氢气发动机真的不可行吗?

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感谢邀请,我来分享一下氢燃料是内燃机技术氢燃料的内燃机概念是非常有吸引力的,因为氢气H2燃烧的产物是H2O水,没有有害排放物,也完全不排放CO2,看起来简直是完美的内燃机燃料。到为啥氢燃料内燃机一直没有进入市场呢?我们来看

感谢邀请,我来分享一下氢燃料是内燃机技术

氢燃料的内燃机概念是非常有吸引力的,因为氢气H2燃烧的产物是H2O水,没有有害排放物,也完全不排放CO2,看起来简直是完美的内燃机燃料。到为啥氢燃料内燃机一直没有进入市场呢?我们来看一看原因是啥。

首先,氢燃料内燃机不是什么新科技,宝马和马自达都曾经花费很大精力研究过氢燃料内燃机。我们先来看看两家的研究成果:

1.宝马的氢燃料内燃机研究项目

宝马从上世纪90年代开始了氢内燃机的研究,宝马在传统汽油发动机的基础上进行了改造了一款氢燃料发动机用来验证氢燃料内燃机的可行性(图1),项目的车型是著名的宝马7系,宝马改造后称为Hydrogen 7轿车(图2),也就是氢燃料内燃机的宝马7系。

宝马专门开发了氢气气体喷射系统来代替原来的汽油直喷系统,开发了火花塞,气门等一系列技术来实现内燃机的工作。大约在2010年左右,宝马逐渐停止了氢内燃机的技术路线转而开发氢燃料电池技术了。

2. 马自达的氢燃料转子发动机研究项目

马自达对氢内燃机的主要研究方向还是集中在马自达擅长的转子发动机上。马自达也是从上世纪90年代开始开发了它的第一辆氢转子发动机概念车Mazda HR-X(图3)。后来马自达又在2004年发布了称为RENESIS氢转子发动机(图4图5)。马自达RENESIS氢动力转子发动机是专门为氢燃料设计的转子发动机,采用了双氢喷射器,电动增压器,EGR废气再循环系统的你一系列新技术。

马自达甚至还将氢转子发动机技术引入混合动力系统,发布了马自达的Hydrogen RE Hybrid系统。还考虑过将这一氢转子发动机作为增程式混合动力的增程式使用。可以说马自达在氢燃料转子发动机方面可以说是煞费苦心。不过最终马自达没有坚持到最后,大约在2012年后马自达逐步停止了氢燃料转子发动机的研发。

3.氢燃料内燃机的问题

宝马和马自达最终都搁置了氢内燃机的开发,其中宝马已经转向了氢燃料电池的开发,2015年宝马发布了i8氢燃料电池概念车(图8)。其原因主要是在研发过程中他们发现了氢内燃机存在一些暂时无法克服的问题:

(1)氢内燃机燃烧氢气也会有有害气体排放

一般人认为氢气在内燃机中燃烧的产物只有水蒸气,是绝对环保的。实际情况是,氢内燃机在燃烧氢气时,会产生NOX氮氧化合物排放。

NOX氮氧化合物排放产生主要的机理如下:空气中是含有N2氮气和O2的,这两种气体常温下是不会发生化学反应的,但是在燃烧室高温高压的环境下就会产生化学反应,形成有害的NOX氮氧化合物。

普通汽油机可以通过三元催化器用同时产生的另外两种排放物HC和CO来作为还原剂将NOX还原成无害的N2氮气和O2氧气(图6)。而氢内燃机就由于不排放HC和CO无法采用三元催化器方案。

而氢燃料电池技术,由于反应温度较低,因此不会产生NOx排放,排放物只有水。在排放上比氢燃料内燃机更有优势。

(2) 和氢燃料电池相比效率上处于劣势

由于内燃机热机,化学能要先转化成热能在转化成机械能,排气系统和冷却系统会带走热量(图7)。当前技术发动机最高热效率也只有40%左右(在很多工况下是低于30%的),宝马氢燃料内燃机的研究结果最终的热效率也只达到了42%。

而氢燃料电池是直接讲化学能转化为电能,再将电能转换为机械能驱动车辆。运行温度比较低,没有发动机较大的热损失,因此效率高的多,目前能够达到60%。从效率上完胜氢燃料内燃机。(图9)

总结一下,目前的技术条件下,和氢燃料电池技术相比,氢燃料内燃机在排放和效率上都完全没有优势,技术上是不可行的。

以上信息供大家参考,欢迎讨论。对发动机感兴趣的朋友可以关注我,每周会发布发动机技术的专业解读,谢谢支持!









氢燃料电池商业化过程任重道远!即便如此,也没有必要找一个锂电中间过程替代产品,是吧?

从环境维护来说,充电汽车并不优于汽油车。仅仅是以降低城市污染,但牺牲整体环境污染而已。所以不看好任何锂电充电汽车。

假如政策倾斜锂电充电汽车,所有汽车都换成了充电汽车,那么是否又配套处理废旧电池的业务出笼?如果没有,简直就没有必要继续发展下去最终导致全人类灾难性结果了。

第一,氢气远没有汽油燃烧值高,氢气燃烧值为1.43E8J/Kg,汽油的燃烧值4.4E8J/Kg。

第二,氢气不容易储存,需要压力容器,且压力容器本身重量和被储存的氢气本身重量相当,而可以装50公斤汽油的油箱也就10几公斤。

第三,氢气比汽油贵。

氢气的燃烧值是三万三千千卡每千克,个人认为氢燃料作为普通能源不适用。一:不安全,现最好的储氢办法是液氢储存技术,大约负的二百多度才能变成液氢,必须是双层真空外加镀膜技术还得加上很高端的冷却技术才能保证一直在液态且制冷太耗能源,一旦失去冷却作用那液氢吸热气化将热胀胀坏容器发生泄漏从而从空气中大量吸收热量而发生物理爆炸,若再遇火星则相当于30多倍梯恩梯炸药的爆炸当量,即使不遇火星的爆炸也会让接近它的人瞬间冻成冰棍。也许有人会说那就用纳米碳管等技术来储存,即使是现在最先进的技术其储存量也最多不超过自身重量的百分之四。二如果算上储存技术的重量其能量功率密度至多是二千四百千千卡每千克,远低于汽柴油的一万多千千卡每千克的重量功率密度,虽然汽柴油机的效率只有百分之四十左右,远低于质子膜燃料电池的百分之八九十,但即使是这样,汽柴油机的相同重量的燃料输出有用功还是要比氢燃料高一倍以上,当然质子膜燃料电池所发的直流电会使汽车有无级变速的功能,推进效率更高,但人们同样可以用汽柴油搞中高温的氧化钇加强二氧化锆燃料电池,同样具有无级变速功能。所以个人认为氢燃料并不适用大规模替代传统能源,效费比和效率都低,别被骗了。

裂解技术随车甲醇制备氢气,然后燃烧氢气作为动力。是否可行?

能量转化是有损耗的,从发电厂到燃烧氢的汽车要经过多少次能量的转化?如果是火电厂的话:化学能转化为内能,内能转化为动能,动能转化为电能,电能转化为化学能,化学能转化为内能最后内能转化为动能。这其中要浪费多少能量?内燃机的能量转化效率很低,只有40%左右,大部分能量都以热量的形式通过尾气排放掉了,相比之下电动机有高达90%以上的能量转化效率。而且开过电动车的朋友都发现电动车起步劲更大,推背感更强,因为不同转速下电动机的扭矩基本没有变化,而内燃机在不同转速下输出扭矩有很大区别,低速和高速下扭矩都偏小。所以只要电池技术能得到突破内燃机必将成为历史,何必再去纠结给内燃机换什么燃料呢?

按技术研究可以,普及不现实,氢气的危险性太大了

氢气内燃机其实也不是不行,只是方法问题。氢气内燃机主要是NOx污染问题,这个在柴油车上已经有近乎完美的解决方案,就是用尿素水溶液吸收。至于水蒸气腐蚀,没有的事啦,因为工作燃气温度高,水只能变成水蒸气,压根无法腐蚀发动机。至于转换效率的问题倒是比较麻烦,但氢气内燃机造价低廉,只要在技术上有所突破,自然就不用担心这个问题了。比如说目前的内燃机发展其实已经到了顶端,打破天花板的唯一出路就是外燃机,就是燃烧过程放在气缸外进行,燃烧过程得以最大限度的提升效率和延长时间。气缸内只有输出功率和排气两冲程,发动机体积更小,输出功率和转换效率更高。比起昂贵的燃料电池,这种外燃机在成本上有更大的优势。而且氢气密度低,不好储存。而外燃机除了烧氢气,还可以少甲烷,排放很少,但燃料成本更低,而且技术要求低,现在就已经可以完全上路,不需要等待储氢科技的进步。

不是不可行,是目前的成本太高!

论效能,论环保,都是优于目前的新能源汽车的,但氢气生产的能耗较高,储存要求也高,所以配套不多!制约发展

氢燃料车目前技术要求高,所以车辆成本高,商业使用并不合适,等技术成本降低后才能普及

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