Ar vandeniliniai varikliai tikrai neteršia taršos? – Automobilių bendrija

Vidaus degimo varikliai (ICE), bet be išmetamųjų teršalų. Idėja tikrai patraukli. Išsaugokite tuos pačius vidaus degimo variklius (ICE), kurie varomus automobilius, autobusus ir sunkvežimius jau daugiau nei šimtmetį, tačiau pašalinkite kenksmingas ir klimatą veikiančias emisijas, kurios patenka iš išmetimo vamzdžio.

Elektrifikavimas šiuo metu yra pagrindinis būdas sumažinti transporto anglies dioksido kiekį. Vis dėlto baterijų elektriniai sprendimai kelia daug iššūkių, o tai reiškia, kad priėmimas greičiausiai bus lėtas. „IDTechEx“ apskaičiavo, kad 11% visų 2023 m. parduodamų automobilių buvo visiškai elektriniai.

Ar varikliai gali veikti vandeniliu pasiūlyti geriausius iš abiejų pasaulių: pažįstamą ir brandžią ICE technologiją be išmetamųjų teršalų? „IDTechEx“ ataskaita „Vandeniliniai vidaus degimo varikliai 2025–2045 m.: programos, technologijos, rinkos būsena ir prognozės“, tiria šios potencialiai žalingos technologijos išmetamųjų teršalų duomenis.

Nėra anglies išmetimo sistemose?

Degimas yra aukštos temperatūros cheminė reakcija tarp kuro ir oksidatoriaus (varikliuose tai yra atmosferos deguonis). Įprastame ICE, varomame benzinu arba dyzelinu, angliavandeniliai reaguoja su deguonimi ir azotu ore esant aukštai temperatūrai, kad susidarytų šiluma, vandens garai, anglies dioksidas ir azoto oksidai.

Cheminėje reakcijoje, pereinant prie gryno vandenilio kuro, nėra anglies, todėl nėra CO₂ susidaro ir išmetama į atmosferą. Tačiau yra nedidelis įspėjimas dėl šio nulinio CO2 lygio. IDTechEx tyrimai rodo, kad nedidelis variklio alyvos kiekis bus sudegintas ICE.

Variklinė alyva yra būtina norint sutepti sudėtingas judančias dalis ir išvengti žalos dėl metalo ir metalo sąlyčio. Dauguma variklių sudegins nedidelį kiekį alyvos dėl nuotėkio ar pūtimo sistemoje, o kadangi visos šiuo metu naudojamos variklinės alyvos yra pagamintos angliavandenilių pagrindu, dėl to susidaro nedidelis CO kiekis.₂ gaminamas.

Tačiau įprasto ICE išmetamo CO2 kiekis yra nereikšmingas. IDTechEx apskaičiavo mažiau nei 1 kg CO₂ būtų pagaminama 1000 mylių deginant variklinę alyvą H2ICE transporto priemonėje, palyginti su 272 kilogramais įprastu ICE. Taigi H2ICE turėtų maždaug 99,7% mažiau CO₂ išmetamųjų teršalų nei tradicinis ICE.

Azoto oksidai kelia didžiausią iššūkį

Nors kure nėra anglies, vandenilio degimas sukelia aukštą temperatūrą degimo kameroje ir susidaro azoto oksidas. Azoto oksidai (NOx) dešimtmečius buvo pripažinti šiltnamio efektą sukeliančiomis dujomis (ŠESD) ir kenkia oro kokybei.

Kadangi NOx žala tapo akivaizdesnė, visame pasaulyje buvo diegiami vis griežtesni leistinos NOx emisijos normos. Kad H2ICE patikimai sumažintų išmetamų teršalų kiekį, jis taip pat turi parodyti, kad gali žymiai sumažinti NOx emisiją. Šiluminio NOx susidarymas (NOx susidaro degant aukštoje temperatūroje) yra labai sudėtinga veiksnių ir variklio parametrų sąveika.

„IDTechEx“ ataskaitoje paeiliui išskaido kiekvieną iš šių veiksnių, nagrinėdama naujausius akademinius tyrimus ir pramonės tendencijas, tokias kaip:

• Oro ir kuro santykio įtaka NOx susidarymui ir kodėl pramonė linkusi į lieso degimo kibirkštinio uždegimo (SI) konstrukcijas.
• Poveikis variklio sūkių dažniui NOx susidarymui dėl slėgio ir reakcijos laiko.
• Esamų slėginio uždegimo (CI) ir SI išmetamųjų dujų po apdorojimo pritaikymas vandeniliniams varikliams.
• Dviejų ir trijų krypčių katalizinių konverterių, selektyvaus katalizinio redukcijos, liesų NOx gaudyklių ir išmetamųjų dujų recirkuliacijos (EGR) veikimas ir veikimo principai.
• Realūs esamų H2ICE transporto priemonių veikimo duomenys.
• H2ICE NOx emisijų kontekstas su istorinėmis ir dabartinėmis išmetimo vamzdžio ribomis (g/km ir g/kWh) kritiniuose regionuose.
• Diskusija apie išmetamųjų teršalų kiekį ne kelių transporto sektoriuose, įskaitant aviaciją.

Spalva yra raktas

Nors į variklį tiekiamas vandenilis gali būti be anglies, bendras jo gyvavimo ciklo išmetamųjų teršalų kiekis labai priklauso nuo jo kilmės. Vandenilio pramonėje vandenilio „spalva“ reiškia gamybos metodą. Iš galimų vaivorykštės spalvų žalias ir geltonas vandenilis yra vienintelis tikrai atsinaujinantis šaltinis.

Tačiau juos sunku įsigyti ir pernelyg brangu, iš dalies dėl mažo energijos vartojimo efektyvumo konversijos. 3 kWh atsinaujinančios elektros energijos sudaro maždaug 1 kWh naudingo vandenilio. Kad būtų paduodamas į variklį, jis turi būti suspaustas, gabenamas, laikomas, išpilstomas ir galiausiai sudeginamas riboto šiluminio efektyvumo šiluminiame variklyje.

Rezultatas yra daug energetinio neefektyvumo, dėl kurio padidėja bet koks gamybos išmetamų teršalų kiekis. Nors žaliojo vandenilio išmetamų teršalų kiekis yra minimalus, tai tampa svarbiu požiūriu į kitas vandenilio spalvas.

Ataskaitoje „Vandeniliniai vidaus degimo varikliai 2025–2045 m.: programos, technologijos, rinkos būklė ir prognozės“ IDTechEx įvertina bendrą H2ICE transporto priemonės gyvavimo ciklo išmetamųjų teršalų kiekį, įskaitant:

• Žalias, mėlynas ir pilkas vandenilis apskaičiuotas CO₂ išmetamųjų teršalų kiekis (g/km).
• Palyginimas su kuro elementų elektrine transporto priemone (FCEV, vandeniliu varoma elektrine transporto priemone) naudojant tos pačios spalvos vandenilį.
• Dyzelino / benzino ir akumuliatoriaus elektrinės transporto priemonės, įkraunamos pagal įvairius tinklo scenarijus, palyginimas.