Operar un vehículo de hidrógeno (pila de combustible)

 

Otra alternativa para el funcionamiento de vehículos eléctricos, la solución de hidrógeno, ha sido estudiada durante mucho tiempo por alemanes y japoneses. Europa, que Tesla considera inestable, sin embargo decide poner un paquete a esta tecnología (a nivel mundial, no con el único propósito de impulsar automóviles). Entonces, echemos un vistazo a cómo funciona el automóvil de hidrógeno, que, por lo tanto, es solo una variante del automóvil eléctrico.

Ver también:

• ¿Es viable un coche de hidrógeno?
• ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de una pila de combustible?

Varios tipos de coches de hidrógeno.

Si bien la tecnología actual es para automóviles que usan celdas de combustible para alimentar sus motores eléctricos, el hidrógeno también se puede usar en vehículos de combustión interna alternativos. De hecho, es un gas que se puede utilizar de la misma forma que el GLP y el GNC que ya se utilizan en nuestros vehículos. Sin embargo, esta idea fue abandonada, el motor de pistón está realmente más acorde con la época ...

Aquí hay un Toyota Mirai impulsado por hidrógeno. Se vende en USA, no en Francia, porque no hay punto de distribución de hidrógeno ... ¡Habiendo llegado tarde con los terminales eléctricos, ya estamos rezagados en hidrógeno!

Principio de funcionamiento

Si tuviéramos que resumir el sistema en una oración, diría queэто motor eléctrico quien camina con carburante no contaminante (en funcionamiento, no en producción). En lugar de cargar la batería con un enchufe y por tanto con electricidad, la llenamos de líquido. Por eso llamamos al sistema de pila de combustible (es

acumular

que funciona con combustible que

consumado

et

desaparece del tanque

). De hecho, la única diferencia con el motor eléctrico es el almacenamiento de energía, aquí en forma líquida, no química.

Por lo tanto, debe tenerse en cuenta que la batería se está descargando, a diferencia de una batería de litio o incluso de plomo-ácido (consulte los enlaces para saber cómo funcionan).

Mapa de proceso

Hidrógeno = híbrido?

Casi ... De hecho, tienen sistemáticamente una batería de litio extra, cuya utilidad explicaré a continuación. Por lo tanto, es posible operar solo con hidrógeno, solo usando una batería convencional, o incluso ambas al mismo tiempo.

Компоненты

Tanque de hidrogeno

Tenemos un tanque que puede almacenar de 5 a 10 kg de hidrógeno, sabiendo que cada kilogramo contiene 33.3 kWh de energía (en comparación con los vehículos eléctricos, que tienen de 35 a 100 kWh). El tanque está especialmente diseñado y es robusto para soportar una presión interna de 350 a 700 bar.

Pila de combustible

La celda de combustible proporcionará energía al motor eléctrico del automóvil, al igual que una batería de litio convencional. Sin embargo, necesita combustible, es decir, hidrógeno del tanque. Está hecho de platino muy caro, pero en las versiones más modernas prescinde de él.

Batería tampón

Esto no es obligatorio, pero es el estándar para vehículos de hidrógeno. De hecho, sirve como batería de respaldo, como amplificador de potencia (puede funcionar en paralelo con una pila de combustible), pero también y sobre todo, sirve para restaurar la energía cinética durante la desaceleración y el frenado.

Electrónica de potencia

No incluido en mi diagrama superior, la electrónica de potencia controla, interrumpe y rectifica (convirtiendo entre corrientes de CA y CC) las diversas corrientes que fluyen a través de los diversos componentes del automóvil.

Repostaje

Funcionamiento con pila de combustible: catálisis

El objetivo es extraer electrones (electricidad) del hidrógeno para enviarlos a un motor eléctrico. Todo esto se hace mediante una reacción electroquímica controlada que separa los electrones de un lado (hacia el motor) y los protones del otro (en la pila de combustible). Toda la reunión termina en el cátodo, donde termina la reacción: la "mezcla" final da agua, que se bombea fuera del sistema (escape).

Aquí hay un diagrama de catálisis, que es la extracción de electricidad del hidrógeno (electrólisis inversa).

Aquí vemos el funcionamiento de la pila de combustible, es decir, el fenómeno de la catálisis.

El hidrógeno H2 (es decir, dos átomos de hidrógeno H pegados entre sí: dihidrógeno) va de izquierda a derecha. A medida que se acerca al ánodo, pierde su núcleo (protón), que será succionado (debido al fenómeno de oxidación). Los electrones continuarán su camino hacia la derecha para utilizar posteriormente el motor eléctrico.

A su vez, lo estamos reensamblando todo inyectando O2 (oxígeno del aire gracias al compresor) en el lado del cátodo, lo que naturalmente permitirá la formación de una molécula de agua (que catalizará todos los elementos en un solo todo). una molécula que es una colección de Hs y Os).

Resumen de reacciones químicas / físicas

UN MOVIMIENTO DE CABEZA : en el ánodo, el átomo de hidrógeno se "corta" por la mitad (H2 = 2e- + 2H+). El núcleo (ion H +) desciende hacia el cátodo, mientras que los electrones (e-) continúan su camino debido a su incapacidad para atravesar el electrolito (el espacio entre el ánodo y el cátodo).

CÁTODO: en el cátodo vemos iones inversos (de diferentes formas) H + y electrones e-. Entonces basta con introducir átomos de oxígeno para que todos estos elementos se quieran acumular, lo que lleva a la creación de una molécula de agua formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. O la fórmula: 2e- + 2H+ + O2 = H2O

Cosecha ?

Si consideramos solo el automóvil en sí, es decir, la eficiencia del tanque hasta el final de las ruedas (transformación de material / refuerzo mecánico), estamos aquí un poco por debajo del 50%. De hecho, la batería tiene una eficiencia de alrededor del 50% y el motor eléctrico, alrededor del 90%. Por lo tanto, primero tenemos un 50% de filtrado y luego un 10%.

Si tenemos en cuenta la eficiencia de una central eléctrica que genera energía, entonces antes de la producción de hidrógeno o incluso de la distribución de electricidad (en el caso del litio) tenemos un 25% para hidrógeno y un 70% para electricidad (aproximadamente promedio, obviamente ).

Lea más sobre la rentabilidad aquí.

¿Diferencia entre un coche de hidrógeno y un coche eléctrico con batería de litio?

Los coches son exactamente iguales, excepto por su "depósito de energía". Por tanto, se trata de vehículos eléctricos que utilizan motores rotor-estator (inducción, imanes permanentes o incluso reactivos).

Si una batería de litio también funciona gracias a una reacción química en su interior (una reacción que naturalmente produce electricidad: más precisamente, electrones), no sale nada, solo hay una transformación interna. Para volver a su estado original (recarga), basta con pasar la corriente (conectar al sector) y la reacción química comenzará de nuevo en sentido contrario. El problema es que lleva tiempo, incluso con supercargadores.

Para un motor de hidrógeno, que es un motor eléctrico clásico que funciona con una celda de combustible (es decir, hidrógeno), la batería consume hidrógeno durante una reacción química. Se vacía a través de un escape que elimina el vapor de agua (resultado de una reacción química).

Por tanto, desde un punto de vista lógico, podríamos adaptar cualquier coche eléctrico a un coche de hidrógeno, basta con sustituir la batería de litio por una pila de combustible. Entonces, en su comprensión del "motor de hidrógeno", debe considerarse principalmente como un motor eléctrico (vea cómo funciona aquí). Necesariamente se está acercando a él, no porque esté reabastecido como entidad.

La reacción química en la base de esta tableta produce Calorde electricidad (lo que necesitamos para el motor eléctrico) y agua.

¿Por qué no en todas partes?

El principal problema técnico del hidrógeno está relacionado con la seguridad del almacenamiento. De hecho, como el GLP, este combustible es peligroso porque se vuelve inflamable en contacto con el aire (y eso no es todo). Entonces, el problema no es solo llenar el automóvil de combustible, sino también tener un tanque lo suficientemente fuerte como para resistir cualquier accidente. Por supuesto, el costo adicional también es un gran lastre, y parece que es menos viable que una batería de iones de litio, cuyo costo está disminuyendo drásticamente.

Finalmente, la red de producción y distribución en el mundo está muy subdesarrollada, y los gobiernos quieren producir hidrógeno por electrólisis utilizando fuentes de energía renovables (muchos expertos hablan de un esquema utópico que no se puede realizar en nuestra realidad "repentina").

En última instancia, existe una mayor posibilidad de que la electricidad convencional sea la solución elegida para el futuro, en lugar del hidrógeno, que se utilizará para una variedad de aplicaciones más allá de la movilidad individual.

Todos los comentarios y reacciones

Dernier comentario publicado:

Bernard (Fecha: 2021, 09:23:14)

Hola,

Gracias por estas ideas fuertes e interesantes. Dejaré el sitio con una nueva luciérnaga en mi antiguo cerebro.

Personalmente, me sorprende que, aparte de lo que sé sobre submarinos nucleares, nadie haya desarrollado un motor perfecto para la carretera. De hecho, fue el que Philips presentó en el Salón del Automóvil de Bruselas de 1971, con 200 CV. en dos pistones.

Philips comenzó a operar en 1937-1938 y se reanudó en 1948.

En 1971, reclamaron varios cientos de caballos de fuerza por pistón. Desde entonces no encuentro nada ... Por supuesto, Defensa Secreta.

¿Qué pasa con los motores de turbina de gas?

Tus linternas pueden agregar un poco de agua a mi molino de pensamiento.

Gracias por tu conocimiento y popularización.

Él Я. 1 reacción (es) a este comentario:

• administrador ADMINISTRADOR DEL SITIO (2021-09-27 11:40:25): Es muy divertido de leer, gracias.

  No sé lo suficiente sobre este tipo de motor para juzgar, probablemente debido al costo, tamaño, mantenimiento difícil, eficiencia promedio.

  Teniendo en cuenta que es necesario contar con una solución que permita calentar el gas, por lo que su aplicación en un coche público normal es potencialmente peligrosa (y que será constante en el tiempo).

  En resumen, sospecho que esperaba una respuesta más precisa y segura ... Lo siento.

(Su publicación será visible debajo del comentario después de la verificación)

Escribir un comentario

Usando la fórmula eléctrica E, encontrará que: