Hidrojen Arabaları Nasıl Çalışır?

Geleceğin arabası bugün burada. Tabii ki henüz bir tane satın alamazsınız; ama California'da yaşıyorsanız bir tane kiralayabilirsiniz. Benzin kullanmaz ve havayı kirletmez. Aslında egzoz yerine buhar üretir. Peki gizemli yakıt nedir? Hidrojen - evrendeki en basit ve en bol element. Ve bazı insanlar 20 ila 30 yıl içinde hepimizin bu hidrojenle çalışan, yakıt tasarruflu araçları süreceğimizi düşünüyor.

Hidrojenle çalışan arabalar bilimkurgu niteliğinde olsa da bu fikir aslında yeni değil. Aslında, güç üretmek için hidrojen kullanma teknolojisi 19. yüzyılın ilk yarısından beri var - bu, arabalardan daha uzun bir süredir. Yeni olan şu ki, yolda, kötü kokulu gazlar yerine egzoz borusundan çıkan buharla, hidrojenle çalışan bir araba görebilirsiniz. Şu anda birkaç hidrojen arabası var, ancak çoğu konsept otomobil. Bu çevre dostu sürüş makineleri arasında Chevrolet Equinox, BMW 745h ve şu anda Kaliforniya'da kiralanabilen Honda FCX yer alıyor.

Bir hidrojen arabasını mümkün kılan şey, yakıt hücresi adı verilen bir cihazdır.hidrojeni elektriğe dönüştüren, yan ürün olarak sadece ısı ve su veren. Çevreyi kirletmediği için hidrojen, 21. yüzyıl için ideal yakıt gibi görünüyor. Hükümetteki ve otomobil endüstrisindeki birçok insan potansiyeli konusunda heyecanlı. Hidrojen arabaları, yakıt tasarruflu olma potansiyeline sahiptir ve çevre dostu, yeşil sürüş umudu sunar. Ancak, hidrojenin, mevcut fosil yakıt kullanımımızda çok fazla fark yaratacak yeterli sayıda insan için tercih edilen yakıt haline gelmesinden önce, hala üstesinden gelinmesi gereken birçok sorun ve cevaplanması gereken sorular var. Örneğin, hidrojeni nereden bulacağız? Bu yakıt tasarruflu arabaları satın almak ne kadar pahalı olacak? Deponuzu yeniden doldurmak için bir hidrojen yakıt istasyonu bulabilecek misiniz? Ve belki de en önemlisi, bir yakıt olarak,

Takip eden sayfalarda bu sorulara bakacağız, ancak şu anda size hızlı bir cevap verebiliriz: Ülkenin çok özel bölgelerinde yaşamıyorsanız ve cepleriniz nakit dolu değilse, bir hidrojen arabası beklemeyin. önümüzdeki on yıl içinde araba yolunuzda.

1. Hidrojen Yakıt Pilleri
2. Hidrojen Araba Üretimi
3. Hidrojen Araba Gerilemeleri

1839'da Galli bilim adamı Sir William Robert Grove, sudan hidrojen üretmek için elektriği kullanan tanıdık elektrokimyasal elektrokimyasal süreci aldı ve tersine çevirerek hidrojenden elektrik ve su üretti. Buluşunu bir gaz volta pili olarak adlandırdı, ancak bugün onu bir hidrojen yakıt hücresi olarak biliyoruz. Çok daha sonra, 20. yüzyılın ortalarında, teknoloji mucit Francis Bacon tarafından daha da geliştirildi. Bu iki mucidin tasarladığı teknoloji, bir hidrojen arabasının çalışması için esastır.

İlk pratik yakıt hücresi sistemi, 1960'ların başında General Electric tarafından yörünge uzay kapsüllerinde kullanılmak üzere geliştirildi. Ve sonra, 1990'larda şehir içi otobüslerde yakıt hücreleri görünmeye başladı. bu nedenle araçlara yakıt hücreli güç sağlamanın mümkün olduğunu biliyoruz. Bir yakıt hücresini bir tür pil olarak düşünebilirsiniz, ancak bir pil yakıtını kendi içinde tutarken, bir yakıt hücresinin yeniden doldurulması gerekir. Bir hidrojen yakıt hücresinin yakıtı, adından da anlaşılacağı gibi hidrojendir. Lise kimya dersinden hatırlayabileceğiniz gibi, hidrojen tüm elementlerin en basitidir. Bir hidrojen atomu, tek bir elektron ve tek bir protondan oluşur. Yakıt hücresi, elektronları protonlardan ayırarak ve elektronları saf bir elektrik akımı oluşturmak için kullanarak elektrik üretir. İyonize hidrojen atomları daha sonra su oluşturmak için oksijenle birleşir. Bu işlemin diğer yan ürünü ısıdır, dolayısıyla bu su genellikle buhar şeklini alır. Çevre dostu sürüş için bu nasıl?

Arabalarda kullanılan yakıt hücresi tipi, polimer değişim membranı (veya PEM) yakıt hücresidir. PEM yakıt hücreleri hafif ve küçük olma avantajına sahiptir. İki elektrottan (negatif yüklü bir anot ve pozitif yüklü bir katot), bir katalizör ve bir zardan oluşurlar. Hidrojen, her biri iki hidrojen atomu içeren H2 molekülleri şeklinde anottaki yakıt hücresine zorlanır. Anottaki bir katalizör, molekülleri hidrojen iyonlarına (protonlar) ve bir elektrik akışına (elektronlar) ayırır. İyonlar zardan geçer, ancak elektriğin etrafta dolaşması gerekir. Bunu yaparken, iş yapmak için kullanılabilir. Hidrojenin anotta yakıt hücresine girmesi gibi, oksijen de katotta zorlanır. Protonlar ve elektronlar katotta tekrar birleşir ve oksijenle birleşerek suyu oluşturur. çoğu yakıt hücresinin egzozu haline gelir. Yakıt hücreleri, düz ve ince olacak şekilde tasarlanmıştır, bu nedenle çoğunlukla istiflenebilirler. Yığında ne kadar fazla yakıt hücresi varsa, yığının ürettiği elektriğin voltajı o kadar yüksek olur.

Birçok insan, hidrojenle çalışan arabalar gibi yakıt tasarruflu araçların 21. yüzyılın enerji taleplerini karşılamada çok önemli olacağını düşünüyor. 2003 yılında, Başkan George W. Bush, yakıt hücresi teknolojisinin gelişimini desteklemek için 1,2 milyar dolarlık Özgürlük Yakıt Girişimi'ni duyurdu. Yakıt hücrelerinin fosil yakıtlara göre iki önemli avantajı vardır. Birincisi, dünyanın sınırlı petrol arzını tüketmezler, bu da mevcut kaynakları korumamıza yardımcı olur ve ayrıca yabancı petrole olan bağımlılığımızı da azaltabilirler. İkincisi, bir yakıt hücresinin çalışmasından kaynaklanan tek yan ürün ısı ve sudur, bu da yakıt hücrelerinin kirlilik üretmediği anlamına gelir. Bu, arabalardan kaynaklanan karbon emisyonlarının küresel ısınmayı desteklediğine inanılan bir zamanda hayati önem taşımaktadır.

Sonraki sayfada hidrojen arabalarının ve yakıt hücrelerinin nasıl üretildiğine bakacağız. Ve belki daha da önemlisi, hidrojenin kendisinin nereden geleceğine bakacağız.

Peki üreticiler yakıt hücreli arabalar gibi yakıt tasarruflu araçları gerçekte nasıl üretiyorlar? Pekala, hidrojenli otomobil üretimi, tipik otomobil üretiminden çok farklı değil. Elbette, örneğin aktarma organları ve elektrik sistemleri, bir yakıt hücresi elektrik ürettiği için biraz benzersiz olacaktır. Bu nedenle, hidrojenle çalışan bir araba ile elektrikli bir arabanın bu açıdan pek çok ortak noktası var. Belki de daha önemli bir soru, hidrojenin kendisinin nasıl üretileceğidir. Hidrojenin evrendeki en bol element olduğu ve var olan atomların kabaca yüzde 90'ını oluşturduğu düşünüldüğünde, bunun bir sorun olmayacağını düşünürdünüz. Pekala, tekrar düşün. Hidrojen aynı zamanda evrendeki en hafif elementtir ve Dünya yüzeyindeki herhangi bir tutulmamış hidrojen anında uzaya uçacaktır. Bu gezegende kalan hidrojen, moleküler formdaki diğer elementlerle, en yaygın olarak su (H2O) molekülleriyle bağlıdır. Ve Dünya yüzeyinde çok fazla H2O var.

Fakat sudaki hidrojen moleküllerini oksijen moleküllerinden nasıl ayıracağız? Ve suyu hidrojen kaynağı olarak kullanmazsak, hidrojeni başka nereden bulabiliriz?

Sudan hidrojen elde etmenin en basit yolu, Sir William Grove'un 150 yıldan daha uzun bir süre önce bildiği yöntemdir: elektroliz. Suyun içinden bir elektrik akımı geçirirseniz, H2O molekülleri parçalanır. Yakıt hücresi çalışmasına benzer şekilde, bu işlemde genellikle atıl metallerden yapılan bir anot ve bir katot kullanılır. Suya bir elektrik akımı uygulandığında, katotta hidrojen, anotta oksijen oluşur. Bu süreç yavaş olsa da, büyük ölçekte yapılabilir.

Hidrojen için alternatif bir kaynak, doğal olarak oluşan hidrokarbonlardan oluşan doğal gazdır. Gazdaki hidrojeni karbondan ayırmak için buhar reformasyonu adı verilen bir işlem kullanılabilir. Şu anda bu, endüstriyel ölçekte hidrojen üretiminin en yaygın yöntemidir ve muhtemelen yakıt hücreli araçlar için hidrojen üretmek için kullanılan ilk yöntem olacaktır. Ne yazık ki, bu süreç fosil yakıtları - doğal gazı - kullanıyor, bu nedenle hidrojenle çalışan arabaları inşa etmenin amacı fosil yakıt rezervlerini tüketmekten kaçınmaksa, doğal gaz bu yakıtın olası en kötü kaynağı olacaktır.

Bazı uzmanlar, ortalama bir kişinin garajına sığacak minyatür hidrojen santralleri inşa etmenin mümkün olabileceğini, bu nedenle arabanın hidrojen deposunu doldurmak için yerel yakıt istasyonuna gitmenin bile gerekmediğini öne sürdüler. Bu fikrin en uç şekli, elektrolizin arabanın kendi içinde yapılabileceği önerisiydi, bu da su üzerinde çalışan bir arabanın şaşırtıcı fikrini mümkün kılacaktı! Bununla birlikte, elektroliz gücü bir tür pilden gelmelidir, bu nedenle suyla çalışan bir arabanın periyodik olarak yeniden şarj edilmesi gerekir.

Peki, yakıt hücreli araçlar gibi yeşil sürüş makineleri gerçekten geleceğin arabaları mı? Pek çok insan bunu umuyor, ancak insanların hidrojenle çalışan arabalarda dolaştıkları bir dünyaya giden yolda birkaç potansiyel barikat var. Bir sonraki sayfada bunlara bakacağız.

Pek çok insan hidrojen yakıt hücrelerinin şu anda geliştirilmekte olan en önemli alternatif yakıt teknolojisi olduğuna inanıyor. Bununla birlikte, sorunsuz değildir ve yakıt hücresi teknolojisinin yaygın olarak kullanılmaya başlaması on yıllar alabilir. Hidrojenle ilgili sorunları kabaca üç kategoride toplayabiliriz: teknoloji geliştirmenin maliyetleri, hidrojen depolamanın zorlukları ve tehlikeleri ve bu "kirletici olmayan teknoloji"nin o kadar da kirletici olmaması olasılığı. İşte yakın gelecekte başa çıkmayı bekleyebileceğimiz hidrojenli otomobil aksaklıklarından bazıları.

Hidrojen teknolojisi geliştirmenin maliyetleri yüksektir. Sadece yakıt hücrelerini ve arabaları tasarlamak ve geliştirmek zorunda değiliz, aynı zamanda bu yakıt verimli araçları desteklemek için bir altyapı geliştirmeliyiz. Şu anda bir hidrojen arabanız olup olmadığını hayal edin. Deponuzu doldurmak için nereye gidersiniz? Garajınızda bir hidrojen üretim tesisi olmadığını varsayarsak, bir hidrojen yakıt ikmal istasyonuna ihtiyacınız olacak ve şu anda bu tür istasyonların önemli sayıda bulunduğu tek yer Vali Arnold Schwarzenegger'in bulunduğu Kaliforniya eyaletidir. bir hidrojen geleceğini desteklemeye kararlıdır. Daha karamsar tahminlerden bazıları, önemli sayıda hidrojen arabasının 500 milyar dolara kadar çıkmasına izin verecek bir altyapı inşa etmenin maliyetini ve altyapıyı üretme zamanını kırk yıl kadar uzun bir süreye yerleştirdi!

Arabaların maliyeti de yüksek. Yakıt hücrelerinde en yaygın olarak kullanılan katalizör olarak platin ile, tek bir yakıt hücreli aracın fiyatı şu anda 100.000 dolardan fazla ve hatta belki de çok daha fazla, bu yüzden şu anda kullanabileceğiniz tek hidrojen arabaları kiralıktır. , satılık değil. Çok az insan böyle pahalı bir arabayı alabilecek durumda. Muhtemelen platinden daha ucuz olacak başka katalizörler geliştiriliyor, ancak kimse bunların ne zaman büyük ölçekli kullanıma hazır olacağını bilmiyor.

Depolama sorunu da zorlu bir sorundur. Hidrojen bir gazdır ve yayılmayı sever. Onu bir arabaya koymak, onu makul bir boyuta sıkıştırmak anlamına geliyor ve bu kolay değil. Ayrıca, hidrojen, park halindeki bir arabanın deposundayken ısınır ve bu da gazın genleşmesine neden olur. Bu, tankların hidrojeni arabadan periyodik olarak boşaltması gerektiği anlamına gelir. Bir hidrojen arabasını birkaç günden daha uzun süre etrafta bırakın ve tüm yakıt gitmiş olacaktır. Hidrojen aynı zamanda oldukça yanıcıdır -- 1930'larda zeplin Hindenburg'un muhteşem patlamasının bazıları tarafından bir hidrojen yangınının sonucu olduğuna inanılıyor -- bu nedenle, hidrojen tanktan dışarı çıkarsa, tehlikeli olma potansiyeline sahiptir. . Neyse ki, hidrojen yangınları benzin yangınları kadar sıcak değildir ve ikincil yangınları başlatma olasılığı daha düşüktür. Ve hidrojen yükseldiği için,

Ve hidrojen gerçekten kirletici değil mi? Bir yakıt hücresi egzoz olarak yalnızca ısı ve su üretir, ancak hidrojeni oluşturmak için kullanılan işlemler o kadar temiz değildir. Elektroliz elektrik kullanır ve bu elektrik genellikle oldukça kirletici bir kaynak olan kömür yakan tesislerden gelir. Ve hidrojen, doğal gazdan çıkarıldığında, karbon emisyonları üretir, ki bu, ilk etapta hidrojen kullanarak tam olarak kaçınmaya çalıştığımız şeydir.

Pek çok insan eninde sonunda bu engelleri aşacağımızı düşünüyor, ancak bu zor olacak. Diğerleri, yakın gelecekte yakıt verimliliği ve çevre dostu sürüş için en iyi bahsimizin hidrojende değil, Toyota Prius, Ford Fusion hibrit ve diğer benzer hibrit otomobiller gibi hibrit elektrikli araçlarda olduğuna inanıyor. Yine de, önümüzdeki birkaç on yıl içinde bir hidrojen yakıt hücreli arabaya sahip olmanız mümkün.

Alternatif yakıtlar, hibrit arabalar ve diğer ilgili konular hakkında daha fazla bilgi için bir sonraki sayfadaki bağlantıları takip edin.

İlgili Makaleler