Brintmotorer: hvordan de fungerer, og hvorfor de er nøglen til fremtiden

Brintmotorer er fortsat et af de mest lovende væddemål for fremtiden for bæredygtig bilindustri. På trods af nogle tekniske og logistiske udfordringer har denne teknologi vakt stigende interesse for store mærker som Toyota, BMW, Mazda, Hyundai og Ford, som allerede har investeret betydelige ressourcer i udviklingen af ​​disse systemer. I øjeblikket skelner vi mellem to hovedtyper af brintmotorer i industrien: brintforbrændingsmotorer og brændselscellemotorer.

I denne artikel vil vi forklare driften af ​​brintmotorer, deres vigtigste egenskaber, fordele og ulemper ved hvert af systemerne, og hvordan de kan påvirke fremtiden for transport.

Hvordan fungerer en brintforbrændingsmotor?

Brintforbrændingsmotoren fungerer meget på samme måde som en traditionel benzin- eller dieselforbrændingsmotor, men med en væsentlig forskel: den bruger brint som brændstof i stedet for olieprodukter. I dette tilfælde brint blandes med ilt inde i forbrændingskammeret og antændes af en gnist, nøjagtig det samme som i en konventionel motor. Denne proces frigiver energi, der driver stemplerne og genererer mekanisk bevægelse.

En af de vigtigste fordele ved denne type motor er, at den i stedet for at producere kuldioxid (CO2) udleder vanddamp som et biprodukt. Men på grund af de høje temperaturer, der opnås under forbrænding, dannes der nitrogenoxider (NOx), som fortsat er forurenende. For at afbøde dette problem inkluderer nogle løsninger at sprøjte vand ind i indsugningssystemet, en teknik, der har vist sig at reducere NOx-dannelsen betydeligt.

Imidlertid står brintforbrændingsmotorer også over for udfordringer relateret til energitæthed af brint, hvilket er lavere end for andre flydende brændstoffer. Det betyder, at en større mængde brint er nødvendig for at udføre det samme arbejde som en benzinmotor. Selvom de kan operere med alternative brændstoffer som CNG eller LPG, er opbevaring fortsat en hindring, da brint skal opbevares ved meget høje tryk, generelt 700 bar, hvilket indebærer brug af meget dyre specialtanke.

Eksempler på brintmotorer

Et bemærkelsesværdigt eksempel på en brintmotor er den bmw 750hl, som var et af de første køretøjer, der brugte flydende brint som brændstof. Denne model krævede ekstremt lave temperaturer (-253ºC) for at opbevare brint effektivt i specielle tanke. Selvom det blev overgået af nye designs, repræsenterede det en milepæl i udviklingen af ​​denne teknologi.

Et andet tilfælde er motoren brint vandmand, udviklet af et israelsk firma. Denne motor skiller sig ud ved ikke at kræve smøreolie, hvilket forenkler vedligeholdelsen. Desuden minimerer dets innovative system NOx-emissioner, og på grund af dets lethed og lave omkostninger præsenteres det som en levedygtig mulighed for både køretøjer og energigeneratorer.

Sådan fungerer en brændselscellebrintmotor

I modsætning til forbrændingsmotorer, forbrændingsmotorer brændselscelle De omdanner brint til elektricitet gennem en elektrokemisk proces kaldet omvendt elektrolyse. Når brint lagret i tanke kombineres med ilt i en brændselscelle, genereres elektricitet, der driver en elmotor, mens det eneste biprodukt er rent vand.

Denne proces er meget mere effektiv end brintforbrænding, og vigtigst af alt udsender den ikke forurenende stoffer. De høje produktionsomkostninger for brændselsceller er dog en vigtig hindring. I øjeblikket bruges platin som katalysator i processen, men nogle forskere kigger på mere overkommelige alternativer, såsom ferrolegeringer, for at reducere omkostningerne.

Et godt eksempel på brændselscelleteknologi er Toyota mirai, som har tiltrukket sig opmærksomhed for sin ydeevne og sin evne til at rejse op til 650 km på en brintladning. Denne type teknologi er ideel til køretøjer, der kører over lange afstande, såsom lastbiler eller busser, på grund af den større autonomi, de tilbyder sammenlignet med konventionelle elbiler.

Fordele og ulemper ved brintmotoren

Brintmotorer, både forbrændings- og brændselscelle, tilbyder en række af fordel y udfordringer, som skal afvejes før udbredt adoption:

• Fordele:
• Brinttankningstider er væsentligt kortere (mindre end 5 minutter) sammenlignet med opladning af elektriske batterier.
• Emissionerne er meget lavere eller nul, afhængigt af det anvendte system.
• Brint er det mest udbredte element i universet, hvilket gør det til en langsigtet bæredygtig mulighed.
• Brintbiler kan rense luften, som de cirkulerer i, såsom Hyundai Nexo, der bidrager til forbedring af bymiljøet.

• ulemper:
• Omkostningerne til brændselscelleproduktion og brintlagringsinfrastruktur er fortsat høje.
• Brinttankningsinfrastrukturen er begrænset, med få stationer i de fleste lande.
• Brintproduktionsprocessen er ikke altid ren, især hvis den stammer fra ikke-vedvarende kilder.

Autonomi og sikkerhed i brintbiler

Brintbiler skiller sig ud for deres autonomi, og når tal, der kan sammenlignes med benzinbiler. Modeller som Hyundai nexo De tilbyder op til 666 km autonomi, mens Toyota Mirai overstiger 650 km. Dette gør brintbiler yderst konkurrencedygtige med hensyn til langdistancemobilitet.

Som for sikkerhed, er brinttankene designet til at modstå meget høje tryk og endda skudskud, som Toyota forsikrer i sin Mirai-model. Infrastruktur og sikkerhedsstandarder for brintkøretøjer er kommet langt i de seneste år, hvilket har resulteret i køretøjer, der er lige så sikre som deres benzin- eller dieselækvivalenter.

Fremtiden for brint i bilindustrien fortsætter med at udvikle sig. Med udviklingen af ​​forbrændings- og brændselscelleteknologier, sammen med udviklingen af ​​mere effektiv infrastruktur, vil vi sandsynligvis se en stigning i vedtagelsen af ​​brintdrevne køretøjer.