MOTOARE CU HIDROGEN by Mîrzea Vasile

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV FACULATATEA DE INGINERIE MECANICA AUTOVEHICULUL ŞI MEDIUL

- REFERAT-

Disciplina: SOLUŢII NOI DE MOTOARE CU ARDERE INTERNĂ Tema: MOTOARE CU HIDROGEN

Îndrumător: Prof.dr.ing. Anghel CHIRU

Student: MÎRZEA VASILE Grupa: MR562

-1-

-2-

Cuprins: I.

INTRODUCERE ............................................................................................... 5

II.

CARACTERISTICILE HIDROGENULUI ........................................................... 6

III.

PRINCIPII DE STOCARE A HIDROGENULUI ................................................. 7 1. Depozitare sub presiune ............................................................................ 8 2. Depozitare în stare lichidă.......................................................................... 9 3. Stocare în hidruri metalice........................................................................ 11 4. Compuşi pe bază de carbon .................................................................... 12 5. Stocare amoniacală.................................................................................. 12 6. Soluţii în fază de cercetare....................................................................... 13

IV.

PRINCIPII DE FUNCŢIONARE A MOTOARELOR CU ARDERE INTERNĂ CU

HIDROGEN ....................................................................................................................... 14 1.

Tipuri de motoare cu hidrogen ............................................................... 14

Motorul cu aprindere prin comprimare ................................................... 17

Probleme şi soluţii în proiectarea motoarelor cu hidrogen ..................... 17

SOLUŢII TEHNICE APLICATE DE DIFERITE FIRME ................................... 23

VI.

PERFORMANŢE ............................................................................................ 24 1.

Randamentul termic ............................................................................... 24

Emisiile motoarelor alimentate cu hidrogen ........................................... 25

Puterea motorului................................................................................... 26

VII. Bibliografie...................................................................................................... 29

-3-

-4-

INTRODUCERE Industria automobilelor se îndreaptă din ce în ce mai rapid în adoptarea unor soluţii de

propulsie alternative utilizând alte surse de energie decât cea provenită din combustibilii fosili. Motivele principale sunt de natură: -

ecologică (protecţia mediului);

economică (creşterea continuă a preţului petrolului, pe termen lung;

politică (dependenţa de petrolul produs în anumite regiuni geografice).

Faţă de combustibilii clasici, hidrogenul se găseşte în abundenţă în natură în amestec cu diferite elemente chimice. Nu poluează, în contact cu oxigenul se produce apă. Hidrogenul poate fi utilizat drept combustibil în două situaţii: -

în motoarele cu ardere internă cu piston

în pilele de combustie. Motoarele cu ardere internă pe bază de hidrogen cu aplicabilitate în domeniul auto sunt destinate vehiculelor de putere şi trebuie să îndeplinească câteva condiţii: să ofere un nivel echivalent de manevrabilitate şi o rază de acţiune şi de siguranţă că vehiculele cu combustibil convenţional. Primele lucrări şi încercări legate de crearea motorului cu hidrogen, datează din anul 1820 când reverendul Wiliam Cecil profesor al Universităţii Cambridge, a prezentat în faţa Cambridge Philosophical Society într-un document intitulat "Folosirea hidrogenului la producerea de energie pentru instalaţii mecanice." Motorul prezentat funcţiona pe principiul vacuumului, unde puterea este produsă cu ajutorul presiunii atmosferice, care împinge un piston în direcţia vacuumului. Vacuumul parţial este creat prin arderea unui amestec hidrogen/aer, care se destinde şi apoi este răcit. Cu toate că motorul funcţionează satisfăcător, motoarele cu vacuum nu sunt suficient de practice. Alte cercetări semnificative aparţin germanului Nikolaus August Otto (1832- 1891), considerat inventatorul motorului cu ardere internă în patru timpi (“Otto engine”). Se presupune că a folosit un combustibil gazos sintetic având un conţinut de peste 50% hidrogen. Otto a făcut experimente şi cu benzină, dar a considerat-o periculoasă. Descoperirea carburatorului a marcat începutul folosirii sigure a benzinei, şi începutul declinului interesului pentru alţi combustibili. Cercetările lui Otto au fost continuate şi perfecţionate de inginerul german Wilhelm Maybach (1846-1929). Un alt aspect alt preocupărilor privind folosirea hidrogenului, a fost legată de ideea de a-l folosi drept combustibil în motoarele propulsoare ale dirijabilelor. O altă personalitate cu preocupări în combustia cu hidrogen a fost inginerul german Rudolf Erren, (“Erren engine”) care a avut cercetări finalizate cu patente înregistrate în -5-

Marea Britanie, în 1930 şi în USA, 1939, cu privire la motorul folosind hidrogenul. El anticipa că hidrogenul se va folosi pentru propulsia autovehiculelor, dar şi a submarinelor. Problemele care se ridică la utilizarea hidrogenului în transportul rutier deservit de motoarele cu ardere internă sunt: capacitatea motoarelor termice de a funcţiona cu hidrogen, efectele noului combustibil asupra performanţelor motoarelor şi modul de stocare la bordul vehiculului. În ceea ce priveşte motorul cu aprindere prin comprimare, se poate spune că perspectiva funcţionării sale cu hidrogen este nesigură. Afirmaţia se sprijină pe faptul că în stadiul actual de dezvoltare a instalaţiilor de alimentare, hidrogenul se pretează mai puţin la formarea interioară a amestecului. Injecţia sa în cilindru în faza lichidă este foarte dificilă din cauza temperaturii de fierbere extrem de coborâte. La valorile ridicate ale rapoartelor de comprimare specifice motoarelor diesel şi la regimul termic ridicat al acestor motoare, alimentarea prin formarea exterioară a amestecului este legată de riscul unei aprinderi prea timpurii, necorespunzătoare dezvoltării normale a ciclului motor.

II.

CARACTERISTICILE HIDROGENULUI Hidrogenul este primul element din tabelul periodic (Mendeleev) fiind compus dintr-un

proton (sarcină pozitivă) şi un electron (sarcină negativă). Comparativ cu restul elementelor hidrogenul este cel mai mic şi uşor. Hidrogenul reacţionează cu diferite materiale şi este unul din cele mai abundente elemente din univers, 90% din atomii universului explorat sunt de hidrogen.

Fig. II-1 - Atomul de hidrogen

Fig. II-2 Molecula de hidrogen

Cu toate acestea, pe Terra, hidrogenul nu se găseşte sub formă liberă, este mereu combinat cu alte elemente chimice. Din acest motiv pentru extragerea lui se folosesc diverse tehnologii, fiecare cu un anumit consum de energie. Sursele din care se poate extrage hidrogenul sunt multiple. Acesta se poate extrage prin reformarea hidrocarburilor (gaz natural, metanol) sau prin electroliza apei. Cea mai promiţătoare tehnologie, pe termen lung, pare să fie electroliza apei (descompunerea apei -6-

în hidrogen şi oxigen utilizând curent electric) deoarece utilizează ca materie primă apa iar curentul electric poate fi obţinut din surse regenerabile (solară, eoliană).

Datorită vitezei de ardere a hidrogenului, considerabil mai mare comparativ cu benzina, durata ciclului de ardere în motor este redusă. Din acest motiv randamentul termic al unui motor cu ardere internă ce utilizează hidrogen este superior benzinei. Hidrogenul comprimat până la o presiune de 150 bari are o densitate de energie de 405 Wh/litru. Densitatea de energie maximă a hidrogenului este de 2600 Wh/litru când acesta este sub formă lichidă (la temperatura de -253 °C). Chiar şi în formă lichidă densitatea de energie a hidrogenului este foarte mică comparabil cu cea a benzinei (9000 Wh/litru). Din punct de vedere al aprinderii hidrogenul are o rezistenţă mai mare la autoaprindere (RON > 130) deci poate fi utilizat pe motoare cu raport de comprimare ridicat. Cu toate acestea limita de inflamabilitate în aer apare la amestecuri foarte sărace (lambda > 10) şi din acest motiv amestecul aer-hidrogen se poate auto-aprinde relativ uşor (comparativ cu benzina) de la piesele motorului care au temperatură ridicată.

III.

PRINCIPII DE STOCARE A HIDROGENULUI Capacitatea de stocare a rezervoarelor este o calitate esenţială a carburanţilor pentru

vehiculele rutiere. Un mod de a utiliza hidrogenul este arderea acestuia în cilindrii motorului termic. Sistemul de alimentare al unui motor termic cu hidrogen este similar cu cel al unui motor pe benzină. Diferenţa principală este modul de stocare al hidrogenului (sub presiune, la valori de 300-600 bari).

-7-

Stocare hidrogenului este o problemă cheie a unei economii viabile a hidrogenului şi a fabricării lui. Una din necesităţi rezidă în asigurarea stocării hidrogenului în rezervoare uşoare, pentru a putea fi ulterior utilizată în mijloacele de transport propulsate cu hidrogen. În comparaţie cu hidrocarburi care sunt stocate la locul de utilizare (benzina în rezervoare, gazul metan în butelii), hidrogenul este foarte greu de depozitat cu tehnologia actuală. Datorită proprietăţilor sale fizice şi chimice mânuirea hidrogenului molecular este mai pretenţioasă decât a combustibililor utilizaţi până acum din următoarele cauze: -

cu aerul, se produce un amestec foarte exploziv, gaz detonant (hidrogenul este

inflamabil în amestec cu oxigenul din aer proporţia fiind cuprinsă între 5% şi 85%). -

datorită dimensiunii moleculare mici şi a unei adsorbţii scăzute, hidrogenul

difuzează relativ bine printr-un număr mare de materiale, ceea ce atrage după sine necesitatea asigurării unei calităţi înalte a pereţilor rezervorului. Procesul de difuzie este favorizat şi de căldură şi presiunea interioară mare. 1. Depozitare sub presiune Hidrogenul are o densitate foarte mică rezultând o puterea energetică raportată la volum scăzută (cca 1/3 din cea a gazului metan, dar de trei ori mai mare dacă se ia în considerare puterea energetică raportată la masă). Acest lucru înseamnă că la aceeaşi cantitate de energie înmagazinată este nevoie de un rezervor sau de o presiune de trei ori mai mari decât în cazul gazului metan. Multe probleme privitor la depozitarea în rezervoare sub formă de gaz sub presiune sunt deja rezolvate. Prin utilizarea unor materiale noi s-au redus mult pierderile prin difuzie. Totuşi pentru transport acest tip de rezervor este nepotrivit deoarece este greu şi necesită etanşeizări speciale. Mai nou s-au rezolvat anumite probleme tehnice. Dacă pentru automobile de transport la nivelul anului 2000 erau obişnuite rezervoare de 200-350bar în anul 2006 s-au utilizat deja rezervoare de 700bar. Consumul de energie pentru depozitare la 700 bar atinge cca 15% din cantitatea de energie înmagazinată în hidrogen. Tancurile moderne sub presiune sunt fabricate din materiale compozite (materiale compozite cu fibre de carbon si structura metalica fina interna). Quantum Technologies foloseşte fibra de carbon pentru tancurile de hidrogen care sunt folosite de unele prototipuri ce folosesc hidrogenul ca si combustibil. Partea interioara a buteliei este

formata dintr-un polimer cu o greutate moleculara foarte mare care

serveşte ca o bariera de permeabilitate pentru hidrogenul gaz. Un strat de fibra de carbon ce acoperă partea interioara a buteliei constituie carcasa ce tine hidrogenul la presiunea necesara. Un strat final este folosit pentru a proteja butelia la impact si pentru a-I oferi rezistenta necesară. Regulatorul de presiune pentru buteliile de 700 bari este situat in -8-

interiorul buteliei. Exista de asemenea si un senzor de temperatura care se afla tot in butelie, pentru a monitoriza temperatura din interior in momentul umplerii cu gaz.

Fig. III-1-1 – Rezervor din materiale compozite

Fig. III-1-2 – Elemente de siguranţă ale rezervorului din materiale compozite 2. Depozitare în stare lichidă Pentru cantităţi mari se utilizează rezervoare de hidrogen lichid. Pentru aceasta este necesară lichefierea hidrogenului (LH2) şi depozitarea la presiunea atmosferică la temperaturi scăzute (Temperatură de fierbere -252,8 °C, 20,4°K). Ca urmare presiunea nu mai prezintă problemă la fabricarea rezervorului. Aceasta metoda de stocare se poate aplica, cu un mare consum energetic (25 kWh/kg hidrogen lichid), pentru răcirea hidrogenului la o temperatura de –253°C.

-9-

Este nevoie însă de o investiţie mai mare la izolaţia termică a rezervorului şi a conductelor. Constituie avantaj reactivitatea scăzută a hidrogenului la temperatură scăzută, şi o densitate mai mare de cca 800 ori în comparaţie cu hidrogenul gazos la temperatura normală. Totuşi raportat la unitatea de masă, hidrogenul lichid necesită mai mult spaţiu. Cu o greutate de 71kg/m³ are doar o densitate cu puţin mai mare decât Polystyrolul (într-o găleată de 20 litri încap doar 1,42kg hidrogen lichid). Dezavantajul constă în faptul că apar pierderi de căldură la evaporare. Pentru utilizarea la autovehicule au fost concepuţi roboţi de alimentare care preiau şi cuplarea. În total consumul de energie necesar în procesul de lichefiere a hidrogenului lichid constituie 20% din energia înmagazinată, restul pierderilor ocazionate de transferuri ulterioare (ex. la automobile de la fabrică la mijloace de transport, de aici la staţii de alimentare şi apoi la consumatori) sunt neglijabile. Recipientele trebuie să fie bine izolate pentru a preveni apariţia fierberii. De asemenea se poate forma gheaţă în jurul rezervorului, care în continuare poate contribui la apariţia fenomenului de coroziune dacă se deteriorează izolaţia. Izolaţia pentru rezervor este de obicei foarte scumpă şi sensibilă. Tancurile criogenice fabricate in prezent sunt de foarte buna calitate. Pierderile rezultate din încălzirea treptata a hidrogenului in stare lichida din tanc (pierderea vaporilor de hidrogen) se pot menţine in limite reduse. Stocarea in stare lichida este recomandata pentru aplicaţiile mobile deoarece spaţiul de depozitare a tancurilor de gaz lichid este cel mai redus (1 l de hidrogen lichefiat = 800 l de hidrogen gazos). In prezent exista deja roboti automaţi pentru reumplerea acestor tancuri.

Fig. III-2-1 Rezervor criogenic

- 10 -

Stocarea de hidrogen în stare lichida in tancuri staţionare se aplică numai atunci când hidrogenul trebuie să fie în aceasta stare, ca de exemplu in staţiile de alimentare cu hidrogen. Dar folosind un sistem de alimentare cu hidrogen lichid in admisie coborând temperatura amestecului la -58°C s-au obţinut cele mai bune rezultate. Rezervoare hibrid care combina atât stocarea sub presiune cât şi criogenica sunt studiate. Acestea sunt mai uşoare decât hidrurile metalice şi mai compacte decat rezervoarele sub presiune. Deoarece temperaturile nu trebuie sa fie atât de scăzute ca in cazul stocării in stare lichida se pierde mai putina energie pentru lichefiere, deci are un consum mai redus de energie. Dacă în viitoarea economie va fi necesar să se depoziteze mari cantităţi de hidrogen, acesta ar putea fi stocat la o presiune de circa 50 bari în caverne naturale subterane. În Franta, SUA si Germania se stochează gaz natural în asemenea caverne şi se presupune că aceasta metoda ar putea fi aplicată în viitor şi pentru stocarea hidrogenului.

Fig. III-2-2 – Staţie de alimentare 3. Stocare în hidruri metalice O altă modalitate pentru reducerea presiunii hidrogenului molecular este dizolvarea în alte materiale. Unele au stare de agregare lichidă şi sunt uşor de încărcat cu hidrogen altele stare de agregare solidă şi din ele se pot fabrica tablete. Hidrogenul este stocat in golurile reţelei metalului. Un metru cub de hidrură metalică va conţine mai mulţi atomi de - 11 -

hidrogen decât acelaşi volum de hidrogen lichid. Intr-un rezervor din hidrură metalică poate fi stocată de 5 ori mai multă energie decât într-un acumulator pe bază de plumb de aceeaşi greutate. Mărimi critice reprezintă în acest caz temperatura şi presiunea de adsorbţie şi cedare a hidrogenului, precum şi greutatea rezervorului. Printre hidrurile ce se intenţionează a fi utilizate în industria hidrogenului menţionăm hidruri simple de magneziu sau metale de tranziţie respective hidruri complexe conţinând sodiu, litiu sau calciu şi aluminiu sau bor. Hidrogenul este uşor de eliberat din hidrurile interstiţiale, în care hidrogenul este situat printre atomii metalului constituent. Aceşti compuşi eliberează hidrogenul reversibil la temperatura ambientală. Pentru a încărca materialul cu hidrogen este suficient să ridicăm presiunea peste o anumită limită numită presiunea de echilibru între hidrură şi hidrogen. Pentru a desorbi hidrogenul trebuie ca presiunea de hidrogen să scadă sub acea valoare. În funcţie de compoziţie, presiunea de platou de formare sau descompunere a hidrurii poate fi schimbată. Marele avantaj al utilizării hidrurilor este presiunea de hidrogen scăzută la care metalele constituente absorb hidrogen, ceea ce dă o mare siguranţă în utilizare. Efortul de cercetare pe plan mondial pentru a realiza rezervoare de hidruri eficiente este uriaş. Toyota a realizat un automobil cu rezervoare de hidruri, iar submarinele germane actuale utilizează aceeaşi modalitate de stocare pentru a alimenta pile de combustie ce furnizează electricitate în regim de submersie. Proiectarea unei hidruri pentru o aplicaţie specifică implică o multitudine de elemente: presiunea şi viteza (cinetică) de desorbţie de hidrogen, temperatura de desorbţie, presiunea de absorbţie-reîncărcare cu hidrogen a materialului stocator după desorbţie etc. 4. Compuşi pe bază de carbon Pe lângă posibilitatea depozitării hidrogenului sub formă moleculară, mai există o întreagă gamă de soluţii de stocare şi transport sub formă de compuşi chimici. Îndeosebi se pretează în acest scop alcoolii ex. metanolul. Din acestea prin reformare se obţine un amestec de gaze bogat în hidrogen. Această posibilitate nu aparţine propriu zis metodelor de stocare a hidrogenului, dar într-o economie bazată pe hidrogen este o modalitate de depozitare şi prelevare ulterioară din gazul de sinteză. 5. Stocare amoniacală Amoniacul (NH3) poate fi utilizat pentru a depozita hidrogenul în compuşi chimici de unde mai apoi poate fi eliberat printr-un procedeu de reformare catalitică. Amoniacul prezintă o foarte mare densitate de înmagazinare a hidrogenului sub formă de lichid cu cerinţe slabe de presurizare şi răcire. Se poate stoca şi la temperatura şi presiunea - 12 -

camerei dacă este amestecată cu apă. Amoniacul este pe locul al doilea privind produsele industriei chimice şi există deja o infrastructură bine pusă la punct privind producţia, transportul şi distribuţia. Amoniacul poate fi reformat pentru a obţine hidrogen fără deşeuri toxice, sau poate fi amestecat cu combustibilii existenţi pentru a arde cu randament mare. Amoniacul pur arde slab la presiunea de funcţionare a aparatelor de încălzire a apei şi sobelor cu gaz metan. Sub compresia din motoarele de ardere internă cu mici modificări este un combustibil corespunzător. Fabricarea amoniacului este energofagă şi infrastructura existentă ar trebui extinsă semnificativ pentru a face faţă cerinţelor actuale de energie ale mijloacelor de transport. Amoniacul este un gaz toxic la temperatura ambiantă şi are un miros înţepător neplăcut. Specialiştii de la Universitatea Tehnică din Danemarca, în septembrie 2005 au anunţat găsire unei metode de stocare a hidrogenului sub formă de amoniac saturat într-o tabletă de sare. Ei susţin că este o metodă ieftină şi sigură de înmagazinare. New Scientist susţine că la Arizona State University se studiază utilizarea unei soluţii de hidrură de bor pentru a înmagazina hidrogen, care este mai apoi eliberat când soluţia trece peste un catalizator din ruteniu . 6. Soluţii în fază de cercetare a. Nanotuburi de grafit La Northeastern University din Boston s-a descoperit o nouă tehnică revoluţionară de stocare utilizând nanotuburile de grafit (fulerene). Hidrogenul este depozitat între straturi de nanotuburi cu un diametru de 5-10nm. Fiecare gram de carbon conţine cca 30l hidrogen, ceea ce la un rezervor de 25l şi 87kg ar înlesni o autonomie de 8000km. Dezavantajul este că încărcarea durează între 4 şi 24 ore şi este posibil de maximum 4-5 ori. Se presupune că această densitate de înmagazinare se datorează faptului că suprafeţele reţelelor de carbon prezintă proprietăţi cristaline, moleculele de hidrogen putându-se însera foarte strâns în acestea. Teoria privind modul de înmagazinare nu este pe deplin elucidată. b. Reţele metalo-organice O altă clasă de materiale poroase sintetice care ar putea înmagazina în mod eficient hidrogen o constituie reţelele metalo-organice. În anul 2006 specialişti în chimie de la UCLA şi Universitatea din Michigan au atins o concentraţie de înmagazinare a hidrogenului în reţele metalo-organice de până la 7.5% din greutate. De menţionat că acest rezultat a fost obţinut la 77°K. c. Borat de fosfoniu În anul 2006 cercetători de la Universitatea din Windsor au reuşit înmagazinarea reversibilă a hidrogenului în compusul nemetalic borat de fosfoniu. Acest compus - 13 -

înmagazinează hidrogen la temperatura de 25 °C şi şi presiunea de 1bar şi îl cedează la 100 °C. Randamentul este de 0,25% mult sub 6-9% cerut de utilizarea comercială. d. Polimeri O echipă de cercetători coreeni de la Şcoala de Fizică a Universităţii Naţionale din Seul, condusă de profesorul Lim Ji-sun a obţinut o eficienţă de înmagazinare de 7,6% utilizând un polimer la care s-au ataşat atomi de titan. e. Microsfere de sticlă Microsferele – globuri microscopice de sticlă de 10 până la 300μm diametru – pot fi utilizate pentru înmagazinarea/cedarea în/din cavitatea lor interioară a hidrogenului. IV.

PRINCIPII DE FUNCŢIONARE A MOTOARELOR CU ARDERE INTERNĂ CU HIDROGEN Problemele care se ridică la utilizarea hidrogenului în transportul rutier deservit de

motoarele cu ardere internă sunt: capacitatea motoarelor termice de a funcţiona cu hidrogen, efectele noului combustibil asupra performanţelor motoarelor şi modul de stocare la bordul vehiculului. În ceea ce priveşte motorul cu aprindere prin comprimare, se poate spune că perspectiva funcţionării sale cu hidrogen este nesigură. Afirmaţia se sprijină pe faptul că în stadiul actul de dezvoltare a instalaţiilor de alimentare, hidrogenul se pretează mai puţin la formarea interioară a amestecului. Injecţia sa în cilindru în fază lichidă este foarte dificilă din cauza temperaturii de fierbere extrem de coborâte. La valorile ridicate ale rapoartelor de comprimare specifice motoarelor diesel şi la regimul termic ridicat al acestor motoare, alimentarea prin formarea exterioară a amestecului este legată de riscul unei aprinderi prea timpurii, necorespunzătoare dezvoltării normale a ciclului motor. 1. Tipuri de motoare cu hidrogen a. Motorul cu aprindere prin scânteie cu hidrogen pur Datorită domeniului de inflamabilitate relativ larg care a permis adoptarea calitativă a reglajului de sarcină, majoritatea studiilor au fost întreprinse pe motoare fără laminarea admisiunii, alimentarea cu combustibil în cantităţi variabile făcându-se, de regulă, în afara cilindrilor fie prin injecţie, fie folosind carburatoare. Randamentul efectiv al motorului cu aprindere prin scânteie funcţionând cu hidrogen este superior cu circa 35% celui obţinut la funcţionarea cu benzina şi se obţine pentru amestecuri mult mai sărace, faţă de ∼1,1 la funcţionarea cu benzina; creşterea eficienţei ciclului motor odată cu sărăcirea amestecului se explică, pe de o parte prin - 14 -

reducerea căldurii specifice a amestecului de gaze, pe de altă parte, coeficientul de variaţie molară μ=(0,5+2,38λ):(1+2,38λ) la arderea hidrogenului în aer creşte cu sărăcirea amestecului. La motorul cu hidrogen puterea şi presiunea medie sunt cu 20-25% mai mici decât cele întâlnite la funcţionarea cu benzină, dar probabil că scăderea este ceva mai mică (1820%) ţinând seama şi de îmbunătăţirea arderii. Motorul cu aprindere prin scânteie se comporta diferit la funcţionarea cu hidrogen şi în ceea ce priveşte solicitările mecanice, exprimate prin presiunea maximă de ardere şi gradientul de presiune. Experimentările efectuate pe un motor standard pentru determinarea cifrei octanice IT-9/2 au relevat că, modificând coeficientul de dozaj intre limitele 1,0-3,4 gradientul de presiune a scăzut de la 0,45 Mpa/°RAC la 0,05 Mpa /°RAC atingându-se astfel valori mult inferioare celor atinse uzual în motorul cu aprindere prin scânteie şi mai ales în motorul diesel. Frânarea arderii se poate realiza prin injecţia de apă în amestecul aer-hidrogen, aşa cum a relevat experimentul Daimler-Benz în 1984; de asemenea, la prototipurile "Pontiac Grande Ville" şi "Dodge", în 1976, hidrogenul era amestecat cu aerul într-un dispozitiv separat, iar carburatorul motorului era folosit pentru pulverizarea de apă în galeria de admisie. Un ultim aspect care se cere analizat este rezistenţa la detonaţie a motorului cu aprindere prin scânteie care utilizează hidrogen. În unele lucrări mai timpurii se releva slaba rezistenţă la detonaţia motorului cu aprindere prin scânteie la funcţionarea cu hidrogen. O altă observaţie în privinţa motorului cu hidrogen vizează lubrificaţia. Cercetările efectuate în Japonia au arătat că hidrogenul nu influenţează negativ lubrificaţia. În acest studiu, arată că, consumul de ulei este echivalent cu cel al motorului cu benzină, dacă regimul termic şi presiunile inferioare din cilindru sunt aceleaşi. Consumul de ulei creşte când creşte sarcina şi depresiunea din colectorul de admisie precum şi odată cu mărirea vâscozităţii. O cantitate de circa 10% din uleiul consumat se regăseşte sub formă de hidrocarburi în gazele de evacuare. La motoarele uzate, scăpările de hidrogen în carter nu deteriorează caracteristicile lubrifianţilor. Putem formula următoarele concluzii privitoare la utilizarea hidrogenului pur în motorul cu aprindere prin scânteie: -

Procesele termodinamice din motorul cu hidrogen sunt stabile într-o plaja largă

de variaţie a coeficientului de dozaj în cazul în care alimentarea se face pulsatoriu în galeria de admisie; - 15 -

La amestecuri apropiate de dozajul stoichiometric funcţionarea motorului cu

hidrogen este mai dură decât a celui cu benzina; -

Puterea motorului este inferioară celui cu benzină cu 18-20% dar prin formarea

interioară amestecului puterea poate fi mărită; -

Din punct de vedere al randamentului indicat, al consumului specific şi al

emisiei de NOx, valoarea optimă a coeficientului de dozaj se situează intre limitele λ=2,5-2,8; -

Funcţionarea motorului cu hidrogen la sarcini reduse şi ralanti este mai

economică decât cea a motorului cu benzina. b. Motorul cu aprindere prin scânteie cu amestec hidrogen- benzină Faţă de motorul cu benzină cel cu hidrogen funcţionează mai economic la sarcini inferioare dar creează o diminuare a puterii maxime. Aceasta a dus la ideea folosirii hidrogenului în amestec cu benzină; prin modificarea corespunzătoare a raportului hidrogen-benzină şi a coeficientului de dozaj, se pot îmbina avantajele economicităţii oferite de hidrogen la sarcini parţiale cu obţinerea celor mai înalte densităţi de energie de care este capabilă benzina. Formarea amestecului în acest caz s-a realizat atât prin injecţie cât şi prin carburaţie, reglajul se poate efectua după 3 metode: -

păstrarea constantă a cantităţii de hidrogen la toate regimurile funcţionale ale

motorului; -

menţinerea neschimbată a cantităţii procentuale de H2 raportată la cantitatea

de benzină; -

variaţia permanentă a cantităţii procentuale de hidrogen în raport invers

proporţional cu sarcina în limitele 0-100%. Primul procedeu este mai simplu şi nu necesită dispozitive de reglare complicate schimbarea sarcinii făcându-se ca la sistemele clasice numai prin variaţia debitului de benzină. Deoarece cantităţile de hidrogen şi benzină se modifica permanent, sistemul de alimentare devine mai complicat iar controlul său exact impune intervenţia electronicii care favorizează astfel folosirea sistemelor de injecţie. Încercările pe standul cu role după ciclul urban au relevat că, consumul de combustibil este inferior cu 30-35% faţă de cel realizat când se utilizează numai benzină. Aceasta înseamnă că în cazul folosirii amestecului hidrogen-benzina, se realizează o economie de combustibil hidrocarbonat de 70-75% în raport cu motorul cu benzina.

- 16 -

Fig. IV-1- Volumele de hidrogen, benzină şi aer ocupate în camera de ardere, respectiv energia rezultată în urma arderii 2. Motorul cu aprindere prin comprimare Datele privitoare la rezultatele experimentelor aplicării hidrogenului la alimentarea motoarelor diesel, deşi datează de mult timp, sunt mai sărace. Se ştie că firma "Naţional" a prezentat la o expoziţie londoneză un motor diesel de 8 kW la care puterea era mai mare cu 25% faţă de varianta standard, iar mersul mai puţin zgomotos. Firma "Leyland" a fost şi ea preocupată de dezvoltarea unui motor diesel care să funcţioneze cu hidrogen pur sau în adaos. Motorul "Beadmor" cu care a fost echipat un autobuz, a arătat că prin diluarea motorinei consumul acesteia se reduce cu 30%. 3. Probleme şi soluţii în proiectarea motoarelor cu hidrogen a. Autoaprinderea probleme şi soluţii Principala cauză o reprezintă proprietăţile hidrogenului: energie scăzută de aprindere, gamă largă de inflamabilitate, durată scurtă de ardere. Autoaprinderea are loc atunci când amestecul combustibil se aprinde înainte ca bujia să dea scânteie, rezultând astfel un motor ineficient şi zgomotos. De asemenea, din cauza autoaprinderii flăcările arderii ies din motor pe galeria de admisie, acestea fiind foarte aproape de supapele de admisie având loc aşa zisele “rateuri”. Numeroase cercetări s-au axat pe determinarea cauzelor autoaprinderii la motoarelor cu hidrogen. Unele rezultate arata cum că autoaprinderea este datorată “punctelor fierbinţi” din camera de ardere cum ar fi bujia, supapele de evacuare, zone de

- 17 -

carbon. Alte studii arata că rateurile sunt produse din cauza suprapunerii deschiderii supapelor de evacuare cu închiderea celor de admisie. Soluţii: a.1. Adaptarea sau reproiectarea sistemului de alimentare Sistemul de alimentare la hidrogen poate fi de 3 feluri: injecţie centrală (carburator), injecţie indirectă şi injecţie directă. Injecţia centrală şi indirectă îşi formează amestecul carburant-aer în timpul cursei de admisie. În cazul carburatorului injecţia are loc la intrarea aerului în galeria de admisie, injecţia indirectă are loc în poarta supapei de admisie. În cazul injecţiei directe amestecul carburant-aer se formează în cilindru după închiderea supapelor de admisie. Injecţia centrală sau carburatorul Cea mai simplă metoda de alimentare este cea a injecţiei centrale (carburator). Aceasta metoda are avantaje cum ar fi:

în primul rând hidrogenul nu are nevoie de o presiune mare de alimentare

injecţia centrală (carburatorul) este folosită şi la motoarele pe benzină ceea ce înseamnă că e mai uşor de transformat un motor pe benzină standard în unul care să funcţioneze cu hidrogen sau mixt benzina/hidrogen.

Dezavantajul injecţiei centrale este faptul că este mai predispusă la o ardere neregulată din cauza autoaprinderilor şi a rateurilor. Cantitatea mare de amestec carburant-aer amplifica efectele de autoaprindere. Injecţia indirectă Injecţia indirectă pulverizează carburant direct în poarta supapelor de admisie. Hidrogenul este introdus în galeria de admisie înaintea deschiderii supapelor de admisie, astfel este redus femomenul de autoaprindere. La injecţia indirectă aerul este injectat separat la începutul cursei de admisie pentru a dilua gazele reziduale fierbinţi şi a răcii eventualele puncte fierbinţi din cilindru. Dacă în colector se găseşte o cantitate mai mică de carburant la un moment dat, autoaprinderile sunt mai puţin severe. Presiunea din admisie la injecţia indirectă este mai mare decât la injecţia centrală (carburator), dar mai mică decât la cea directă. Sistemul de injecţie cu volum constant - pompa cu elemente în linie - (CVI) foloseşte un dispozitiv mecanic cu cama pentru a introduce hidrogen în fiecare cilindru. De la pompă către fiecare cilindru porneşte câte o conductă.

- 18 -

Fig. IV-3-1 Pompa de alimentare cu elemente in linie

Fig IV-3-2 Injectorul electronic de combustibil

Sistemul electronic de injecţie introduce în fiecare cilindru o cantitate exactă de combustibil. Acest sistem foloseşte injectoare electronice individuale pentru fiecare cilindru în parte. Injectorul este alimentat cu carburant la presiune constantă. În momentul primirii impulsului de la calculatorul motorului, injectorul se deschide permiţând carburantului accesul în galeria de admisie. În timp ce la pompa cu elemente în linie timpul de injecţie este constant iar presiunea este variabilă, la sistemul electronic de injecţie variază timpul de injecţie , presiunea rămânând constantă.

Fig IV-3-3.Sistem de alimentare cu pompa cu elemente in linie - 19 -

Injecţia directă Motoarele mai sofisticare, mai performante folosesc injecţia directă de hidrogen în cilindru, în timpul cursei de compresie. În timpul injecţiei de hidrogen supapele de admisie sunt închise evitându-se astfel autoaprinderile în timpul cursei de admisie. De asemenea motorul nu va mai avea rateuri. Puterea unui motor cu injecţie directă de hidrogen este cu 20% mai mare decât a unui motor pe benzină şi cu 42% mai mare decât a unui motor pe bază de hidrogen folosind un carburator. Dacă injecţia directă de hidrogen rezolva problema autoaprinderii din galeria de admisie, aceasta nu împiedica şi autoaprinderile din cilindru. În plus, din cauza timpului scurt de amestec între hidrogen şi aer, amestecul rezultat poate fi neomogen. Studiile au arătat că acest lucru duce la o emisie mai mare de oxizi de azot (NOx), decât sistemele de injecţie indirectă. Injecţia directă necesita o presiune mai mare de injecţie decât alte metode de alimentare. a.2. Micşorarea temperaturii amestecului carburant Condiţiile de autoaprindere pot fi combătute folosind tehnici de micşorare a temperaturii amestecului cum ar fi recircularea gazelor de evacuare (EGR) sau injectarea de apă. Sistemul EGR reintroduce o parte din gazele de evacuare înapoi în galeria de admisie. Introducerea gazelor de evacuare în galeria de admisie ajuta la scăderea temperaturii punctelor fierbinţi şi reduce de asemenea posibilitatea autoaprinderii. În plus recircularea gazelor de evacuare reduce vârful temperaturii de ardere din camera de ardere reducându-se astfel emisiile de NOx. O recirculare de 25-30% din gazele de evacuare ajuta la eliminarea detonaţiilor şi a rateurilor. Pe de altă parte recircularea gazelor de evacuare duce la scăderea puterii motorului, deoarece prezenţa gazelor de evacuare reduce cantitatea de amestec carburant ce poate fi introdusă în cilindru. O altă metodă de reducere a temperaturii amestecului carburant este injectarea de apă. Injectarea de apă în fluxul de hidrogen înainte de amestecarea cu aerul are rezultate mai bune decât injectarea acesteia în amestecul hidrogen-aer din galeria de admisie. O potenţială problema a acestui tip de sistem este că, apa se poate amesteca cu uleiul de aceea trebuie foarte bine verificate etanşeităţile. a.3. Proiectarea motorului Cea mai eficientă metoda de reducere a autoaprinderii şi rateurilor este remodelarea motorului pentru folosirea hidrogenului, în special a camerei de ardere şi a - 20 -

sistemului de răcire. Pentru a reduce turbulenţele din interiorul camerei de ardere se poate utiliza una în formă de disc. Forma de disc produce componente mici ale vitezei pe direcţie radială şi tangenţială şi nu amplifica vârtejul în timpul compresiei. Pentru a aprinde tot amestecul din camera de ardere sunt necesare 2 bujii. Sistemul de răcire trebuie să fie în aşa fel proiectat încât să răcească toate componentele care necesită acest lucru. Măsuri suplimentare pentru a reduce autoaprinderile sunt :

folosirea a două supape de evacuare mai mici în locul uneia singure de dimensiune mai mare;

dezvoltarea unui sistem eficient de baleiaj, evacuarea gazelor arse din camera de ardere cu aer proaspăt.

Fig IV-3-3- Motor proiectat special pentru funcţionarea pe hidrogen b. Realizarea sistemului de aprindere Datorită limitei scăzute de aprindere a hidrogenului, aprinderea lui este foarte uşoară şi de aceea se poate folosi sistemul de aprindere de la motoarele cu benzină. La un raport scăzut aer/hidrogen (130:1 – 180:1) viteza de propagare a flăcărilor se reduce considerabil fiind necesară folosirea unui sistem de aprindere cu 2 bujii pe cilindru. Sistemele de aprindere care folosesc doua scântei pe ciclu nu ar trebui folosite la motoarele alimentate cu hidrogen. Aceste sisteme dau scânteie de fiecare dată când pistonul se afla la punctul mort superior, indiferent dacă e în faza de compresie sau de evacuare. Pentru motoarele pe benzină aceste sisteme funcţionează bine şi sunt mai puţin costisitoare decât alte sisteme. Pentru hidrogen, scânteia din faza de evacuare reprezintă o sursă de autoaprindere. Bujia de la motorul cu hidrogen trebuie să fie “rece” şi să nu aibă vârful din platină. O bujie rece este aceea la care vârful se răceşte mai repede deoarece învelişul izolator din ceramică este mai mic decât la o bujie fierbinte. Astfel se reduce efectul de autoaprindere. - 21 -

Bujiile fierbinţi sunt concepute să rămână permanent fierbinţi pentru ca depunerile de carbon să nu se acumuleze. Din moment ce hidrogenul nu conţine carbon, bujiile fierbinţi nu sunt utile pentru acest tip de motor.

Fig. IV-3-4-Bujie fierbinte si bujie rece De asemenea trebuiesc evitate şi bujiile cu vârf de platină deoarece , platina fiind catalizator, face ca hidrogenul să oxideze în contact cu aerul. c. Ventilarea carterului motorului Ventilarea carterului motorului este mult mai importantă la motoarele pe bază de hidrogen decat la cele pe benzină. La motoarele pe bază de benzină o parte din combustibilul nears poate pătrunde pe langă segmenţii pistonului in carter. Deoarece hidrogenul are o limită scazută a energiei de aprindere, orice cantitate de hidrogen pătrunsă in carter se poate aprinde. Astfel aceste acumulări de hidrogen pot fi prevenite printr-o bună ventilaţie. Aprinderile din carter pot fi niste zgomote ciudate la motor sau pot duce chiar la incendierea motorului. Când hidrogenul se aprinde, în carter are loc o creştere bruscă de presiune. Pentru a elibera această presiune, trebuie montată o supapa pe carter. Un exemplu de supapă de presiune instalată se prezinta in figura de mai jos.

Fig. IV-3-5 - Supapa de presiune pe carterul motorului - 22 -

În carter pot pătrunde de asemenea şi gazele arse. Gazele rezultate în urma arderii hidrogenului sunt vapori de apă, vapori care pătrunzând în carter unde, nu este o ventilaţie corespunzătoare pot condensa. Amestecul de apă şi ulei din carter reduc proprietăţile de lubrifiere ale uleiului ducând la o uzura mai mare a motorului.

SOLUŢII TEHNICE APLICATE DE DIFERITE FIRME BMW H2R (Hydrogen Record Car) Cu o putere de 210 kW (286 CP) a atins 300 km/h. Hydrogen 7 al aceleiaşi firme

este construit cu un motor de 260 kW, 229 km/h, acest vehicul a ajuns la 100 km/h in doar 9.5 sec. Cu posibilitate dublă de alimentare benzină şi hidrogen. Acest lucru s-a realizat prin montarea unui rezervor de hidrogen lichid ceea ce a redus capacitatea compartimentului de bagaje de la 500 la 250 l. Hidrogenul înmagazinat permite o autonomie de 200 km, dar la neutilizare în decurs de 9 zile se reduce la o cantitate suficientă pentru parcurgerea a 20 km. Mazda, RX-8 Hydrogen RE Echipat cu motor Wankel (piston rotativ) ce funcţionează atat cu hidrogen in stare gazoasa, la presiune înalta, cat si cu benzina dezvoltând 184 kW (250 CP). Pentru a face acest autovehicul cat mai usor de condus s-a introdus o transmisie automata cu ajutorul căreia s-a obţinut o autonomie de 100 km (si datorita rezervoarelor mai mari si a unor tehnologii ce oferă un randament

mai bun). Schimbarea combustibilului se face prin

apăsarea unui buton numai când vehiculul este oprit. Cele doua butelii de hidrogen sunt situate in portbagaj si gazul este ţinut la presiunea de 35 MPa. Performantele diferă, astfel ca puterea este de 109 CP pe hidrogen si 210 CP pe benzina. Hummer H2H Reprezintă versiunea pe hidrogen a bine cunoscutului model Hummer H2. Versiunea pe hidrogen foloseşte acelaşi motor V 8 de 6 l, dar datorita utilizării hidrogenului in stare gazoasa puterea acestuia este mai mica. Pentru a ajunge la aceeaşi putere, motorul este supraalimentat. Sistemul de propulsive, alimentarea si sistemele electrice au fost reconfigurate pentru a funcţiona cu sistemul de combustibil sub presiune la 350 bar. Vehiculul are 3 rezervoare de hidrogen, 2 situate in locul vechiului rezervor de benzina si al treilea situate in portbagaj. In total se poate stoca 5.5 kg de hidrogen. Buteliile de hidrogen au fost realizate împreuna cu Quantum Technologies si sunt folosite material foarte rezistente si uşoare. Autonomia este de aproximativ 100 km. - 23 -

Ford A realizat un motor supraalimentat de 6.8 l, V 10 pe hidrogen care este folosit la modelul de autobuz E-450. Modificările aduse motorului tradiţional pentru a putea rula cu hidrogen sunt urmatoarele: -

supapele si scaunele de supapa sunt făcute din material special pentru a

compensa lipsa proprietarilor de lubrifiere ale hidrogenului, comparativ cu combustibilii clasici; -

bujii cu vârf de iridium pentru o durata de viata ridicata;

bobinele de aprindere sunt bobine cu energie ridicata pentru a face fata

caracteristicilor diferite de aprindere; -

sistemul de injecţie proiectat special pentru utilizarea hidrogenului (conducte cu

volum mare); -

pistoane, biele si inele de piston proiectate pentru a rezista presiunii mai mari in

urma arderii hidrogenului; -

galeria de admisie modificata in totalitate pentru a se potrivi cu compresorul cu

şuruburi gemene si intercoolerul apa-aer; -

au fost adougat compresorul cu suruburi gemene si intercoolerul apa-aer pentru

a îmbunătăţi puterea si a mari randamentul; VI.

uleiul motorului a fost special optimizat pentru proprietăţile arderii hidrogenului.

PERFORMANŢE 1. Randamentul termic Randamentul termodinamic teoretic al motoarelor cu ardere internă este dat de

raportul de comprimare al motorului şi de căldura specifică a combustibilului ca în următoarea relaţie:

ηth = 1 −

unde:

v1 v2

1 ⎛ v1 ⎜⎜ ⎝ v2

⎞ ⎟⎟ ⎠

γ −1

- raportul de comprimare

γ - căldura specifică η th - randamentul termodinamic teoretic

Cu cât este mai mare raportul de comprimare şi/sau căldura specifică, cu atât mai mare este randamentul termodinamic al motorului. Limita raportului de comprimare este data de rezistenţa la detonare a combustibilului. Un amestec sărac de hidrogen este mai - 24 -

puţin predispus la detonaţie decât benzina şi poate astfel să tolereze un raport mai mare de comprimare. Căldura specifică este în strânsă legătură cu structura moleculară a combustibilului. Cu cât este mai simplă structura moleculară cu atât mai mare este căldura specifică. Hidrogenul (

=1.4) are o structură moleculară mai simplă decât benzina prin urmare

căldura specifică este mai mare decât a benzinei (

=1.1).

2. Emisiile motoarelor alimentate cu hidrogen În urma reacţiei dintre hidrogen şi oxigen rezulta apă: 2H2+O2=2H2O În urma reacţiei hidrogenului cu aerul rezulta oxizii de azot (NOx) : H2 + O2 + N2 = H2O + N2 + NOx Oxizii de azot sunt rezultaţi datorită temperaturii ridicate din camera de ardere. Această temperatură ridicată face ca azotul să se combine cu oxigenul. Cantitatea de NOx rezultată depinde de: -

raportul aer/combustibil

raportul de comprimare

turaţia motorului

momentul aprinderii

metoda de reducere a temperaturii amestecului carburant

În plus faţă de oxizii de azot în evacuare se mai pot găsi CO şi CO2, rezultaţi ca urmare a arderii uleiului pătruns în camera de ardere pe lângă segmenţii pistonului. În funcţie de starea motorului (de a consuma ulei) şi de condiţiile de utilizare (amestec bogat sau sărac de aer/combustibil), motorul cu hidrogen poate să producă de la aproape zero emisii până la un nivel ridicat de NOx şi CO. În figurile următoare sunt reprezentate curbele emisiilor atât pentru motoarele cu hidrogen cât şi pentru cele cu benzină

- 25 -

Figura VI-1 - Emisiile motorului cu hidrogen

Figura VI-2 - Emisiile motorului cu benzina φ este raportul stoichiometric A/C divizat cu raportul actual A/C. φ este inversul lui λ (φ = 1/λ). După cum se vede şi în figura precedentă emisiile de NOx la motorul cu benzină scad odată cu φ la fel ca şi la motorul cu hidrogen. La motorul cu benzină reducerea emisiilor de NOx este compromisă de creşterea hidrocarburilor şi a monoxidului de carbon. 3. Puterea motorului Puterea maximă teoretică a unui motor cu hidrogen depinde de raportul aer/carburant şi de metoda de administrare a combustibilului.

- 26 -

Raportul stoichiometric aer/carburant pentru hidrogen este de 34:1. La acest raport hidrogenul va dislocui 29% din volumul camerei de ardere iar 71% fiind ocupat de aer. Ca urmare energia produsă de acest amestec va fi mai mică decât cea produsă de benzină, deoarece benzina este lichidă şi ar ocupa mai puţin volum din camera de ardere iar aerul ar putea pătrunde într-o cantitate mai mare. Deoarece şi carburatorul cât şi injecţia în poarta supapei de admisie formează amestecul aer/carburant înainte de a intra în camera de ardere, acest lucru limitează puterea maximă teoretică a motorului la 85% faţă de motorul pe benzină. Pentru injecţia directă de combustibil care amestecă aerul şi carburantul după închiderea supapelor de admisie, în camera de ardere aflându-se 100% aer, puterea maximă a motorului poate fi cu până la 15% mai mare decât a celui pe benzină. Prin urmare în funcţie de metoda de alimentare a motoarelor cu hidrogen, acestea pot avea o putere cu 15% mai mare sau mai mică decât cele cu benzină în cazul folosirii unui raport stoichiometric. Cu toate acestea la folosirea unui raport stoichiometric, temperatura de ardere este foarte ridicată şi ca urmare se va forma o mare cantitate de oxizi de azot (NOx), care reprezintă un criteriu de poluare. Din moment ce principalul motiv pentru care se foloseşte hidrogenul este nivelul scăzut de emisii, motoarele cu hidrogen nu sunt concepute pentru a funcţiona cu un raport stoichiometric de aer/carburant. În general motoarele cu hidrogen sunt concepute să funcţioneze cu de două ori mai mult aer decât este teoretic necesar pentru o ardere completă. În acest caz oxizii de azot sunt reduşi aproape la zero. Din păcate acest lucru reduce de asemenea şi puterea motorului la aproximativ jumătate din puterea unui motor de aceeaşi capacitate pe benzină. Pentru a compensa aceste pierderi de putere, motoarele cu hidrogen sunt în general mai mari decât motoarele cu benzină, şi/sau sunt echipate cu turbocompresor sau supraalimentare.

VII.

AVANTAJE ŞI DEZAVANTAJE ALE MOTORULUI CU HIDROGEN

Avantajele autoturismelor care funcţionează pe baza de hidrogen: -

vehiculele care funcţionează pe bază de hidrogen au emisii atmosferice

aproape nule; în aer se elimină doar căldură şi vapori de apă care nu conțin poluanți; -

autovehiculele clasice, cu motor pe ardere internă pot fi adaptate pentru

utilizarea hidrogenului, reducându-se astfel emisiile de CO2 în atmosferă; -

autoturismele care funcţionează pe hidrogen au o greutate redusă au costuri de

întreţinere reduse, deplasare mai lină, zgomot redus; - 27 -

utilizarea hidrogenului diminuează considerabil dependen a de petrol;

hidrogenul poate fi utilizat în amestec cu gaz natural comprimat (CNG);

numărul staţiilor de alimentare la nivel mondial este în creştere (deşi încă foarte

mic).

Dezavantajele utilizării hidrogenului: -

producerea hidrogenului este destul de costisitoare;

utilizarea hidrogenului pe scară largă, ar presupune o infrastructură specifică

pentru producerea hidrogenului, staţii de stocare, reţele de pompare şi transport, staţii de alimentare etc , rezultă costuri foarte mari; -

un dezavantaj imens în achiziţionarea şi utilizarea unei maşini pe hidrogen este

chiar lipsa acestei infrastructuri, lipsa staţiilor de alimentare cu hidrogen. La nivelul anului 2010, în SUA existau 90 de staţii de alimentare, în Europa 70 de staţii (în special Europa de Vest, Germania şi Islanda ocupând primele locuri, cu peste 20 de staţii fiecare). Printre alte ţări cu staţii de alimentare H2 se află: Coreea de Sud, India, China, Indonezia, Canada, Brazilia, Argentina. În prezent există în jur de doar 250 de staţii de alimentare de H2 la nivel mondial; -

numărul limitat de staţii de alimentare face utilizarea maşinilor pe hidrogen

posibilă doar pe distanţe limitate, în centre urbane sau de-a lungul unor autostrăzi dotate cu staţii H2 (aşa numitele Hydrogen Highways); -

hidrogenul este stocat la presiune foarte mare, astfel depozitarea, transportul şi

utilizarea trebuie să îndeplinească standarde înalte de protecţie; -

vehiculele care funcţionează pe hidrogen sunt foarte scumpe, depăşind

posibilităţile de cumpărare ale celor mai mulţi soferi; -

hidrogenul conţine mai puţină energie decât GPL sau Diesel, astfel, în cazul

unei maşini cu motor cu ardere internă de hidrogen, distanţa parcursă între alimentări este mai mică; -

la nivel planetar, energia electrică este produsă în procente destul de mici din

surse regenerabile, astfel, producerea hidrogenul pe scară largă (fie din gaze naturale/petrol, fie din electroliza apei), va duce la emisii de gaze cu efect de seră; -

criticii utilizării hidrogenlului pentru alimentarea maşinilor personale susţin că

tehnologia în acest domeniu avansează foarte lent, şi că timpul şi sumele foarte mari de bani investite ar trebui direcţionate spre soluţii mai rapide la emisiile de gaze cu efect de seră din transporturi; -

hidrogenul este produs în special din gaze naturale şi petrol, contribuindu-se

astfel la epuizarea acestor resurse neregenerabile - 28 -

VIII.

Bibliografie 1. THOMAS DRENNEN, JENNIFER ROSTHAL, Pathways to a hydrogen future, Ed. Elsevier, Oxford, 2007 2. PASQUALE

CORBO,

FORTUNATO

MIGLIARDINI,

OTTORINO

VENERI,

Hydrogen Fuel Cells for Road Vehicles, Springer-Verlag London Limited, 2011 3. https://ro.wikipedia.org/wiki/Stocarea_hidrogenului 4. http://www.autoblog.com/2006/11/06/gm-selects-quantum-fuel-systems-to-produceh2-storage-for-equino/ 5. http://www.e-automobile.ro/categorie-automobile/17-alternative/151-combustibilalternativ-hidrogen.html 6. http://hidrogentuning.weebly.com/uploads/1/8/7/0/1870642/5665539.bmp?663x451 7. http://lefo.wikispaces.com/file/view/A_MercedesBenz_O530_Citaro_powered_by_hydrogen_fuel_cells%2C_in_Brno%2C_Czech_R epublic.jpg/74811777/A_MercedesBenz_O530_Citaro_powered_by_hydrogen_fuel_cells%2C_in_Brno%2C_Czech_R epublic.jpg 8. http://www.hydrogencarsnow.com/images/Ford/Ford-Model-U.jpg 9. http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=US&NR=2012312701 A1&KC=A1&FT=D 10. http://patents.com/us-8282993.html 11. http://totb.ro/emisiile-de-gaze-de-sera-ale-biocombustibililor-transpuse-in-cifre 12. http://www.edmunds.com/ford/ranger/2003/features-specs.html?style=&sub=

- 29 -