Brintkøretøjer er forskellige køretøjer, der bruger brint som brændstof . Det kan være køretøjer med både forbrændingsmotorer , gasturbinemotorer og brintbrændselsceller .
I 1806 François Isaac de Rivaz (1752-1828) skabte den første forbrændingsmotor drevet af brint. Opfinderen producerede brint ved elektrolyse af vand.
I 1941, i det belejrede Leningrad , var benzin en mangelvare , men brint var tilgængeligt i store mængder. Militærtekniker Boris Shelishch foreslog at bruge en luft-brint-blanding til at betjene spærreildsballoner . Forbrændingsmotorerne i ballonspil blev overført til brint . Under blokaden kørte omkring 600 biler på brint i byen. [en]
Brugen af brint som energibærer vil både reducere forbruget af fossile kulbrintebrændstoffer betydeligt og gøre betydelige fremskridt i løsningen af miljøproblemet med byluftforurening ved at skadelige for menneskers sundhed komponenter i udstødningsgasserne fra biler og diesellokomotiver [2] .
I 2009 blev cirka 25 % af udledningen af kuldioxid til Jordens atmosfære produceret som følge af driften af forskellige typer transport [3] . Ifølge IEA vil dette tal fordobles i 2050 og vil fortsætte med at vokse i takt med at antallet af privatbiler stiger i udviklingslandene [4] . Ud over kuldioxid udsendes nitrogenoxider til atmosfæren , ansvarlige for stigningen i forekomsten af astma , svovloxider, ansvarlig for sur regn osv.
Inden for søtransport anvendes ofte billige brændstofkvaliteter af lav kvalitet. Søtransport udleder 700 gange mere svovloxider end vejtransport . Ifølge Den Internationale Søfartsorganisation er CO 2 -emissionerne fra handelsflåden nået op på 1,12 milliarder tons om året [5] .
En anden årsag til den øgede interesse for brinttransport er stigningen i energipriserne (på nuværende tidspunkt er langt størstedelen af dem kul, olie og deres derivater), brændstofmangel og forskellige landes ønske om at opnå energiuafhængighed [2] .
Brint kan bruges som brændstof i en konventionel forbrændingsmotor [6] . I dette tilfælde reduceres motoreffekten til 65% - 82% sammenlignet med benzinversionen . Men hvis du laver små ændringer i tændingssystemet, stiger motoreffekten til 117% i forhold til benzinversionen, men i dette tilfælde vil udledningen af nitrogenoxider stige på grund af den højere temperatur i forbrændingskammeret [7] og sandsynligheden for at brænde ventiler og stempler vil stige, når der arbejdes længe ved høj effekt [8] . Derudover er brint, ved temperaturer og tryk, der skabes i motoren, i stand til at reagere med motorens konstruktionsmaterialer og smøremidler, hvilket fører til hurtigt slid [7] . Desuden er brint meget flygtigt, hvorfor det, når man bruger et konventionelt karburatorkraftsystem, kan trænge ind i udstødningsmanifolden, hvor det også antændes på grund af høj temperatur [6] . Traditionelle frem- og tilbagegående forbrændingsmotorer er dårligt tilpasset til at arbejde på brint. Typisk bruges en roterende forbrændingsmotor til at køre på brint , da udstødningsmanifolden i den er væsentligt fjernet fra indsugningsmanifolden.
Brintdrevne køretøjer bliver allerede produceret. blandt de virksomheder , der producerer sådanne køretøjer er Toyota , Honda og Hyundai . Brintdrevne køretøjer udvikles også af Daimler , Audi , BMW , Ford , Nissan og andre.
I 2016 blev det første brinttog , Alstoms Coradia iLint , introduceret i Tyskland , og toget vil begynde at køre på ruten Buxtehude- Cuxhaven i Niedersachsen fra december 2017. Det antages, at de i sidste ende vil erstatte 4.000 dieselregionaltog, der kører i Tyskland på ikke-elektrificerede strækninger af jernbaner. Alstom rapporterer, at Holland, Danmark og Norge også har udtrykt interesse for sådanne tog. [9]
Tilgængelig i begrænsede mængder:
Boeing Company udvikler et ubemandet fly til store højder og lang flyvetid (High Altitude Long Endurance (HALE). Flyet er udstyret med HICE fremstillet af Ford Motor Company [12] .
Den udbredte introduktion af brintbrændstof er stadig begrænset af den højere pris på brint sammenlignet med konventionelle flydende og gasbrændstoffer og manglen på den nødvendige infrastruktur. Blandinger af traditionelt brændstof med brint kan blive en mellemløsning. Brint kan bruges til at forbedre brændbarheden af magre blandinger i forbrændingsmotorer, der kører på konventionelle brændstoffer [6] . For eksempel er HCNG en blanding af brint og naturgas.
Der laves installationer, der producerer brint fra destilleret vand om bord på køretøjet. Derefter tilsættes brint til dieselbrændstoffet. Sådanne installationer er udstyret med tunge lastbiler og mineudstyr. Det menes, at dette gør det muligt at reducere brændstofforbruget og øge motorkraften og reducere miljøfaren ved emissioner [13] , selvom der er andre synspunkter [14] .
I begyndelsen af 1980'erne udviklede N. Kuznetsovs designbureau ( Samara ) flymotorer designet til Tupolev passagerfly . Disse brintdrevne motorer er blevet testet som en del af Tu-155 . Begivenhederne i Rusland i slutningen af 1980'erne og begyndelsen af 1990'erne tillod ikke, at N. Kuznetsovs arbejde med brintflymotorer blev udbredt i transport- og passagerflyvning. Til dato er adskillige operationsflymotorer med mølkugle af N. Kuznetsov blevet bevaret i varehusene hos designbureauet i Samara [15] .
Den 3. april 2008 gennemførte Boeing flyvetest af et Dimona let tosædet fly med et brint brændselscelle kraftværk [16] .
Brintbrændselsceller kan producere elektrisk energi til en elektrisk motor om bord på et køretøj, og derved erstatte forbrændingsmotoren, eller bruges til strøm om bord.
Det første brændselscellekøretøj blev skabt i 1959 af Allis-Chalmers Manufacturing Company ( USA ). Alkaliske brændselsceller (AFC'er) var traktormonteret . I 1962 - på en golfbil. I 1967 installerede Union Carbide (USA) brændselsceller på en motorcykel . I 1982 blev en eksperimentel brintminibus " Kvant-RAF " med et elektrisk drev på alkaliske brændselsceller udviklet i USSR.
Den største fordel ved at indføre brændselsceller i køretøjer på jorden (f.eks. biler): den forventede høje effektivitet . Effektiviteten af en moderne bilforbrændingsmotor når 35%, og effektiviteten af en brintbrændselscelle er 45% eller mere. Under test af en brintbrændselscellebus fra det canadiske firma Ballard Power Systems blev der påvist en effektivitet på 57 %. [17] . Effektiviteten af et klassisk blybatteri er højere - op til 70-90%. Men den vigtigste faktor, der holder masseproduktionen af elektriske køretøjer tilbage, er batteriernes høje omkostninger og ufuldkommenhed. Også en lovende retning er brugen af superkondensatorer i hybrid- og elbiler .
Som regel er proton-udvekslingsmembran (PEM) brændselsceller installeret på biler og busser . Deres vigtigste fordele er: kompakthed, let vægt, lav procestemperatur.
I 2002 satte det amerikanske energiministerium et mål om at reducere omkostningerne til brændselsceller til $45 pr. 1 kW installeret kapacitet i 2010 og til $30 pr. 1 kW i 2015 (i 2002-dollars, eksklusive inflation). Det betyder, at den indbyggede kilde til elektricitet til kraftværket med en kapacitet på 100 kW. (134 hk) vil koste $3.000, hvilket kan sammenlignes med prisen på en forbrændingsmotor [18] .
Brintbrændselscellekøretøjer fremstilles og testes:
og andre enkelteksemplarer i Brasilien , Kina , Tjekkiet osv.
Verdens første produktionsbil kommer til salg i slutningen af 2014 [21] :
Fra 2003 til 2006 kørte 36 Clean Urban Transport for Europe -busser mere end 2 millioner km og transporterede 6 millioner passagerer. I januar 2021 lancerede Aberdeen Wright StreetDeck -linjen , verdens første hydrogen -dobbeltdækkerbusser , der hver kostede omkring 500.000 £ [22] .
I 2021 gik verdens første brintdrevne dobbeltdækkerbusser officielt i drift i Aberdeen, Skotland. [23]
BrændstofforbrugOpel Zafira med et 94 kW brintbrændselscellekraftværk i Washington -forhold forbruger 1,83 kg brint pr. 100 miles (160 km) kørsel, det vil sige 6,4 liter benzinækvivalent . Benzinanalogen til Opel Zafira med en 1,6-liters motor med en effekt på 85 kW forbruger 5,8 liter benzin pr. 100 km på motorvejen.
National Renewable Energy Laboratory (USA) bruger i sine beregninger en gennemsnitlig rækkevidde af personbiler på 12.000 miles om året (19.200 km), brintforbruget er 1 kg pr. 60 miles (96 km) kørsel. Det vil sige, at én personbil med brintbrændselscelle kræver 200 kg brint om året eller 0,55 kg om dagen. Et kilogram brint anses i energiværdi for at være lig med en gallon (3,78 liter) benzin [24] .
Jernbanefremdrivningssystemer skal udvikle en ret stor effekt, mens kompaktheden af jernbanefremdrivningssystemer er mindre vigtig end i vejtransport. Jernbanetransport repræsenterer et enormt marked for brintbrændselscellekraftværker. På nuværende tidspunkt transporteres omkring 60 % af jernbanegodset på verdensplan med diesellokomotiver. En anden rentabel mulighed er at bygge, ved hjælp af brændselsceller, lokomotiver, der kombinerer fordelene ved et diesellokomotiv og et elektrisk lokomotiv (evnen til at blive drevet af et kontaktnetværk på elektrificerede linjer og autonomi, når de passerer ikke-elektrificerede afsnit).
Den 18. februar 2004 testede Japanese Railway Technical Research Institute en prototype af et brintbrændselscelletog [25] for første gang i verden .
I USA driften af et brintbrændselscellelokomotiv med en kapacitet på 2 tusinde liter. Med. skulle starte i 2009 [26] . Lokomotivet er blevet skabt siden 2003 med deltagelse af det amerikanske forsvarsministerium (DoD) til ikke-taktiske militære formål og kommerciel brug [27] .
I Danmark kører et brinttog mellem Vemb, Lemvig og Thyboron. Rutens længde er 59 km, hvilket er begrænset af brinttankenes kapacitet. Projektet fik navnet Dansk Brinttogprojekt [28] .
Brint rullende materiel udvikles også i Japan af Hitachi [29] og Kinki Sharyo [30] .
Fraunhofer Institute for Transport and Infrastructure Systems ( Tyskland ) har skabt en prototype af en hybrid sporvogn og bus . AutoTram er udstyret med en brintbrændselscelle og et svinghjul, der oplades ved opbremsning og accelererer bilen ved start. Prototypen er 18 meter lang, men instituttet fortæller, at det er muligt at lave 56-meter biler med en kapacitet til 300 passagerer. Brændselscelle fra Ballard Power Systems, svinghjul fra CCM Nuenen. 10 kg brint opbevares på taget. AutoTram udvikler en hastighed på 60 km/t. [31] En brintbrændselscelle-sporvogn kører også i Kina.
I Tyskland blev det første brintdrevne passagertog Coradia iLint lanceret i 2018. Inden 2021 er yderligere 14 sådanne tog planlagt til at blive lanceret [32] .
Den 8. april 2021 blev en kontrakt offentliggjort, underskrevet af de franske regioner Auvergne-Rhone-Alpes, Burgundy-Franche-Comté, Grand Est og Occitania om køb af 12 hybrid elektriske tog fra Alstom (4 biler hver, ca. 220 stk. sæder), der kan modtage elektricitet både fra kontaktnettet og fra brintbrændselsceller. Ifølge Alstom vil rækkevidden på brintbrændstof være 600 km [33] .
For at introducere brintbrændselsceller i søtransport i Europa blev konsortiet FellowSHIP (Fuel Cells for Low Emission Ships) oprettet i 2003 [34] . FellowSHIP-konsortiet omfatter Det Norske Veritas (DNV), Eidesvik Offshore, MTU CFC Solutions, Vik-Sandvik og Wärtsilä Automation Norge.
Også i Europa oprettet:
Tyskland fremstiller U-212 klasse ubåde med brændselsceller fremstillet af Siemens AG . U-212 er i tjeneste med Tyskland, ordrer er modtaget fra Grækenland , Italien , Korea , Israel . Under vand kører båden på brint og larmer næsten ikke.
Den spanske skibsbygger Navantia, SA planlægger at begynde produktionen af S-80 klasse ubåde med 300kW PEM brint brændselscelle fremdrift. Hydrogen produceres ombord på ubåden ud fra ethanol . Brændselscelleleverandøren er UTC Power ( USA ). S-80'erne er designet til at beskytte kysten. Brugen af brintbrændselsceller vil reducere støjniveauet og øge tiden under vand.
Driften af Zemships begyndte i sommeren 2008 .
Island planlægger at omdanne alle fiskefartøjer til brint . Til produktion af brint vil der blive brugt geotermisk energi og vandkraft.
Den første bemandede flyvning af et fly med et 20 kW PEM-brændselscellekraftværk fandt sted den 3. april 2008 [35] . Projektet er udviklet af Boeing og en gruppe europæiske virksomheder. Brændselsceller - fremstillet af UQM Technologies (USA).
Fraunhofer Institute (Tyskland) udvikler en ubemandet helikopter med et brintbrændselscellekraftværk (brændselscellevægt - 30 gram. Effekt - 12 watt). [36] .
Brændselscelle ubemandede luftfartøjer udvikles også af amerikanske og israelske virksomheder.
Hjælpetransport opererer i lukkede rum: pakhuse, flyvepladser, store industrifabrikker, militærbaser osv.
De mest aktive brintbrændselsceller er installeret på lagergaffeltrucks. Lidt under halvdelen af de nye brændselsceller installeret i køretøjer i 2006 blev installeret i lagervogne. Udskiftning af batterier med brændselsceller vil reducere det areal, som batteributikker optager, markant. For at servicere batterierne i 12 lastbiler kræves der 370 kvadratmeter. m., mens brinttankstationen dækker et areal på 18,5 kvm. ( Wal-Mart testdata ). Det tager kun omkring 2 minutter at tanke en lastbil med brint.
Store distributionscentre på 90.000 m² kræver 100-300 lastbiler og tre sæt batterier pr. lastbil. Batterierne skiftes 300 gange om dagen. Store detailkæder ( Wal-Mart , Kroger , Target , Sysco , SuperValu , Ahold osv.) driver en flåde på 5.000-20.000 lagerlastbiler.
I 2009 begyndte USA en aktiv ombygning af lagervogne til brint. Virksomheder begyndte at konvertere deres gaffeltrucks til brint: Nestle [37] , detailkæden HEB (Texas) [38] , Anheuser Busch [39] , Nissan [40] , GENCO [41] , Coca-Cola [42] og andre.
Brintbrændselsceller er installeret på cykler , motorcykler , scootere , ubåde, trolleybusser osv.
Brintbrændselsceller kan også bruges til strøm om bord til fly, skibe og store lastbiler . SOFC - brændselsceller kan bruges til strøm ombord .
I 2006 begyndte brændselscelleproducenter sammen med European Aviation Safety Agency (EASA) at udvikle certificeringsstandarder for flybrændselsceller .
Airbus koordinerer projektet European New Configured Aircraft (CELINA). Projektet arbejder på at reducere vægten og størrelsen af 400-600 kW brændselsceller. Airbus A330-300 vil generere 40 % af sin elektricitet i brintbrændselsceller . Udviklerne satte et mål - at øge dette tal til 60%.
Første flyvetest af et 20 kW brintbrændselscelle kraftværk under flyvningen. udført af Airbus i februar 2008 på en Airbus A320 [43] .
Brugen af brint-brændselscellekraftværker på fly vil reducere støjniveauer, brændstofforbrug og emissioner af miljøfarlige gasser.
Boeing udvikler også SOFC -brændselsceller under flyvningen. Kraftværk med en kapacitet på 440 kW. vil reducere forbruget af petroleum med 75 %, mens du står på jorden. Boeing planlægger at færdiggøre udviklingen i 2015 .
I marts 2008, under STS-123 ekspeditionen af rumfærgen Endeavour, passerede UTC Powers brændselsceller milepælen på 100.000 driftstimer i rummet [44] . Brintbrændselsceller har produceret energi ombord på rumfærger siden 1981 .
Faren ved at bruge brint som brændstof er forbundet med to faktorer: brints høje flygtighed, på grund af hvilken det trænger gennem meget små huller, og letheden ved antænding [6] . På den anden side, når en brændstoftank punkteres, løber benzin ud over overfladen i en vandpyt, mens brint slipper ud i form af en rettet stråle [47] . Der er dog fare for at fylde det lukkede rum i køretøjets kabine med brint.
Den 10. juni 2019 skete en massiv eksplosion på Uno-X-brinttankstationen i Sannvik, Norge, forårsaget af en brintlækage fra en højtrykscylinder. Der var ingen dødsfald som følge af eksplosionen, men virkningen af eksplosionen var så stor, at den føltes som et jordskælv inden for en radius af 28 kilometer [48] . Indtil årsagen til eksplosionen blev fastslået, suspenderede Toyota og Hyundai salget af deres brintbiler [49] og alle brintstationer i Norge blev lukket [50] .
I begyndelsen af 2020'erne opgiver bilproducenter, der tidligere havde programmer til at studere brintteknologier, brugen af brint i personbiler, idet de ser denne retning som "ulovende" [58] [59] .
Alternativt brændstof køretøjer | |
---|---|
brændselscelle |
|
Muskuløst drev |
|
solenergi |
|
Luftmotor | |
Elektrisk batteri og motor | |
biobrændstof motor | |
Brint |
|
Andet | |
Multibrændstof |
|
Dokumentarfilm |
|
se også |
|