氢气车。 是时候跟汽油说再见了吗?



哈Ha! 在上一篇有关氢能的文章中 ,您写了非常有趣而公正的评论,您可以在这份专门介绍氢在汽车中使用的材料中找到答案。

确实,与汽油相比,氢气是一个持续存在的问题:氢气很难储存和获取,易爆,氢气汽车的价格要比汽油汽车高出许多倍。 但同时,氢被认为是最有希望的运输替代燃料。 此外,投资者愿意在氢能汽车的生产上花费数十亿美元的投资。

天然气刑期已经签署


根据《 BP 2018年世界能源统计评论》的最新报告,全球已探明的石油储量为16.96亿桶,在保持目前的消费水平的情况下将持续五十年。 据推测,未经开采的石油储量将为我们提供半个世纪的碳氢化合物能源,但其生产成本可能使石油与其他能源相比简直无利可图。 当生产方便的矿床资源枯竭时,原材料的价格将自动上涨:如果现在在俄罗斯生产每桶的成本估计为2-3美元 (根据替代估计为18美元 ),那么对于页岩油来说已经是30-50美元。 而且,在人类之前,存在着转向海上和北极石油生产的真正前景,其价格将更高。

二十世纪70年代,人们对​​电力运输的兴趣激增正好是在政治危机导致石油价格大幅度上涨的背景下发生的-不乏原材料,但是价格上涨了四倍,使汽油车和石油能源立即成为奢侈品。

在汽油车方面,还有更多有争议的障碍-在汽车尾气已成为问题的城市和国家,对环境的关心。 因此,例如,自2030年以来,德国通过了一项禁止生产带内燃机汽车的决议。 法国和英国承诺到2040年放弃碳氢化合物燃料。 荷兰-直到2030年。 挪威-直到2025年。 甚至印度和中国也有望自2030年起禁止销售柴油和汽油汽车。 自2025年起,巴黎,马德里,雅典和墨西哥将禁止使用柴油汽车。

ICE中氢气的燃烧


在常规的内燃机中燃烧氢似乎是使用气体的最简单,最合乎逻辑的方法,因为氢很容易被点燃并且燃烧时没有痕迹。 但是,由于汽油和氢气的性质不同,将ICE转换为新型燃料并非易事。 发动机长期运行时出现了困难:氢气导致气门,活塞组和机油过热,因为燃烧热是汽油的三倍(141 MJ / kg对44 MJ / kg)。 氢在低发动机转速下表现良好,但随着负载的增加会发生爆炸。 解决该问题的一种可能的方法是用汽油-氢气混合物代替氢气,该气体中的气体浓度随发动机转速的增加而动态降低。


E65车身中的双燃料BMW氢气7在ICE中燃烧氢气而不是汽油
资料来源: Sachi Gahan / Flickr

BMW Hydrogen 7是为数不多的在氢气中像其他燃料一样在内燃机中燃烧的量产汽车之一,在2006-2008年间仅售出100辆。 改装后的六升ICE V12可在汽油或氢气上工作,自动切换燃料。

尽管成功解决了阀门过热的问题,但该项目仍未结束。 首先,燃烧氢气时,发动机功率从260升下降了约20%。 s 汽油高达228升 s 其次,仅在200 km的行驶中,仅8 kg的氢就足够了,这比柴油机的氢少了几倍。 第三,氢气7出现得太早了,当时“绿色”汽车还没有那么重要。 第四,一直有谣言说,美国环境保护署不允许将Hydrogen 7称为没有有害废气的汽车-由于内燃机的特殊功能,机油颗粒掉入燃烧室并在那里被氢气点燃。

马自达RX-8氢可再生能源就是氢破坏了旋转发动机整个动力的情况。 资料来源:马自达

早在2003年,便推出了双燃料马自达RX-8氢可再生能源,直到2007年才向客户提供。 从传奇的旋转式RX-8的动力转换成氢气时,几乎没有痕迹-动力从206升降至107升。 秒,最大速度可达170 km / h。

BMW Hydrogen 7和Mazda RX-8 Hydrogen RE是氢能ICE的绝唱:到这些汽车问世时,很清楚的是,在众所周知的燃料电池中使用氢比单纯燃烧更有效。

汽车燃料电池


创建氢燃料电池汽车的第一个成功实验是1959年制造的Harry Karl拖拉机。 没错,用燃料电池代替柴油发动机可以将拖拉机的动力降低至20升。 s

在过去的半个世纪中,氢运输已成碎片产生。 例如,2001年,Generation II客车出现在美国,其氢气由甲醇产生。 燃料电池产生的功率高达100 kW,即约136升。 s 同年,俄罗斯VAZ将Niva引入了氢元素,其名称为Antel-1 。 电动机发出的功率高达25 kW(34 hp),使汽车加速至最高时速85 km / h,并在一个加油站工作了200 km。 唯一生产的汽车是“车轮实验室”。


俄罗斯的氢燃料电池汽车-当时,技术已超出设计范围。 资料来源:AvtoVAZ

2013年,丰田推出Mirai氢燃料电池模型,震惊了汽车界。 这种情况的独特之处在于,丰田Mirai并不是概念车,而是准备投入量产的汽车,该车于一年后开始销售。 与电池驱动的电动汽车不同,Mirai本身为自己发电。


丰田未来。 资料来源:丰田

Mirai前轮驱动电动机的最大功率为154升。 对于现代电动汽车来说,这有点不足,但与过去的氢能汽车相比还不错。 5公斤氢气的理论范围是500公里,实际-大约350公里。 根据护照,特斯拉Model S可以行驶540公里。 给一个充满氢气的储罐加油仅需3分钟,而Tesla电池在Tesla充电站的75分钟内可充电至100%,从常规220 V插座可充电长达30小时。

来自Mirai的370氢燃料电池的直流电转换为交流电,电压升至650V。汽车的最高速度达到175 km / h-与碳氢燃料相比,虽然有点高,但对于日常驾驶来说已经足够了。 为了进行能量存储,使用了21 kWh的镍氢电池,多余的燃料电池和再生制动能传递到该电池。 考虑到日本现实情况,定居点随时可能受到地震的影响,2016车型年的Mirai后备箱具有CHAdeMO连接器,通过该连接器,您可以为小型私人房屋供电,这使汽车成为带轮发电机,最大容量为150 kWh 。

顺便说一下,丰田在短短几年内就设法大大减少了发电机的重量:如果在本世纪初,原型车的重量为108公斤,产量为122升。 秒钟,然后在Mirai,燃料电池的体积就会变小一倍(37升),重56公斤。 可以增加这87公斤的油箱。

作为比较,流行的现代大众1.4 TSI涡轮发动机与Mirai相似,功率为140-160 hp。 它以铝制结构而闻名,以“轻便”着称-重量为106公斤,外加38至45公斤汽油。 顺便说一句,特斯拉Model S电池重540公斤!

在行驶4公里的过程中,Mirai只生产240毫升相对安全的蒸馏水-尝试对Mirai进行“排气”的发烧友说,它们只有一点塑料味。

从Mirai排出的饮用水是安全的,尽管乍一看令人震惊

丰田Mirai安装了两个60升和62升氢气罐,在700个大气压下可容纳5千克氢气。 丰田公司已经自行开发和生产氢罐已有18年了。 Mirai储罐由几层塑料制成,碳纤维和玻璃纤维制成。 这种材料的使用,首先,增加了储藏室的抗变形和抗穿透能力,其次,解决了金属氢吸收的问题,这是因为钢制储罐失去了性能,柔韧性并被微裂纹覆盖。

建造丰田未来。 电动机位于前部,燃料电池隐藏在驾驶员座椅下方,油箱和电池安装在后排下方和后备箱中。 资料来源:丰田

前景如何?


根据彭博社的估计 ,到2040年,汽车将消耗1900太瓦小时,而不是每天1300万桶,即占2015年电力需求的8%。 考虑到目前世界上多达70%的石油用于生产运输燃料,因此8%算不了什么。

与氢燃料电池相比,电池电动汽车的市场前景更为显着和令人印象深刻。 2017年,电动汽车市场为174亿美元,而氢能汽车市场价值为20亿美元。 尽管存在这种差异,投资者仍然对氢能感兴趣并为新的发展提供资金。

例如,成立于2017年的氢理事会(Hydrogen Council)包括39家大型公司,例如奥迪,宝马,本田,丰田,戴姆勒,通用汽车,现代。 它的目标是研发新的氢技术及其在我们生活中的后续应用。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN430372/


All Articles