İçten yanmalı motorlarda hidrojen kullanımı
Hidrojen, içten yanmalı motorlar için iyi bir yakıttır ve hidrojenle çalışan içten yanmalı motorlar, benzinli motorlardan yaklaşık %20 daha verimlidir.
İçten yanmalı motorlarda ideal termal verim oranı:
Burada;
r = sıkıştırma oranı
k = özgül sıcaklık oranı (Cp/Cv)
Bu denklem, özgül ısı oranı veya sıkıştırma oranı artırılarak termal verimin artırılabileceğini göstermektedir.Hidrojen motorlarında, hidrojenin daha düşük kendiliğinden tutuşma sıcaklığı ve fakir karışımlarda yanabilme özelliğinden dolayı bu oranlar benzinli motorlara göre daha yüksektir.
Hidrojen motoru emisyon oranı
Benzinli motor emisyon oranları
Hidrojen yakıtının içten yanmalı motorlarda yani otobüs, kamyon, traktör ve tarım makineleri gibi tüm araçlarda kullanılabilmesi, rezervi sınırlı olan petrol ürünlerinin yerini alan ve çevre dostu bir enerji olması, araç sektörüne büyük ilgi çekmiştir. son yıllarda motorlarında benzin veya dizel yakıtı yerine hidrojen gazı üreten firmalar Motorun kullanımı, motorların yanma sisteminde bazı değişiklikler yapılmasını gerektirmektedir. Hidrojen yakıtlı motor tasarımlarında kullanılan üç temel yöntem aşağıdadır.
1- Hidrojen-hava karışımı silindirlerin emme manifolduna sabit bir hızla verilir ve hidrojen-hava karışımının miktarlarını değiştiren bir valf vasıtasıyla motor gücü ayarlanır.Sistemin sağlıklı çalışmasını sağlamak özellikle yüksek hızlarda hidrojen-hava karışımına su buharı eklemek gerekebilir.
2- Hidrojen gazı silindirlere basınç altında enjekte edilir ve hava başka bir giriş manifoldundan silindirlere ayrı ayrı geldiği için silindirlerin dışında patlayıcı hidrojen ve hava karışımı oluşmaz ve bu yöntem birinci yönteme göre daha güvenlidir.
3- Bu yöntemde silindirlere hidrojen ve hava karışımı ayrı ayrı verilse de bu yöntemde hidrojen yüksek basınç yerine normal veya orta basınçta tutulur ve hidrojen miktarı değiştirilerek motor gücü ayarlanır. . Silindirlere giren hava miktarı değişmez, değişim sadece hidrojen ve hava karışımında gerçekleşir.Böyle bir ayarlama kolayca yapılabilir çünkü hidrojen ve hava karışımının oranı oldukça geniş bir patlayıcı özellik yelpazesine sahiptir. .
Hidrojen ve benzinli motorların yanma odası hacmi ve enerji karşılaştırmaları
İster içten yanmalı ister yakıt hücreli olsun, araçlar için temel sorun hidrojen depolamadır. Bu konuda yapılan çalışmalarda üç farklı yöntem geliştirilmiştir.
1- Basınçlı hidrojeni çelik borulara yerleştirerek taşımak, bugüne kadar geliştirilen deneysel hidrojenle çalışan araçların birçoğunda kullanılan yöntem olmuştur. Burada gördüğümüz en büyük sorun, çelik borunun kendisinin ağırlığıdır. Benzinli bir araba ortalama 65 litre (47 kg) benzin tüketiyor, bu da enerji olarak 17 kg hidrojene eşdeğer.
2- Hidrojeni sıvı olarak depolamak ağırlık problemini çözer fakat tankın hacmini ve maliyetini arttırır. Diğer bir sorun da hidrojen gazlaştırmadan kaynaklanan kayıplar ve yakıt ikmalinin zorluğudur.
3-metal hidritler hidrojeni depolamak için çok uygun bir yol olsa da ağırlıkları ciddi bir problemdir.
Daha önce bahsedilen üç metal hidritten magnezyum ve nikel, en fazla hidrojeni depolamasına ve en ucuz olmasına rağmen yine aracın ağırlığına 500 kg’lık ek bir yük getiriyor. Diğer bir problem ise, belirli bir basınçta hidrojen gazı elde etmek için metal hidritin 250 santigrat dereceye kadar ısıtılması gerekmesidir. Bu sıcaklık, araç çalışırken egzoz çıkışından elde edilen sıcak gazla sağlanabilse de, motorun başlangıçta soğukken çalıştırılması sorun yaratır. Almanya’da bu sorun otobüs adı verilen yeni bir yöntemle çözüldü. Bu otobüslerde hidrojeni düşük sıcaklıkta sağlayan demir-titanyum alaşımları ve magnezyum-nikel alaşımları bir arada kullanılmaktadır. Buna göre motor soğukken birinci sümüklüböcek devreye giriyor, ardından ikinci sümüklüböcek devreye giriyor ve süreklilik sağlanmış oluyor. İlk külçede depolanan hidrojen, sonraki başlatma için geri tutulur.
Tüm bu sorunlara rağmen özellikle otobüs, kamyon, traktör gibi ağır vasıtalarda hidrojen kullanımı artmakta ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte sorunlar giderek çözülmektedir. Petrolün sınırlı ömrü ve artan çevre kirliliği, hidrojen yakıtının yaygın olarak kullanılmasına yol açmaktadır.
Hidrojen yakıtının ilk kullanıldığı alanlardan biri de jet uçaklarıdır ve bu konudaki çalışmalar 1957 yılındaki ilk deneylerden sonra ticari uygulama aşamasına gelmiştir. IEA’nın hidrojen programı kapsamında yapılan çalışmalarda hidrojen, 2007 yılında Airbus uçaklarında yakıt olarak kullanılmaya başlanacak. Sıvı hidrojen doğrudan veya dolaylı olarak motor ve dış soğutma için de kullanılabileceğinden, yüksekten uçan süpersonik uçuşlar için ideal bir yakıttır. uçak. hız.
Hidrojen içten yanmalı motor
buhar üretimi
Sonuç olarak hidrojen saf oksijen ile yakıldığında;
2H2 + O2 2H2O elde edilir.
Yukarıdaki reaksiyon 3000 °C’nin üzerindeki sıcaklıklarda elde edilir, bu nedenle sıcaklığı istenen seviyede tutmak için harici su buharı eklenir.
Hidrojen buhar jeneratörleri enerji santrallerinde buhar üretmek, elektrik üretiminde pik değerlere ulaşmak, medikal teknoloji ve biyoteknolojide kullanılmaktadır.
Tipik buhar jeneratörü
katalitik yanma
Hidrojen ve oksijen, uygun bir katalizör varlığında normal alev yanmasına göre daha düşük sıcaklıklarda yanabilir ve bu prensip katalitik brülörlerde ve ısıtıcılarda kullanılır. Katalitik sobaların kullanılabileceği yerler arasında yemek pişirme ve alan ısıtma gibi evsel uygulamalar yer alır.
katalitik brülör;
metal hidratlar
Hidrojenin metal hidratlarla bileşik oluşturma özelliği sadece hidrojen depolamada değil çeşitli enerji dönüşümlerinde de kullanılabilir.Örnek olarak aşağıdaki malzemeleri verebiliriz.
1- Isı depolama
2- Elektrik depolama
3- Isıtma ve soğutma
4- Elektrik üretimi
5- Pompalama
6- Hidrojen arıtma
7- Döteryum ayrımı
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]