पृष्ठभूमि: हाइड्रोजन कारें कैसे काम करती हैं और जब वे सड़कों पर दिखाई देती हैं

स्पेन में, जहां मैं अब रहता हूं, बहुत सारे इलेक्ट्रिक वाहन हैं - मैं उनसे लगभग हर दिन मिलता हूं, दोनों सड़कों पर और चार्जिंग स्टेशनों पर। और हर साल अधिक से अधिक इलेक्ट्रिक कारें हैं (न केवल स्पेन में, निश्चित रूप से)। लेकिन एक विकल्प है - हाइड्रोजन-ईंधन वाली कारें, जो प्रकृति को प्रदूषित भी नहीं करती हैं, क्योंकि उनका निकास पानी है। आज के संदर्भ का विषय हाइड्रोजन मशीनें हैं, उनके संचालन और संभावनाओं का सिद्धांत।

पहली हाइड्रोजन कारें कब दिखाई दीं?

1806 में हाइड्रोजन-संचालित आंतरिक दहन इंजन, फ्रांकोइस इसाक डी रिवाज का आविष्कार किया। उन्होंने पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन प्राप्त किया। पिस्टन इंजन जिसे आविष्कारक ने बनाया था उसे डी रिवाज इंजन कहा जाता है।



इग्निशन स्पार्क था, इंजन में एक कनेक्टिंग रॉड-पिस्टन सिस्टम था। खैर, सिलेंडर को एक इलेक्ट्रिक स्पार्क के साथ हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के मिश्रण के विस्फोट द्वारा संचालित किया गया था - यह उस समय मैन्युअल रूप से उत्पन्न होना था जब पिस्टन को कम किया गया था। दो साल बाद, उसी आविष्कारक ने एक हाइड्रोजन इंजन के साथ एक स्व-चालित उपकरण बनाया।

लेकिन ऑटोमोबाइल इंजनों के संचालन के लिए अधिक या कम व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले हाइड्रोजन कई वर्षों बाद शुरू हुए। 1941 में, लेनिनग्राद के बगल में, GAZ-AA ऑटोमोबाइल इंजन को इंजीनियर-लेफ्टिनेंट बी। आई। शेलिश द्वारा संशोधित किया गया था। इंजनों ने बैराज के गुब्बारे की चरखी को नियंत्रित किया (वे हाइड्रोजन से भरे हुए थे, और लेनिनग्राद में बहुत सारे गैस भंडार थे), लेकिन ये ऑटोमोबाइल इंजन थे। इसके अलावा, कारों में कई सौ इंजनों को संशोधित किया गया था।

1980 के दशक के बाद से, संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान, जर्मनी, यूएसएसआर और कनाडा सहित कई देशों ने हाइड्रोजन से चलने वाली कारों, गैस-हाइड्रोजन मिश्रण और प्राकृतिक गैस के साथ हाइड्रोजन के मिश्रण का प्रयोगात्मक उत्पादन शुरू किया है।

1982 में, क्वांट रिफाइनरी और आरएएफ प्लांट ने 2 kW हाइड्रोजन-एयर फ्यूल सेल और 5 kW * निकल-जिंक बैटरी पर आधारित संयुक्त पावर प्लांट के साथ दुनिया का पहला प्रयोगात्मक Kvant-RAF हाइड्रोजन मिनीबस विकसित किया ।

वर्षों में, इस तरह की कारों को विभिन्न देशों में विकसित किया गया था, ज्यादातर एक प्रयोग के रूप में। ग्रीन कार अवधारणा के लोकप्रिय होने के बाद, टोयोटा जैसे बड़े निगम हाइड्रोजन कारों में रुचि रखने लगे। 2000 के दशक में शुरू, कार कंपनियों ने वाणिज्यिक वाहनों के लिए अवधारणाओं को विकसित करना शुरू किया।

हाइड्रोजन कहां से लाएं?

हाइड्रोजन विभिन्न तरीकों से प्राप्त किया जा सकता है:

• मीथेन और प्राकृतिक गैस का भाप रूपांतरण;
• कोयला गैसीकरण;
• पानी के इलेक्ट्रोलिसिस;
• पायरोलिसिस;
• जैव प्रौद्योगिकी।

हाइड्रोजन का उत्पादन करने का सबसे किफायती तरीका अब भाप रूपांतरण माना जाता है। इसे भाप के सुधार का उपयोग करके हल्के हाइड्रोकार्बन (मीथेन, प्रोपेन-ब्यूटेन अंश) से हाइड्रोजन का उत्पादन कहा जाता है। सुधार जल वाष्प की उपस्थिति में हाइड्रोकार्बन के उत्प्रेरक रूपांतरण की प्रक्रिया है। जल वाष्प को मीथेन के साथ उच्च तापमान (700-1000 and) और उच्च दबाव पर एक उत्प्रेरक का उपयोग करके मिलाया जाता है।

भाप रूपांतरण में, इलेक्ट्रोलिसिस सहित किसी भी अन्य तरीकों का उपयोग करके हाइड्रोजन का उत्पादन करना सस्ता है।

हाइड्रोजन के उत्पादन का सबसे हानिरहित तरीका इलेक्ट्रोलिसिस है - विद्युत प्रवाह का उपयोग करके पानी से हाइड्रोजन का उत्पादन। हाइड्रोजन की पैदावार की शुद्धता 100% के करीब है। बिजली के लिए प्रदूषण के अलावा, ऐसे पौधे लगभग पर्यावरण के अनुकूल हैं, क्योंकि ऑपरेशन के दौरान केवल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन जारी होते हैं।

हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए एक और पर्यावरण के अनुकूल तरीका एक बायोमास रिएक्टर है।


स्रोत

हाइड्रोजन एक बड़े कारखाने में और अपेक्षाकृत छोटे उद्यम में दोनों का उत्पादन किया जा सकता है। उत्पादन जितना बड़ा होगा, गैस की लागत उतनी ही कम होगी। लेकिन पहले मामले में, ईंधन भरने वाली कारों के स्थानों पर हाइड्रोजन पहुंचाने की लागत बढ़ जाती है।

ईंधन प्रणाली कैसे काम करती है और विकल्प क्या हैं?

धारावाहिक हाइड्रोजन कारों टोयोटा मिराई के उदाहरण पर ऐसी प्रणाली के संचालन के सिद्धांत पर विचार करना सबसे अच्छा है। आधार एक ईंधन सेल है, एक विद्युत रासायनिक प्रणाली है जो हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के कणों को पानी में परिवर्तित करती है। इस तरह के एक तत्व के अंदर एक प्रोटॉन-संवाहक बहुलक झिल्ली है जो एनोड और कैथोड को अलग करता है। आमतौर पर ये एक समर्थित उत्प्रेरक के साथ कार्बन प्लेट होते हैं।

एनोड उत्प्रेरक पर, आणविक हाइड्रोजन इलेक्ट्रॉनों को खो देता है, कैथोड झिल्ली के माध्यम से कैथोड तक जाता है, और इलेक्ट्रॉनों को बाहरी सर्किट में स्थानांतरित किया जाता है। कैथोड उत्प्रेरक पर, ऑक्सीजन के अणु इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं। स्टीम या लिक्विड एकमात्र रिएक्शन प्रोडक्ट है।


प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली पर आधारित ईंधन कोशिकाओं का लाभ उनकी उच्च विशिष्ट शक्ति और अपेक्षाकृत कम ऑपरेटिंग तापमान है। वे जल्दी से गरम होते हैं और शुरू होने के तुरंत बाद ऊर्जा का उत्पादन शुरू करते हैं।

मिरी एक उच्च विशिष्ट शक्ति प्रति इकाई मात्रा (3.2 kW / l) के साथ ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करता है, और उनकी अधिकतम शक्ति 124 kW है। ईंधन सेल द्वारा उत्पादित प्रत्यक्ष धारा को 650 वी में वोल्टेज में एक साथ वृद्धि के साथ वैकल्पिक चालू में परिवर्तित किया जाता है। लिथियम-आयन बैटरी को बिजली की आपूर्ति की जाती है। आंदोलन के लिए, मशीन इसमें संग्रहीत ऊर्जा का उपभोग करती है।

मिराई ईंधन सेल में हाइड्रोजन उच्च दबाव सिलेंडर (लगभग 700 एटीएम) से आता है। कार में नियंत्रण इकाई ईंधन सेल के संचालन और बैटरी के चार्जिंग / डिस्चार्जिंग को नियंत्रित करती है।

टोयोटा के अनुसार, मिराई ट्रैक के प्रति 100 किमी में 750 ग्राम तक हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है। मिराई मालिकों का कहना है कि एक किलोग्राम हाइड्रोजन प्रति 100 किलोमीटर है ।

क्या ऐसी कारें खतरनाक हैं? क्यों?

चूंकि हाइड्रोजन एक दहनशील गैस है, इसलिए इसे सावधानी से परिवहन और संग्रहित किया जाना चाहिए। हमें अत्यधिक संवेदनशील गैस एनालाइजर की जरूरत है जो रिसाव के मामले में संकेत दे सके। सच है, हाइड्रोजन एक बहुत अस्थिर गैस है (आखिरकार, यह सबसे हल्का रासायनिक तत्व है) और जब यह वायुमंडल में प्रवेश करता है, तो हाइड्रोजन जल्दी से बढ़ता है।

यह बहुत जल्दी जल जाता है। हिंडनबर्ग हवाई जहाज केवल 32 सेकंड के लिए जल गया। आग की चपेट में आने के कारण, सभी यात्रियों की मौत नहीं हुई, 97 में से 62 लोग जो हवाई पोत के गोंडोला में थे, बच गए।



फिर भी, यदि बहुत अधिक हाइड्रोजन कारें होंगी, तो सड़क सुरक्षा के नए उपायों की आवश्यकता होगी। ICE कारें भी खतरनाक होती हैं - दुर्घटना की स्थिति में और टैंक, गैसोलीन या डीजल ईंधन के टूटने से सड़क पर रिसाव होता है और आग लग सकती है। यदि हाइड्रोजन के साथ एक टैंक में छेद किया जाता है, तो गैस बहुत जल्दी वाष्पित हो जाएगी । लेकिन अगर खुली लौ या चिंगारी का कोई स्रोत पास है, तो हाइड्रोजन प्रज्वलित हो सकती है।



मिराई और अन्य हाइड्रोजन कारें बहुत टिकाऊ हाइड्रोजन टैंक का उपयोग करती हैं। टोयोटा ने अपने टैंकों को बुलेटप्रूफ बनाया, भारी-भरकम फाइबर से बनी उनकी दीवारें बड़े-कैलिबर हथियारों से शॉट्स का सामना कर सकती हैं। परीक्षणों के लिए, कंपनी ने स्नाइपर्स को काम पर रखा और केवल .50 कैलिबर की गोली टैंक में घुसने के बाद उसे उसी स्थान पर मार दिया।

यदि आप सुरक्षा उपायों का पालन करते हैं, तो हाइड्रोजन कार आंतरिक दहन इंजन वाली कारों की तुलना में अधिक खतरनाक नहीं हैं।

ईंधन कोशिकाओं का सेवा जीवन क्या है?

अब तक, ऐसी जानकारी केवल मिराई के लिए है। टोयोटा का कहना है कि एक सेल में 250,000 किलोमीटर तक काम करने की गारंटी है। फिर, यदि सेल का प्रदर्शन बिगड़ता है, तो इसे एक सेवा केंद्र में बदला जा सकता है।

कौन सी कंपनियां पहले से ही उत्पादन कर रही हैं या हाइड्रोजन कारों का उत्पादन करने जा रही हैं?

हाइड्रोजन कारों को होंडा, टोयोटा, मर्सिडीज-बेंज और हुंडई द्वारा विकसित किया गया है - इन कंपनियों के पास पहले से तैयार वाहन हैं। अन्य अब तक केवल अवधारणाएं (हालांकि, श्रमिक) या बस खूबसूरती से प्रदान की गई छवियां दिखाते हैं। पूर्व में ऑडी और फोर्ड हैं, और बाद वाले बीएमडब्ल्यू हैं (सभी निष्पक्षता में, यह कहना होगा कि 2007 में बीएमडब्ल्यू ने 100 प्रायोगिक हाइड्रोजन मॉडल का एक बैच जारी किया था जो एक प्रयोग था) और लेक्सस।

अब तक केवल टोयोटा मिराई और होंडा क्लैरिटी को श्रृंखला में लॉन्च किया गया है। इन्हें यूएसए और यूरोप में खरीदा जा सकता है।

कितना खर्च होता है?

फिलहाल, परिचालन के मामले में हाइड्रोजन कार पारंपरिक लोगों की तुलना में थोड़ी अधिक महंगी हैं। इसलिए, जब 480 किमी की लंबाई के साथ यूरोप में यात्रा करते हैं, तो एक साधारण कार के मालिक के लिए ईंधन की लागत लगभग $ 45 होगी, लेकिन मिराई के मालिक लगभग $ 57 का भुगतान करेंगे। और यह इस तथ्य के बावजूद कि कुछ देशों की सरकार कारों के लिए हाइड्रोजन के उत्पादन को सब्सिडी देती है। 1 किलो हाइड्रोजन की कीमत औसतन 11.45 डॉलर है।

हाइड्रोजन कारें इलेक्ट्रिक कारों से बेहतर क्यों हैं?

दरअसल, सवाल पूरी तरह से सही नहीं है। तथ्य यह है कि ईंधन से चलने वाली हाइड्रोजन से चलने वाली कार और "क्लीन" इलेक्ट्रिक कार इलेक्ट्रिक कार हैं। बस एक मामले में, कार को हाइड्रोजन के साथ ईंधन दिया जाता है, दूसरे में - बिजली के साथ।

यदि आप ज्यादातर इलेक्ट्रिक वाहनों और टोयोटा मिराई की लागत की तुलना करते हैं, तो वे तुलनीय हैं, यह कई दसियों हजार अमेरिकी डॉलर है। हुंडई ix35 फ्यूल सेल की लागत लगभग $ 53 हजार, टोयोटा मिराई - $ 57 हजार, होंडा क्लैरिटी - $ 59 हजार है। टेस्ला इलेक्ट्रिक कारों की लागत $ 45 हजार से शुरू होती है ($ 35 हजार की कीमत वाला मूल विन्यास अभी भी केवल प्री-ऑर्डर के लिए उपलब्ध है)। BMW की इलेक्ट्रिक कारों की कीमत लगभग 50 हजार डॉलर है।

हाइड्रोजन कारों को जल्दी से ईंधन भरने में - इलेक्ट्रिक कारों के विपरीत, केवल 3-5 मिनट लगते हैं, जहां रिचार्ज करने में आधे घंटे से लेकर कई घंटे लगते हैं।

हाइड्रोजन परिवहन का मुख्य लाभ यह है कि ईंधन कोशिकाएं कई वर्षों तक चलती हैं और व्यावहारिक रूप से रखरखाव की आवश्यकता नहीं होती है। यदि आप अपनी विशाल बैटरी के साथ "स्वच्छ" इलेक्ट्रिक कार लेते हैं, तो इसकी सेवा का जीवन केवल 1-1.5 हजार चक्र है, जो कि 3-5 वर्ष है। इसके अलावा, हाइड्रोजन कार ठंड में समस्याओं के बिना काम करेगी (हवा को शामिल करके), लेकिन इलेक्ट्रिक वाहन की बैटरी अपना चार्ज खो देगी।

हाइड्रोजन कारों के लिए क्या संभावनाएं हैं और उन्हें सड़क पर कब देखा जा सकता है?

हाइड्रोजन कारें पहले से ही यूरोप और यूएसए की सड़कों पर चल रही हैं (अन्य क्षेत्रों में अलग-अलग प्रतियां हो सकती हैं)। लेकिन उनमें से कुछ हैं - कई हजार, जिन्हें सामूहिक परिचय नहीं कहा जा सकता।

वर्तमान में हाइड्रोजन वाहनों के प्रसार में बाधा उत्पन्न करने वाली समस्या बुनियादी सुविधाओं की कमी है (कुछ साल पहले, इसी तरह की समस्या इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए प्रासंगिक थी)। हमें हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए विशेष कारखानों की आवश्यकता है, हाइड्रोजन और ईंधन भरने के लिए परिवहन प्रणाली।


2019 में हाइड्रोजन फिलिंग स्टेशन ( स्रोत )

इसके अलावा, हाइड्रोजन काफी महंगा है, इसलिए यदि इलेक्ट्रिक कारों को, विशेष रूप से, ईंधन को बचाने के लिए खरीदा जाता है, तो हाइड्रोजन मशीन के मामले में, यह एक विकल्प नहीं है। कारों के लिए हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए कारखानों के बड़े पैमाने पर उदय के साथ-साथ सेवा के बुनियादी ढांचे के साथ, एक सार्वजनिक सड़कों पर बहुत अधिक संख्या में हाइड्रोजन वाहनों की रिहाई की उम्मीद कर सकता है।

लेकिन इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि ऐसा बिल्कुल होगा या नहीं - यह अभी तक स्पष्ट नहीं है। टोयोटा जैसे ऑटोमेकर अपनी कारों और परिवहन क्षेत्र में हाइड्रोजन के लाभों को सक्रिय रूप से बढ़ावा दे रहे हैं। लेकिन प्रतियोगिता बहुत बढ़िया है, दोनों आंतरिक दहन इंजन वाली साधारण कारों और इलेक्ट्रिक वाहनों के बीच।