Motorji na vodik: kako delujejo in zakaj so ključni za prihodnost

Motorji na vodik so še naprej ena najbolj obetavnih stav za prihodnost trajnostnega avtomobilizma. Kljub nekaterim tehničnim in logističnim izzivom je ta tehnologija sprožila vse večje zanimanje pri velikih znamkah, kot so Toyota, BMW, Mazda, Hyundai in Ford, ki so že vložile znatna sredstva v razvoj teh sistemov. Trenutno v industriji ločimo dve glavni vrsti vodikovih motorjev: motorje z notranjim zgorevanjem na vodik in motorje na gorivne celice.

V tem članku bomo razložili delovanje vodikovih motorjev, njihove glavne značilnosti, prednosti in slabosti vsakega od sistemov ter kako lahko vplivajo na prihodnost transporta.

Kako deluje motor z zgorevanjem na vodik?

Motor z notranjim zgorevanjem na vodik deluje zelo podobno kot tradicionalni bencinski ali dizelski motor z notranjim zgorevanjem, vendar z eno pomembno razliko: kot gorivo uporablja vodik namesto naftnih derivatov. V tem primeru je vodik se meša s kisikom znotraj zgorevalne komore in se vžge z iskro, popolnoma enako kot pri običajnem motorju. Ta proces sprosti energijo, ki poganja bate in ustvarja mehansko gibanje.

Ena glavnih prednosti tovrstnega motorja je, da namesto ogljikovega dioksida (CO2) oddaja vodna para kot stranski proizvod. Vendar pa zaradi visokih temperatur, doseženih med zgorevanjem, nastajajo dušikovi oksidi (NOx), ki še naprej onesnažujejo okolje. Za ublažitev tega problema nekatere rešitve vključujejo vbrizgavanje vode v sesalni sistem, tehniko, za katero se je izkazalo, da znatno zmanjša nastajanje NOx.

Vendar pa se motorji z zgorevanjem vodika soočajo tudi z izzivi, povezanimi z energijska gostota vodika, ki je nižja kot pri drugih tekočih gorivih. To pomeni, da je za enako delo kot bencinski motor potrebna večja količina vodika. Čeprav lahko delujejo z alternativnimi gorivi, kot sta CNG ali LPG, shranjevanje ostaja ovira, saj je treba vodik hraniti pri zelo visokih tlakih, običajno 700 barov, kar vključuje uporabo zelo dragih specializiranih rezervoarjev.

Primeri vodikovih motorjev

Pomemben primer motorja na vodik je motor bmw 750hl, ki je bilo eno prvih vozil, ki je kot gorivo uporabljalo tekoči vodik. Ta model je za učinkovito shranjevanje vodika v posebnih rezervoarjih zahteval izjemno nizke temperature (-253ºC). Čeprav so ga presegli novi modeli, je predstavljal mejnik v razvoju te tehnologije.

Drug primer je motor vodikov vodnar, ki ga je razvilo izraelsko podjetje. Ta motor izstopa po tem, da ne potrebuje mazalnega olja, kar poenostavlja njegovo vzdrževanje. Poleg tega njegov inovativni sistem zmanjšuje emisije NOx, zaradi svoje lahkosti in nizkih stroškov pa je predstavljen kot izvedljiva možnost za vozila in generatorje energije.

Kako deluje motor na vodik z gorivnimi celicami

V nasprotju z motorji z notranjim izgorevanjem motorji z notranjim izgorevanjem gorivna celica Pretvorijo vodik v elektriko z elektrokemičnim procesom, imenovanim reverzna elektroliza. Ko se vodik, shranjen v rezervoarjih, kombinira s kisikom v gorivni celici, nastane elektrika, ki poganja električni motor, medtem ko je edini stranski produkt čista voda.

Ta proces je veliko bolj učinkovit kot zgorevanje vodika in, kar je najpomembneje, ne oddaja onesnaževal. Vendar so visoki proizvodni stroški gorivnih celic ključna ovira. Trenutno se platina uporablja kot katalizator v procesu, vendar nekateri raziskovalci iščejo cenovno ugodnejše alternative, kot so feroslitine, da bi zmanjšali stroške.

Odličen primer tehnologije gorivnih celic je Toyota mirai, ki je pritegnil pozornost zaradi svoje zmogljivosti in zmožnosti prevoziti do 650 km s polnjenjem vodika. Ta vrsta tehnologije je idealna za vozila, ki potujejo na dolge razdalje, kot so tovornjaki ali avtobusi, zaradi večje avtonomije, ki jo ponujajo v primerjavi z običajnimi električnimi avtomobili.

Prednosti in slabosti motorja na vodik

Motorji na vodik, tako z notranjim izgorevanjem kot motorji na gorivne celice, ponujajo vrsto prednosti y izzivi, ki jih je treba pretehtati pred širšo uporabo:

• Prednosti:
• Časi polnjenja vodika so bistveno krajši (manj kot 5 minut) v primerjavi s polnjenjem električnih baterij.
• Emisije so precej nižje ali nič, odvisno od uporabljenega sistema.
• Vodik je najpogostejši element v vesolju, zaradi česar je dolgoročna trajnostna možnost.
• Vozila na vodik lahko čistijo zrak, v katerem krožijo, kot je Hyundai Nexo, kar prispeva k izboljšanju mestnega okolja.

• Slabosti:
• Stroški proizvodnje gorivnih celic in infrastrukture za shranjevanje vodika ostajajo visoki.
• Infrastruktura za oskrbo z vodikovim gorivom je omejena, v večini držav je malo postaj.
• Postopek proizvodnje vodika ni vedno čist, še posebej, če je pridobljen iz neobnovljivih virov.

Avtonomija in varnost vozil na vodik

Vozila na vodik izstopajo po svojih samostojnosti, ki dosega številke, primerljive s tistimi pri bencinskih avtomobilih. Modeli, kot je Hyundai nexo Ponujajo do 666 km avtonomije, Toyota Mirai pa presega 650 km. Zaradi tega so vozila na vodik zelo konkurenčna v smislu mobilnosti na dolge razdalje.

Kot za varnost, so rezervoarji za vodik zasnovani tako, da prenesejo zelo visoke pritiske in celo strele, kot zagotavlja Toyota v svojem modelu Mirai. Infrastrukturni in varnostni standardi za vozila na vodik so v zadnjih letih zelo napredovali, zaradi česar so vozila enako varna kot njihovi bencinski ali dizelski ekvivalenti.

Prihodnost vodika v avtomobilski industriji se še naprej razvija. Z napredkom tehnologij notranjega zgorevanja in gorivnih celic, skupaj z razvojem učinkovitejše infrastrukture, bomo verjetno priča povečanju uporabe vozil s pogonom na vodik.