איך פועלת מכונית מימן

כיום, מכונית מימן היא מכונית חשמלית השואבת את האנרגיה שלה מתא דלק המופעל על ידי גז זה. ישנן גם ארכיטקטורות טכנולוגיות המנצלות פעולה זו בצורה משנית, כדי להרחיב את האוטונומיה של סוללת משיכה המהווה את המרכיב העיקרי בשרשרת. לבסוף, הקובץ הזה לא יהיה שלם אם הוא לא יזכיר את הניסיון הזה שעשתה ב.מ.וו, לפני כמה שנים, להשיק דגם עם מנוע תרמי המוזן ישירות בכוח במימן.

בשנת 1806 כדלק

זה היה בשנת 1766 כי הכימאי והפיזיקאי הבריטי הנרי קוונדיש גילה ובידד מימן. שני עשורים לאחר מכן, הוא הוכיח כי מים נוצרו על ידי שריפתם. עוד עשרים שנה, והממציא השוויצרי אייזק דה ריבאז השתמש בגז זה כדלק למנוע הבעירה הפנימית הראשון שפותח בשנת 1806. יישום אמיתי ראשון של מימן לניידות: תעופה.

כבר ב-1938, המהנדס הגרמני הנס-יואכים פון אוהיין השתמש בו כמקור הכוח למטוס ה-HeS3b שלו, המותקן על ה-Heinkel 178.מימן נוזלינחשב לזמן מה על ידי חיל האוויר האמריקני באמצע שנות החמישים. פרויקטים רבים של מטוסי מימן נחקרו לאחר מכן, אך ללא מימוש אמיתי. מכיוון שזהו הדלק שמרכז את מירב האנרגיה, המוצר הזה, במצב נוזלי, הוא אחד מהדלקים המשמשים במשגרי רקטות. על פי נאס"א, נוכל לארגן מסעות חלל נוספים אם נדע כיצד להפוך ולהשתמש במימן מוצק על פני כדור הארץ.

בשנת 1994 במכונית אב טיפוס

בשל תכונותיו המקשות על אחסון והובלה, מימן נמנע על ידי יצרני רכב במשך כמעט 200 שנה. בשנת 1994, קרייזלר העזה לפתח אב טיפוס ראשון של מכונית PAC H2. 11 שנים מאוחר יותר, מרצדס מוסיפה את B-Class F-Cell לקטלוג שלה, מכונית המימן הראשונה לייצור.

שנות ה-2010 פתחו תחום רחב מאוד של יישום למימן לניידות יבשתית. בתחילת העשור הזה, כעשרים אוטובוסים של PAC H2 הוכנסו לשירות כשאטלים בין ויסלר לוונקובר, כחלק מהמשחקים האולימפיים והפארא-אולימפיים שאירח קנדה. קטנועים, אופניים בסיוע חשמלי, מכונות בנייה וטיפול כוללים דגמים הפועלים על מימן. גם במים מתחילים לנצל את הגז הזה כדלק.

מכונית תא הדלק המימן

א(FCEV = Fuel Cell Electric Vehicles) היא בעיקר מכונית חשמלית, אך בעיקר מקבלת את האנרגיה שלה מתא דלק. עם זאת, סוללה קיימת בשרשרת המתיחה, אך בעלת חשיבות פחותה. ארכיטקטורה טכנולוגית זו מופעלת לפי 4 תרחישים, שהעיקרי שבהם הוא שימוש במימן מהמיכלים כדי להניע את הרכב קדימה, דרך תא הדלק והמכשירים הנלווים אליו.

במידה והסוללה אינה במלוא קיבולתה, והשימוש במכונה מאפשר זאת, ה-PAC יאפשר להטעין אותה במקביל. בזמן דרישה חזקה לכוח, בעת האצה, תא הדלק והסוללה יפעילו את המנוע החשמלי ביחד. לבסוף, כמו ברוב המוחלט של כלי הרכב החשמליים, האנרגיה הקינטית של שלבי ההאטה והבלימה תהפוך לחשמל כדי לחדש את חבילת הליתיום.

היברידי

פעולתה של מכונית PAC H2 קרובה מאוד בסופו של דבר למנוע היברידי מסוג טויוטה פריוס. אלא שיש רק אנרגיה סופית אחת שמפעילה מנוע חשמלי אחד או יותר. הארכיטקטורה של מערכת ההנעה מורכבת מ-5 אלמנטים עיקריים: מיכל(ים) לאחסון מימן דחוס בלחץ גבוה מאוד, תא הדלק, סוללת חיץ במתח גבוה, מהפך, המנוע(ים) החשמליים ותיבת ההילוכים הנלווית( es).

טנקים

ככל שלחץ האגירה במיכלים גבוה יותר (700 בר למשל), כך כמות הגז המסופקת גבוהה יותר. מטעמי בטיחות, מיכלים אלו העשויים מחומרים מרוכבים מתווספים על ידי התקני עזר שונים, לרבות שסתום סולנואיד, ווסת לחץ גבוה ושסתום גלישה.

גלאי H2 מפוזרים בכל הרכב. במקרה של התראה, שסתום הסולנואיד מנתק את אספקת הגז, תא הדלק עוצר והאוורור ידאג להוצאת כל מימן הנמצא על הסיפון. הטנקים עוברים בדיקות דרקוניות לפני אישורם, לעיתים כולל ירי מקלעים. התנהגותם נצפית במהלך בדיקות התנגשות ואש נרחבות יותר מאשר בכלי רכב תרמיים רגילים. זה הופך מכוניות משאבות חום מימן להרבה פחות מסוכנות מדגמי בנזין מקבילים.

תא דלק

למרות שקיים, יצרני רכב עם PAC H2 מעדיפים את אלה עם ממברנת PEM (ממברנת חילופי פרוטונים). המימן שיתקבל מהמיכלים יעבור מעל האנודה, מה שיביא לפירוקו ליוני מימן (פרוטונים) ולאלקטרונים. רק פרוטונים יכולים לחצות את קרום האלקטרוליט הפולימרי הממוקם בין 2 האלקטרודות. האלקטרונים לוקחים מעגל חיצוני, ויוצרים את הזרם החשמלי שיופנה לכיוון המהפך. בקתודה, אלקטרונים ופרוטונים מתחברים עם חמצן המתקבל מהאוויר החיצוני ויוצרים מים טהורים. שום מזהם או שאריות אחרות לא מתלווים לפעולה זו, רק שחרור אידיאלי של חום כדי להפעיל את החימום של תא הנוסעים.


סוללת מאגר

כמו במכונית היברידית קלאסית, דרישת קיבולת הסוללה אינה גבוהה במיוחד, רק כמה קילוואט שעות. באופן קונקרטי, החבילה תאפשר לך לנסוע רק קומץ קילומטרים לכל היותר. חשוב מכך, היא תאכל את השטח הדרוש למיכלים ותהיה לו השפעה משמעותית מדי על המשקל הכולל של המכונית שהיא מציידת.

מהפך מנוע הפחתה

אם הוא אחראי בעיקר להמרת הזרימה הישירה במתח גבוה מהסוללה ומתא המימן לזרם חילופין, היחיד שמשמש את המנוע(ים) על סיפון רכב ה-FCEV, המהפך משמש גם לוויסות המהירות והמומנט של המנוע. האחרון עשוי להיות מורכב ממנוע אחד או יותר.

התרחיש השני מאפשר להשיג, למשל, אחיזה מלאה מבלי להפוך את המכונה לכבדה מדי. מכשירים אלה פועלים כמחוללים במהלך האטה, ומטעינים את סוללת המאגר. גיר ההפחתה מצדו מגביר את המומנט על ידי התאמת מהירות המנועים החשמליים לפי הפקדים המופעלים על ידי הנהג.

ה-CAP כמרחיב טווח

היתרון של מכונית חשמלית עם תאי דלק מימן הוא ליהנות מטווח של כמה מאות קילומטרים מבלי להתעסק בכמה מאות קילו של סוללות.

Symbio, חברה צרפתית, פיתחה מאריך טווח באמצעות משאבת חום H2. הוא מותקן על מכונית חשמלית קלאסית, שיש לה אריזת ליתיום של כמה עשרות קוט"ש עבור 150 עד 250 קילומטרים של אוטונומיה. סוללת המימן משמשת כגנרטור המטעין את המצבר תוך כדי נסיעה, מה שמאפשר למשל להכפיל את הטווח הרגיל של הרכב החשמלי אותו הוא מצייד. בניגוד למכונית מימן, תמיד הסוללה היא זו שמניעה את המנוע כאן.

מנוע תרמי מימן

מנוע שריפת המימן אינו חדש. למען הפרוטוקול, ב.מ.וו ייצרה כמאה דוגמאות למימן 7 שלה (מבוסס על 760 Li), בין השנים 2007 ל-2009. המכונה הייתה מצוידת במנוע V12 בנפח 6 ליטר, הפועל גם על בנזין וגם על מימן. הגז אוחסן בצורה נוזלית, בטמפרטורה נמוכה מאוד, במיכל קריוגני של 170 ליטר (8 קילו). מספיק כדי לעבור כ-200 קילומטרים.

אם הפתרון הושאר בצד לזמן רב, הוא עלה מחדש מתחילת שנות ה-20 של המאה ה-20, בין אם מדובר במכוניות נוסעים, כלי רכב או כלי רכב כבדים, יצרני מנועים ויצרנים רבים מעוניינים בפתרון.