion.

Ein hervorragendes Beispiel für ein wasserstoffbetriebenes Auto ist das Experiment BMW-Limousine 750hL, produziert limitierte Auflage, beschränkte Auflage und für Kunden verfügbar. Es verfügt über einen 12-Zylinder-Motor, der mit Raketentreibstoff (Wasserstoff + Sauerstoff) betrieben wird und eine Beschleunigung auf 140 km/h ermöglicht.

Verflüssigter Wasserstoff wird in einem speziellen Tank bei niedriger Temperatur gespeichert. Der Wasserstoffvorrat reicht für etwa 300 Kilometer. Ist dieser aufgebraucht, schaltet der Motor automatisch auf den Antrieb aus einer zusätzlichen Benzintankfüllung um. Der Preis des BMW Hydrogen 7 ist vergleichbar mit den Kosten einer normalen „Sieben“ und beträgt etwa 93.000 Dollar.

Probleme und Herausforderungen bei der Entwicklung von Wasserstoffmotoren

Es gibt eine Reihe technologischer und ökologischer Hindernisse für den Massenübergang zu Wasserstoff als Kraftstoff.

Die Herstellung von Wasserstoff kostet heute viermal mehr als die Herstellung von Benzin.

Und die Herstellung von Wasserstoff aus Wasser ist immer noch zu teuer. Daher wird die Hauptmenge derzeit aus Methan hergestellt. Sein Transport und seine Lagerung sind mit hohen Kosten verbunden.

Bei einem massiven Einsatz solcher Kraftwerke wird die Menge an Wasserstoff in der Atmosphäre stark ansteigen, was zur Zerstörung der Ozonschicht der Erde führen kann, da Wasserstoffmotoren deutlich mehr Stickoxide ausstoßen als Benzinmotoren.

Die Höhe der kommerziellen Rendite solcher Kraftwerke ist erst langfristig erkennbar.

Bei der Entwicklung von Benzin-, Elektro- und Gasmotoren traten jedoch einst genau die gleichen Probleme auf. Wir können nur hoffen, dass sich die Situation in 15 bis 20 Jahren ändert und das Erscheinen eines Wasserstoffautos auf den Straßen alltäglich wird.

Der herkömmliche Verbrennungsmotor (ICE) hat eine Reihe erheblicher Nachteile, die Wissenschaftler dazu zwingen, nach einem würdigen Ersatz zu suchen. Die beliebteste Option für eine solche Alternative ist der Elektromotor, aber er ist nicht die einzige, die mit dem Verbrennungsmotor konkurrieren kann. In diesem Artikel werden wir über den Wasserstoffmotor sprechen, der zu Recht als die Zukunft der Automobilindustrie gilt und das Problem schädlicher Emissionen und hoher Kraftstoffkosten lösen kann.

Kurze Geschichte

Obwohl Umweltschutz erst jetzt zu einem weit verbreiteten Problem geworden ist, haben Wissenschaftler schon früher darüber nachgedacht, den serienmäßigen Verbrennungsmotor zu ändern. So „erblickte“ bereits 1806 ein mit Wasserstoff betriebener Motor die Welt, was durch den französischen Erfinder Francois Isaac de Rivaz ermöglicht wurde (er stellte Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser her).

Mehrere Jahrzehnte vergingen, und das erste Patent für einen Wasserstoffmotor wurde in England erteilt (1841), und 1852 konstruierten deutsche Wissenschaftler einen Verbrennungsmotor, der mit einem Luft-Wasserstoff-Gemisch betrieben werden konnte.

Wenig später, während der Belagerung Leningrads, als Benzin ein knappes Produkt war und Wasserstoff in relativ großen Mengen verfügbar war, schlug der Techniker Boris Schelishch vor, ein Luft-Wasserstoff-Gemisch zum Betrieb von Sperrballons zu verwenden. Danach wurden alle Verbrennungsmotoren der Ballonwinden auf Wasserstoffantrieb umgestellt und die Gesamtzahl der wasserstoffbetriebenen Fahrzeuge erreichte 600 Einheiten.

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts war das öffentliche Interesse an Wasserstoffmotoren gering, doch mit dem Aufkommen der Kraftstoff- und Energiekrise in den 70er Jahren änderte sich die Situation dramatisch. Insbesondere im Jahr 1879 BMW-Unternehmen brachte das erste Auto auf den Markt, das recht erfolgreich mit Wasserstoff betrieben wurde (ohne Explosionen und ohne Wasserdampf, der aus dem Auspuffrohr austrat).

Nach BMW begannen andere große Automobilhersteller, in diese Richtung zu arbeiten, und am Ende des letzten Jahrhunderts hatte fast jedes Autounternehmen mit etwas Selbstachtung bereits das Konzept, ein Auto mit Wasserstoffantrieb zu entwickeln. Mit dem Ende der Ölkrise verschwand jedoch das öffentliche Interesse an alternativen Kraftstoffquellen, obwohl es in unserer Zeit wieder zu erwachen beginnt, angetrieben von Umweltschützern, die sich für die Reduzierung der Toxizität von Fahrzeugabgasen einsetzen.

Darüber hinaus tragen die Energiepreise und der Wunsch nach Energieunabhängigkeit nur zur theoretischen und praktischen Forschung von Wissenschaftlern aus vielen Ländern der Welt bei. Die aktivsten Unternehmen sind BMW, General Motors, Honda Motor und Ford Motor.

Interessante Tatsache! Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum, aber es wird sehr schwierig sein, es auf unserem Planeten in seiner reinen Form zu finden.

Funktionsprinzip und Arten von Wasserstoffmotoren

Der Hauptunterschied zwischen einer Wasserstoffanlage und herkömmlichen Motoren besteht in der Art der Zufuhr von Kraftstoffflüssigkeit und der anschließenden Zündung des Arbeitsgemisches. Gleichzeitig wird das Prinzip der Umwandlung der hin- und hergehenden Bewegungen des Kurbeltriebs in nützliche Arbeit

bleibt unverändert. Da die Verbrennung von Erdölkraftstoff relativ langsam erfolgt, füllt das Kraftstoff-Luft-Gemisch den Brennraum, bevor der Kolben seine höchste Position (den sogenannten oberen Totpunkt) erreicht.

Die schnelle Reaktion des Wasserstoffs ermöglicht es, den Einspritzzeitpunkt näher an den Zeitpunkt zu verschieben, an dem der Kolben beginnt, in den unteren Totpunkt zurückzukehren. Es ist zu beachten, dass der Druck im Kraftstoffsystem nicht unbedingt hoch sein muss. Wenn ein Wasserstoffmotor ideale Betriebsbedingungen erhält, kann er dies tun geschlossene Stromversorgung, wenn der Prozess der Gemischbildung ohne Beteiligung atmosphärischer Luftströme stattfindet. In diesem Fall verbleibt nach dem Kompressionstakt Wasserdampf im Brennraum, der beim Durchströmen des Kühlers kondensiert und wieder in normales Wasser umgewandelt wird.

Der Einsatz derartiger Geräte ist jedoch nur möglich, wenn das Fahrzeug über einen Elektrolyseur verfügt, der Wasserstoff aus Wasser trennt und ihn erneut mit Sauerstoff umsetzt. Derzeit ist es äußerst schwierig, solche Ergebnisse zu erzielen. Es dient dem stabilen Betrieb von Motoren und seine Dämpfe sind Teil der Abgase.

Daher ist ein störungsfreier Start des Kraftwerks und sein stabiler Betrieb mit Sprenggas ohne Verwendung atmosphärischer Luft bislang eine unmögliche Aufgabe. Es gibt zwei Möglichkeiten für Wasserstoffinstallationen im Automobilbereich:Einheiten, die auf der Basis von Wasserstoff-Brennstoffzellen und Wasserstoff-Verbrennungsmotoren arbeiten.

Kraftwerke auf Basis von Wasserstoff-Brennstoffzellen

Das Funktionsprinzip von Brennstoffzellen basiert auf physikalischen und chemischen Reaktionen. Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um die gleichen Hinweise Batterien, aber der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle ist etwas höher als der einer Batterie und beträgt etwa 45 % (manchmal mehr).

Im Körper der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle ist eine Membran (die nur Protonen leitet) angebracht, die die Kammer mit der Anode und die Kammer mit der Kathode trennt. Wasserstoff gelangt mit der Anode in die Kammer und Sauerstoff gelangt in die Kathodenkammer. Jede Elektrode ist mit einer Katalysatorschicht vorbeschichtet, bei der es sich häufig um Platin handelt. Wenn molekularer Wasserstoff diesem ausgesetzt wird, beginnt er, Elektronen zu verlieren.

Gleichzeitig gelangen Protonen durch die Membran zur Kathode und verbinden sich unter dem Einfluss desselben Katalysators mit von außen kommenden Elektronen. Durch die Reaktion entsteht Wasser und Elektronen aus der Anodenkammer gelangen in einen Stromkreis, der mit dem Motor verbunden ist. Vereinfacht ausgedrückt erhalten wir elektrischen Strom, der den Motor antreibt.

Wasserstoffmotoren auf Brennstoffzellenbasis werden heute in Niva-Fahrzeugen mit Antel-1-Kraftwerk und Lada 111-Fahrzeugen mit Antel-2-Aggregat eingesetzt, die von Ural-Ingenieuren entwickelt wurden. Im ersten Fall reicht eine Ladung für 200 km, im zweiten Fall für 350 km.

Es ist zu beachten, dass solche Installationen aufgrund der hohen Kosten der in der Konstruktion solcher Wasserstoffmotoren enthaltenen Metalle (Palladium und Platin) sehr teuer sind, was den Preis des Fahrzeugs, in das sie eingebaut werden, erheblich erhöht.

Wissen Sie?Toyota-Spezialisten begannen vor 20 Jahren mit der Brennstoffzellentechnologie. Ungefähr zu dieser Zeit begann das Projekt Hybridauto Prius.

Wasserstoff-Verbrennungsmotoren

Dieser Kraftwerkstyp ist den heute üblichen Propanmotoren sehr ähnlich. Um von Propan auf Wasserstoff umzusteigen, muss der Motor lediglich neu konfiguriert werden. Es gibt bereits viele Beispiele für einen solchen Übergang, allerdings muss man sagen, dass in diesem Fall der Wirkungsgrad etwas geringer sein wird als beim Einsatz von Brennstoffzellen. Gleichzeitig wird für die Gewinnung von 1 kW Wasserstoffenergie weniger benötigt, was diesen Nachteil vollständig ausgleicht.

Die Verwendung dieses Stoffes in einem herkömmlichen Verbrennungsmotor führt zu einer Reihe von Problemen. Erstens Die hohe Verdichtungstemperatur „zwingt“ den Wasserstoff, mit den Metallteilen des Motors oder sogar dem Motoröl zu reagieren. Zweitens Selbst ein kleines Leck in Kontakt mit einem heißen Auspuffkrümmer führt mit Sicherheit zu einem Brand.

Nur aus diesem Grund Aggregate Rotationstyp, da ihre Konstruktion aufgrund des Abstands zwischen Ansaug- und Auslasskrümmer die Brandgefahr verringert. Auf jeden Fall konnten bisher alle Probleme vermieden werden, sodass wir Wasserstoff als durchaus vielversprechenden Kraftstoff betrachten können.

Ein gutes Beispiel für ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug ist die experimentelle Limousine BMW 750hL, deren Konzept bereits Anfang der 2000er Jahre vorgestellt wurde. Das Auto ist mit einem Zwölfzylindermotor ausgestattet, der mit Raketentreibstoff betrieben wird und es dem Auto ermöglicht, auf 140 km/h zu beschleunigen. In einem speziellen Tank wird Wasserstoff in flüssiger Form gespeichert, ein Vorrat reicht für 300 Kilometer. Ist es vollständig verbraucht, schaltet das System automatisch auf Benzinbetrieb um.

Wasserstoffmotor auf dem modernen Markt

Aktuelle Forschungen von Wissenschaftlern zum Betrieb von Wasserstoffmotoren haben gezeigt, dass diese nicht nur sehr umweltfreundlich sind (wie Elektromotoren), sondern auch hinsichtlich der Leistung sehr effizient sein können. Darüber hinaus sind Wasserstoffkraftwerke hinsichtlich der technischen Indikatoren ihren elektrischen Pendants überlegen, was bereits nachgewiesen wurde (z. B. Honda Clarity).

Auch Es ist zu beachten, dass Wasserstoffanaloga im Gegensatz zu Tesla Powerwall-Systemen einen wesentlichen Nachteil haben: Das Aufladen der Batterie mit Solarenergie wird nicht mehr möglich sein, sondern man muss sich eine spezielle Tankstelle suchen, von der es heute selbst im Weltmaßstab nicht mehr so ​​viele gibt.

Jetzt ist der Honda Clarity in einer relativ limitierten Auflage erschienen und das Auto kann nur im Land der aufgehenden Sonne sowie in Europa und Amerika gekauft werden Fahrzeug wird erst Ende 2016 erscheinen.

Interessant zu wissen!Der Generator Power Exporter 9000 (kann im Honda Clarity-Paket enthalten sein) ist in der Lage, das gesamte Fahrzeug mit Strom zu versorgen Haushaltsgeräte fast eine ganze Woche.

Auch in unserer Zeit werden andere Fahrzeuge hergestellt, die Wasserstoff als Kraftstoff verwenden. Dazu gehören der Mazda RX-8 Wasserstoff und der BMW Hydrogen 7 (Hybride, die mit flüssigem Wasserstoff und Benzin betrieben werden) sowie der Ford E-450 und der MAN Lion City Bus.

Unter den Pkw sind heute Pkw der prominenteste Vertreter von Wasserstofffahrzeugen Mercedes-Benz GLC F-Cell(Das Aufladen ist über ein normales Haushaltsnetz möglich und die Gesamtreichweite beträgt ca. 500 km), Toyota Mirai(funktioniert nur mit Wasserstoff und eine Betankung sollte für 650 km Fahrt reichen) und Honda FCX Klarheit(die angegebene Reichweite beträgt 700 km). Aber das ist noch nicht alles, denn Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb werden auch von anderen Unternehmen hergestellt, beispielsweise von Hyundai (Tucson FCEV).

Vor- und Hauptnachteile von Wasserstoffmotoren

Bei all seinen Vorteilen kann man nicht sagen, dass der Wasserstofftransport ohne gewisse Nachteile ist. Insbesondere muss man verstehen, dass die brennbare Form von Wasserstoff bei Raumtemperatur und Normaldruck in Form eines Gases vorliegt, was gewisse Schwierigkeiten bei der Lagerung und dem Transport eines solchen Kraftstoffs mit sich bringt. Das heißt, es gibt ein ernstes Problem bei der Entwicklung sicherer Reservoirs für Wasserstoff, der als Kraftstoff für Autos verwendet wird.

Darüber hinaus erfordern Flaschen, die diesen Stoff enthalten, eine regelmäßige Inspektion und Zertifizierung, die nur von qualifiziertem und lizenziertem Personal durchgeführt werden kann. Zu diesen Problemen kommen auch die hohen Kosten für die Wartung eines Wasserstoffmotors hinzu, ganz zu schweigen von der sehr begrenzten Anzahl von Tankstellen (zumindest in unserem Land).

Vergessen Sie nicht, dass eine Wasserstoffinstallation das Gewicht des Autos erhöht, weshalb es möglicherweise nicht so wendig ist, wie Sie es sich wünschen. Überlegen Sie daher unter Berücksichtigung aller oben genannten Punkte sorgfältig, ob sich die Anschaffung eines Wasserstofffahrzeugs lohnt oder ob Sie lieber erst einmal damit warten sollten.

Es muss jedoch gesagt werden, dass eine solche Lösung viele Vorteile bietet. Erstens, Ihr Auto wird nicht die Umwelt verschmutzen Umfeld giftige Abgase, zweitens, könnte die Massenproduktion von Wasserstoff dazu beitragen, das Problem der stark schwankenden Kraftstoffpreise und der Versorgungsengpässe bei konventionellen Kraftstoffflüssigkeiten zu lösen.

Darüber hinaus haben viele Länder bereits Methan-Pipelinenetze gebaut, die leicht angepasst werden können, um Wasserstoff zu pumpen und ihn dann an Tankstellen zu liefern. Wasserstoff kann sowohl im kleinen Maßstab, also auf lokaler Ebene, als auch massiv in großen, zentralisierten Unternehmen produziert werden. Eine erhöhte Wasserstoffproduktion wird einen zusätzlichen Anreiz bieten, die Versorgung mit diesem Stoff für Haushaltszwecke (z. B. zum Heizen von Wohnungen und Büros) zu erhöhen.

Die letzte Energiekrise erschütterte die Welt im Jahr 2008, und es scheint, als gäbe es keine Probleme mehr mit der Ölmenge: Die Produktionsstandards werden höher und der Preis niedriger. Trotzdem kann niemand leugnen, dass die Treibstoffreserven auf dem Planeten abnehmen. Automobilbedenken Finanzierung der Forschung und Entwicklung alternativer Kraftstoffe. Der mit Wasser betriebene Rivaz-Motor erschien in Anfang des 19. Jahrhunderts Jahrhundert. Die Erfindung wurde 1806 vorgestellt und war der erste Verbrennungsmotor, der Benzin- und Gasmotoren übertraf. Lange Zeit versuchten die Entwickler, die Entwicklung in diese Richtung fortzusetzen, jedoch um eine Elektrolyse durchzuführen und zu erhalten benötigte Menge Energie erforderte viel Strom, was diese Art von Brennstoff unrentabel machte. Dies, gepaart mit der Brisanz, bedeutete am Ende das Ende der Forschung.

Die Rückkehr zu Wasserstoff erfolgte Ende der 50er Jahre. Letztes Jahrhundert: Die Brennstoffzelle wurde in den USA in Traktoren eingebaut. Drei Jahre später, 1962, erschien der Wasserstoffmotor in kleinen Golfwagen und fünf Jahre später in Motorrädern. Wasserstoff in Verbrennungsmotoren (ICE) kann auf zwei Arten genutzt werden: als Hybridmotor und als Brennstoffzelle.

Hybrider Wasserstoffmotor

Der Hybrid-Wasserstoffmotor wird als Additiv in Verbrennungsmotoren für Benzin oder Gas eingesetzt. Durch die Verwendung von Wasserstoff wird die Entflammbarkeit des Kraftstoffs verbessert, aufgrund der hohen Flüchtigkeit des Gases steigt jedoch die Entzündungsgefahr. Trotz dieses Nachteils werden Metallkorrosion und Vibrationen reduziert. Für die Nutzung von Wasserstoff ist keine zusätzliche Installation erforderlich Kraftstofftank Wasserstoff wird aus destilliertem Wasser hergestellt. Bei Verwendung von Wasserstoff erhöht sich die zurücklegbare Distanz um 30 Prozent. Eine sichere Verwendung von Gas ist mit möglich niedrige Temperaturen bis -30⁰С und bei relativ hohen Temperaturen bis +30⁰С.

Brennstoffzelle

Brennstoffzellenmotoren erzeugen ihren eigenen Strom, indem sie Wasserstoff in negative Elektronen und positive Protonen aufspalten. Der Einsatz solcher Motoren ist bei großen Stückzahlen von Vorteil, weshalb sie am häufigsten in schweren Lkw eingesetzt werden. Derzeit werden Züge mit Brennstoffzellenantrieb in Dänemark, den USA und Japan getestet. Dies ist ein vielversprechender Weg zur Entwicklung eines alternativen Kraftstoffs, da der Wasserstoffverbrauch pro Entfernungseinheit geringer ist als der Benzinverbrauch.

Eine weitere Richtung für die Entwicklung solcher Triebwerke ist die Luftfahrt. Das Flugzeug TU-154 nutzte eine solche Brennstoffzelle; nach dem Zusammenbruch der UdSSR wurden natürlich alle Entwicklungen in diese Richtung eingefroren. Dennoch arbeiten Wissenschaftler aus der Europäischen Union und China an einem Projekt für ein Passagierflugzeug, das mit Wasserstoff betrieben werden soll. Damit der Motor funktioniert, muss ein solches Flugzeug eine Übergeschwindigkeit entwickeln, die nur dann möglich ist, wenn dies der Fall ist zusätzlicher Motor. Die Vorteile wasserstoffbetriebener Verbrennungsmotoren liegen in der Umweltverträglichkeit und dem hohen Wirkungsgrad.

Hohe Umweltfreundlichkeit

Natürlich ist ein geringer Verschmutzungsgrad vorhanden, aber das liegt an der Anwesenheit von Öl im Automechanismus. Selbst bei der Beimischung von Wasserstoff zu herkömmlichem Kraftstoff steigt die Leistung um 20 %. Mit 5 kg Wasserstoffkraftstoff kommt ein Auto bis zu 500 km weit. Wissenschaftler halten Wasserstoff für die einzige erneuerbare Energiequelle.

Trotz seiner unbestreitbaren Vorteile gibt es heute noch viele weitere Nachteile, die hauptsächlich mit der Konstruktion des Motors zusammenhängen:

• Wasserstoffvolatilität. Es ist nur an einer Tankstelle möglich, ein Auto mit Verbrennungsmotor mit Wasserstoff zu betanken. Sie können unterwegs weder aus einem anderen Auto noch aus einem Kanister tanken.
• Explosions- und Brandgefahr. Jeder kennt die Katastrophe des Hindenburg-Luftschiffs, das im Flug durch einen Funken Feuer fing: Von den 97 Menschen an Bord starb ein Drittel.
• Die hohen Kosten für Brennstoffzellen und einen Wasserstoffmotor erhöhen wiederum die Kosten des Autos. Ein Analogon mit Wasserstoffmotor kostet doppelt so viel. Ein Auto mit Wasserstoffantrieb ist im Unterhalt 100-mal teurer als ein herkömmlicher Motor.
• Ein Wasserstoffmotor nimmt viel Platz ein. Bei Lastkraftwagen und Bussen stellt dies keine Unannehmlichkeiten dar, aber in Personenkraftwagen Das Volumen des Gepäckraums wird reduziert.

Der Wasserstoffmotor ist keine Science-Fiction. Beispielsweise haben Honda, Toyota und Hyndai eine Produktionslinie für Autos mit wasserstoffbasierten Motoren aufgebaut und den Markt stark besetzt: Toyota Mirai (2015), Honda FCX Clarity (2008), Hyundai ix35 Fuel Cell. Mitte Dezember letzten Jahres gab Audi seine Entscheidung bekannt, ein neues Wasserstoffkonzept auf den Markt zu bringen, den Q6 H-Tron.

Trotz aller Mängel ist Wasserstoff die einzige erneuerbare und unbegrenzte Ressource auf dem Planeten. Damit sich Autos mit einem solchen Verbrennungsmotor durchsetzen können, müssen Wissenschaftler und Entwickler entscheiden, wie sie negative Eigenschaften beseitigen und die Kosten des Mechanismus senken können, und die Staaten müssen eine Infrastruktur aufbauen, damit Wasserstoffautos kein Problem mehr sind Seltenheit auf den Straßen.