Operar um veículo a hidrogênio (célula de combustível)

 

Outra alternativa para a operação de veículos elétricos, a solução de hidrogênio, vem sendo estudada há muito tempo pelos alemães e japoneses. A Europa, que Tesla considera instável, no entanto, decide colocar um pacote nesta tecnologia (globalmente, não com o único propósito de impulsionar carros). Então, vamos dar uma olhada em como funciona o carro a hidrogênio, que é, portanto, apenas uma variante do carro elétrico.

Veja também:

• Um carro movido a hidrogênio é viável?
• Quais são as vantagens e desvantagens de uma célula de combustível

Vários tipos de carros a hidrogênio

Embora a tecnologia atual seja para carros que usam células de combustível para alimentar seus motores elétricos, o hidrogênio também pode ser usado em veículos alternativos de combustão interna. Na verdade, é um gás que pode ser utilizado da mesma forma que o GLP e o GNV já utilizados em nossos veículos. Porém, essa ideia foi abandonada, o motor a pistão está realmente mais em linha com o tempo ...

Aqui está um Toyota Mirai movido a hidrogênio. É vendido nos EUA, não é na França, porque lá não tem ponto de distribuição de hidrogênio ... Com os terminais elétricos atrasados, já estamos atrasados ​​em hidrogênio!

princípio de funcionamento

Se tivéssemos que resumir o sistema em uma frase, eu diria queэто motor elétrico quem anda com carburant não poluente (em operação, não em produção). Em vez de carregar a bateria com um plugue e, portanto, eletricidade, nós a enchemos com líquido. É por isso que chamamos de sistema de célula de combustível (é

acumular

que funciona com combustível que

consumido

et

desaparece do tanque

) Na verdade, a única diferença com o motor elétrico é o armazenamento de energia, aqui na forma líquida, não química.

Portanto, deve-se observar que a bateria está descarregando, ao contrário de uma bateria de lítio ou mesmo de chumbo-ácido (consulte os links para saber como funcionam).

Mapa de processo

Hidrogênio = híbrido?

Quase ... Na verdade, eles têm sistematicamente uma bateria extra de lítio, cuja utilidade explicarei a seguir. Portanto, é possível operar apenas com hidrogênio, usando apenas uma bateria convencional, ou mesmo as duas ao mesmo tempo.

Componentes

Tanque de hidrogênio

Temos um tanque que pode armazenar de 5 a 10 kg de hidrogênio, sabendo que cada quilograma contém 33.3 kWh de energia (em comparação aos veículos elétricos, que têm de 35 a 100 kWh). O tanque é especialmente projetado e robusto para suportar uma pressão interna de 350 a 700 bar.

Célula de combustível

A célula de combustível fornecerá energia ao motor elétrico do carro, assim como uma bateria de lítio convencional. No entanto, ele precisa de combustível, ou seja, hidrogênio do tanque. É feito de platina caríssima, mas nas versões mais modernas dispensa.

Buffer de bateria

Isso não é obrigatório, mas é o padrão para veículos a hidrogênio. Na verdade, ele serve como uma bateria de backup, um amplificador de potência (pode funcionar em paralelo com uma célula de combustível), mas também e acima de tudo, serve para restaurar a energia cinética durante a desaceleração e a frenagem.

Eletrônica de potência

Não listado no meu diagrama superior, a eletrônica de potência controla, interrompe e retifica (convertendo entre correntes CA e CC) as várias correntes que fluem através dos vários componentes do carro.

Reabastecimento

Operação de célula de combustível: catálise

O objetivo é extrair elétrons (eletricidade) do hidrogênio para enviá-los a um motor elétrico. Tudo isso é feito por meio de uma reação eletroquímica controlada que separa os elétrons de um lado (em direção ao motor) e os prótons do outro (na célula a combustível). Todo o encontro termina no cátodo, onde termina a reação: a "mistura" final dá água, que é bombeada para fora do sistema (exaustão).

Aqui está um diagrama de catálise, que é a extração de eletricidade do hidrogênio (eletrólise reversa).

Aqui vemos o funcionamento da célula a combustível, ou seja, o fenômeno da catálise.

Hidrogênio H2 (ou seja, dois átomos de hidrogênio H colados: dihidrogênio) vai da esquerda para a direita. Ao se aproximar do ânodo, ele perde seu núcleo (próton), que será sugado (devido ao fenômeno de oxidação). Os elétrons então continuarão em seu caminho para a direita para posteriormente usar o motor elétrico.

Por sua vez, estamos remontando tudo injetando O2 (oxigênio do ar graças ao compressor) no lado do cátodo, o que permitirá naturalmente a formação de uma molécula de água (que irá catalisar todos os elementos em um único todo). uma molécula que é uma coleção de Hs e Os).

Resumo das reações químicas / físicas

ANODE : no ânodo, o átomo de hidrogênio é "cortado" pela metade (H2 = 2e- + 2H+) O núcleo (íon H +) desce em direção ao cátodo, enquanto os elétrons (e-) seguem seu caminho devido à sua incapacidade de passar pelo eletrólito (espaço entre o ânodo e o cátodo).

CÁTODO: no cátodo vemos íons H + e elétrons reversos (de maneiras diferentes). Então, basta introduzir átomos de oxigênio para que todos esses elementos se coloquem, o que leva à criação de uma molécula de água composta por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Ou a fórmula: 2e- + 2H+ + O2 = H2O

Colheita ?

Se considerarmos apenas o carro em si, ou seja, a eficiência do tanque até a ponta das rodas (transformação do material/reforço mecânico), estamos aqui um pouco abaixo dos 50%. De fato, a bateria tem uma eficiência de cerca de 50% e o motor elétrico - cerca de 90%. Portanto, primeiro temos 50% de filtragem e depois 10%.

Se levarmos em conta a eficiência de uma usina que gera energia, então antes da produção de hidrogênio ou mesmo da distribuição de eletricidade (no caso do lítio) temos 25% para hidrogênio e 70% para eletricidade (aproximadamente em média, obviamente )

Leia mais sobre lucratividade aqui.

Diferença entre um carro movido a hidrogênio e um carro elétrico com bateria de lítio?

Os carros são exatamente iguais, exceto pelo seu "tanque de energia". Portanto, são veículos elétricos que utilizam motores rotor-estator (indução, ímãs permanentes ou mesmo reativos).

Se uma bateria de lítio também funciona graças a uma reação química dentro dela (reação que produz eletricidade naturalmente: mais precisamente, elétrons), não sai nada dela, há apenas uma transformação interna. Para voltar ao estado original (recarga), basta passar a corrente (conectar ao setor) e a reação química recomeçará na direção oposta. O problema é que isso leva tempo, mesmo com supercarregadores.

Para um motor a hidrogênio, que é um motor elétrico clássico que é alimentado por uma célula de combustível (ou seja, hidrogênio), a bateria consome hidrogênio durante uma reação química. É esvaziado por meio de um escapamento que remove o vapor d'água (resultado de uma reação química).

Portanto, do ponto de vista lógico, poderíamos adaptar qualquer carro elétrico a um carro a hidrogênio, basta substituir a bateria de lítio por uma célula a combustível. Portanto, no seu entendimento, o "motor a hidrogênio" deve ser considerado principalmente como um motor elétrico (veja como funciona aqui). Ele está necessariamente se aproximando dele, não porque ele seja reabastecido como uma entidade.

A reação química na base deste comprimido produz calorde eletricidade (o que precisamos para o motor elétrico) e água.

Por que não em todos os lugares?

O principal problema técnico com o hidrogênio está relacionado à segurança de armazenamento. Na verdade, como o GLP, esse combustível é perigoso porque se torna inflamável ao entrar em contato com o ar (e isso não é tudo). Portanto, o problema não é só encher o carro com combustível, mas também ter um tanque forte o suficiente para resistir a qualquer acidente. Claro, o custo adicional também é um grande obstáculo e parece menos viável do que uma bateria de íon de lítio, cujo custo está caindo drasticamente.

Finalmente, a rede de produção e distribuição no mundo é muito subdesenvolvida e os governos querem produzir hidrogênio por eletrólise usando fontes de energia renováveis ​​(muitos especialistas falam de um esquema utópico que não pode ser realizado em nossa realidade "repentina").

Em última análise, há uma chance melhor de que a eletricidade convencional seja a solução preferida para o futuro, em vez do hidrogênio, que será usado para uma variedade de aplicações além da mobilidade individual.

Todos os comentários e reações

Dernier comentário postado:

Бернард (Data: 2021, 09:23:14)

Olá,

Obrigado por essas ideias fortes e interessantes. Vou deixar o local com um novo vaga-lume em meu antigo cérebro.

Pessoalmente, estou surpreso de que, além do que sei sobre submarinos nucleares, ninguém tenha desenvolvido um motor perfeito para a estrada. De fato, foi o que a Philips revelou no Salão do Automóvel de Bruxelas de 1971, com 200 cv. em dois pistões.

A Philips iniciou suas operações em 1937-1938 e retomou em 1948.

Em 1971, eles reivindicaram várias centenas de cavalos de potência por pistão. Desde então não consigo encontrar nada ... Claro, Defesa Secreta.

E quanto aos motores de turbina a gás?

Suas lanternas podem adicionar um pouco de água ao meu moinho pensante.

Obrigado pelo seu conhecimento e divulgação.

Il I. 1 reação (ões) a este comentário:

• Administrador ADMINISTRADOR DO SITE (2021-09-27 11:40:25): É muito divertido de ler, obrigado.

  Não sei o suficiente sobre este tipo de motor para julgar, provavelmente por causa do custo, tamanho, manutenção difícil, eficiência média?

  Tendo em vista que é necessário ter uma solução que permita aquecer o gás, e por isso a sua aplicação em viaturas públicas regulares é potencialmente perigosa (e que será constante ao longo do tempo).

  Resumindo, suspeito que você esperava uma resposta mais precisa e segura ... Desculpe.

(Sua postagem ficará visível sob o comentário após a verificação)

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