水素エンジンのすべて:運用、事例、そして将来

  • 水素内燃エンジンは、CO2 の代わりに水蒸気を排出します。
  • 燃料電池は、排出ガスを汚染することなく水素を電気に変換します。
  • 水素自動車は、その自律性と燃料補給時間の短縮で際立っています。

水素エンジン: その仕組みとそれが未来の鍵となる理由

水素エンジンは、引き続き持続可能な自動車の将来にとって最も有望な選択肢の 1 つです。いくつかの技術的および物流上の課題にもかかわらず、この技術はトヨタ、BMW、マツダ、ヒュンダイ、フォードなどの主要ブランドの関心を高めており、すでにこれらのシステムの開発に多大なリソースを投資しています。現在、業界では、水素内燃エンジンと燃料電池エンジンという 2 つの主要なタイプの水素エンジンが区別されています。

この記事では、 水素エンジンの作動、その主な特徴、各システムの長所と短所、およびそれらが輸送の将来にどのような影響を与えるかについて説明します。

水素燃焼エンジンはどのように機能しますか?

水素内燃エンジンは、従来のガソリンまたはディーゼル燃焼エンジンと非常によく似ていますが、大きな違いが 1 つあります。それは、石油製品の代わりに水素を燃料として使用することです。この場合、 水素は酸素と混ざります 従来のエンジンとまったく同じように、燃焼室内で火花によって点火されます。このプロセスでは、ピストンを駆動するエネルギーが放出され、機械的な動きが発生します。

このタイプのエンジンの主な利点の 2 つは、二酸化炭素 (COXNUMX) を生成する代わりに、 水蒸気 副産物として。しかし、燃焼中に到達する高温により窒素酸化物 (NOx) が生成され、汚染が続きます。この問題を軽減するために、いくつかの解決策には吸気システムに水を注入することが含まれており、この技術は NOx の生成を大幅に減らすことがわかっています。

しかし、水素燃焼エンジンは次のような課題にも直面しています。 エネルギー密度 水素の含有量は他の液体燃料に比べて低い。これは、ガソリンエンジンと同じ働きをするには、より多くの水素が必要であることを意味します。 CNG や LPG などの代替燃料で動作することはできますが、水素は通常 700 バールの非常に高い圧力で保管する必要があり、非常に高価な専用タンクの使用が必要となるため、保管が依然として障害となります。

水素エンジンの例

水素エンジンの注目すべき例は、 BMW 750hl、液体水素を燃料として使用した最初の車両の 253 つです。このモデルは、水素を特殊なタンクに効率的に貯蔵するために極低温(-XNUMX℃)を必要としました。新しい設計によってそれを上回りましたが、これはこの技術の開発における画期的な出来事でした。

もう一つのケースはエンジンです アクエリアス水素、イスラエルの会社によって開発されました。このエンジンは潤滑油を必要としないため、メンテナンスが容易です。さらに、その革新的なシステムは NOx 排出を最小限に抑え、その軽量さと低コストにより、車両とエネルギー生成装置の両方にとって実行可能なオプションとして提示されています。

燃料電池水素エンジンの仕組み

内燃機関とは対照的に、内燃機関は 燃料電池 逆電解と呼ばれる電気化学プロセスを通じて水素を電気に変換します。タンクに貯蔵された水素が燃料電池内の酸素と結合すると電気が発生し、電気モーターを駆動しますが、唯一の副産物は純水です。

このプロセスは水素燃焼よりもはるかに効率的であり、最も重要なことに、汚染物質を排出しません。しかし、燃料電池の製造コストが高いことが大きな障害となっています。現在、このプロセスではプラチナが触媒として使用されていますが、一部の研究者はコストを削減するために、合金鉄などのより手頃な代替品を検討しています。

燃料電池技術の好例と​​しては、 トヨタミライ、水素充電で最大650km走行できる性能が注目を集めています。このタイプの技術は、従来の電気自動車と比べて自律性が高いため、トラックやバスなどの長距離を移動する車両に最適です。

水素エンジンのメリットとデメリット

水素エンジンは、燃焼と燃料電池の両方で、一連の機能を提供します。 ventajas y 課題広く採用される前に、以下の点を考慮する必要があります。

  • 利点:
    • 水素の充填時間は、電池の充電に比べて大幅に短くなります (5 分未満)。
    • 使用するシステムに応じて、排出量ははるかに少ないかゼロになります。
    • 水素は宇宙で最も豊富な元素であり、長期的に持続可能な選択肢となります。
    • ヒュンダイ ネクソなどの水素自動車は循環する空気を浄化することができ、都市の環境改善に貢献します。
  • 短所:
    • 燃料電池の製造と水素貯蔵インフラのコストは依然として高い。
    • 水素燃料補給インフラは限られており、ほとんどの国にはステーションがほとんどありません。
    • 水素の製造プロセスは、特に再生不可能な資源から得られる場合には必ずしもクリーンであるとは限りません。

水素自動車の自律性と安全性

水素自動車は次の点で際立っています。 自治, ガソリン車と同等の数字に達しています。のようなモデル ヒュンダイネクソ 自律走行距離は最大 666 km ですが、トヨタ ミライの走行距離は 650 km を超えます。これにより、水素自動車は長距離モビリティの点で非常に競争力が高くなります。

として セキュリティ、トヨタがミライモデルで保証しているように、水素タンクは非常に高い圧力や弾丸の射撃にも耐えるように設計されています。水素自動車のインフラと安全基準は近年大きく進歩し、その結果、ガソリンやディーゼルと同等の安全性を備えた自動車が誕生しました。

自動車業界における水素の未来は進化し続けています。内燃および燃料電池技術の進歩と、より効率的なインフラの開発により、水素燃料自動車の導入が増加すると考えられます。


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