Samochód wodorowy to tak naprawdę samochód elektryczny. Różnice pomiędzy nimi znajdują się w sposobie ładownia i generowania prądu. W dużym skrócie w samochodzie elektrycznym prąd dostarczany jest z zewnątrz, zaś w samochodzie wodorowym prąd powstaje na pokładzie samochodu. Jak to dokładnie działa?
- samochody wodorowe generują prąd na swoim pokładzie
- samochody wodorowe generują prąd w ogniwach paliwowych
- auta wodorowe tankuje się w czasie podobnym, do tankowania samochodu benzynowego
Samochód wodorowy – o co w nim chodzi?
Samochody wodorowe wykorzystują ogniwa paliwowe. Poza nimi samochody tego typu wyposażone są w specjalne zbiorniki do magazynowania sprężonego wodoru. Kształtem mogą one przypominać te, wykorzystywane w samochodach z LPG, ale są o wiele bardziej dopracowane i zaawansowane. Wykonane są one od strony wewnętrznej z aluminium bądź stali, a od zewnętrznej strony są chronione materiałem kompozytowym. Zborniki wodoru są niezwykle wytrzymałe ma uszkodzona mechaniczne.
Samochód wodorowy – jak działa?
Samochód wodorowy działa w stosunkowo prosty sposób. Wodór, który jest doprowadzany z zewnętrznego źródła – stacji tankowania – wędruje do zbiornika. Stamtąd wodór dostarczany jest już do samego ogniwa paliwowego, w którym spotyka się z powietrzem. Samo powietrze dostarczane jest poprzez turbosprężarkę. Prąd stały pochodzący z ogniwa do przetwornicy, zamieniany jest w prąd zmienny i dalej wędruje już do silnika indukcyjnego, z którego przekazywany jest już na koła samochodu. W samych ogniwach prąd powstaje w wyniku procesu elektrolizy. Jony wodoru w anodzie z tlenem w katodzie oraz przepływ elektronów pomiędzy elektrodami doprowadzają do powstania prądu. Efektem ubocznym jest woda.
Samochód wodorowy – ogniwa paliwowe
W samochodzie wodorowym kluczowe są ogniwa wodorowe. Jak wspomnieliśmy już wyżej, ogniwa paliwowe są miejscem, w którym dochodzi do reakcji łączenia się wodoru z tlenem. W wyniki przepływu elektronów, powstaje właśnie prąd, który dalej napędza samochód. Samo ogniwo składa się z dwóch elektrod: katody i anody, które oddziela membrana elektrolityczna i elektrolit. Działa to w ten sposób, że umożliwia one przechodzenie kationów, ale zatrzymują przepływ elektronów. Ogniwa paliwowe mogą różnić się między sobą. Jednym z czynników rozróżniających je, jest temperatura. Wynika to z tego, że niektóre substancje mają najlepsze możliwości elektrolityczne właśnie w wysokich temperaturach. To zaś prowadzi do naturalnego podziału ogniw paliwowych na wysoko temperaturowe o nisko temperaturowe. Ogniwa wysoko temperaturowe działają w temperaturze 600 stopni Celsjusza, co sprawia, że można w nich wykorzystywać wodór o gorszej jakości, jak chociażby ten pozyskiwany z węglowodorów (tzw. szary wodór).
Samochody wodorowe wykorzystują najczęściej ogniwa nisko temperaturowe, które działają w zakresie niższych temperatur – poniżej 250 stopni Celsjusza. Wymagają one jednak lepszej klasy wodoru. Tutaj można wyróżnić ogniwo alkaliczne – AFC – w którym jako elektrolit wykorzystywany jest wodorotlenek potasu. W tym przypadku temperatura pracy ogniwa paliwowego sięga do 220 st. Celsjusza. Charakteryzują się one przede wszystkim większą wydajnością i mniejszą pojemnością.
Innym rodzajem ogniwa wodorowego jest ogniwo, które korzysta z kwasu fosforowego. W tym przypadku temperatura pracy mieści się w zakresie od 150 – 205 stopni Celsjusza. Są one w większym stopniu odporne na dwutlenek węgla, jednak zajmują one dużo miejsca i mają większą masę. Są one także bardzo podatne na rdzę.
Kolejną kategorią ogniwa paliwowego, jest to, w którym zastosowana jest membrana elektrolityczna – tzw. PEM. Tutaj jako elektrolit jest wykorzystywana membrana polimerowa, która jest pokryta dodatkowo teflonem. W tym przypadku temperatura pracy mieści się w zakresie od 160-195 st. Celsjusza.
Samochody wodorowe – bezpieczeństwo
Samochody wodorowe wzbudzają wiele niesłusznych wątpliwości w zakresie bezpieczeństwa. Warto jednak pamiętać, że:
- potencjalny samozapłon wodoru następuje w temperaturze wyższej od benzyny czy oleju napędowego i wynosi aż 575 stopni Celsjusza
- wodór jest 14 razy lżejszy od powietrza, co ułatwia jego ulatnianie się do atmosfery.
- zbiorniki wodoru są wykonane ze szczelnych materiałów kompozytowych o dużo większej wytrzymałości niż stal oraz posiadają zawory bezpieczeństwa w razie potrzeby utrzymujące wodór w środku.
- producenci przeprowadzają testy zbiorników z wodorem, nawet przy użyciu broni palnej.
