Toyota a dezvoltat un motor cu hidrogen lichid

Recent, Toyota a dezvoltat un motor cu ardere cu hidrogen lichid, care a concurat în cursa de 24 de ore Fuji.

Înainte de cursă, Toyota a susținut că acesta este, cităm, „Prima dată când un vehicul va concura folosind hidrogen lichid”.

Este un motiv de entuziasm pentru că, în primul rând, hidrogenul ca și combustibil necesită rezervoare masive, dar dacă este transformat în hidrogen lichid, se poate pune cu 75% mai mult combustibil în aceeași cantitate de spațiu. Cealaltă provocare care vine împreună cu hidrogenul lichid este că acesta începe să fierbă dacă nu este menținut la o temperatură de sub -253 de grade Celsius.

Ei bine, în timpul unei curse se folosește combustibilul foarte repede, așa că din acest punct de vedere, nu este un motiv de îngrijorare.
Deci, din aceste două motive, hidrogenul lichid pare a fi combustibilul ideal pentru cursele auto.
În plus, nu vor fi emisii de carbon în afară de cantitatea mică de ulei de motor care poate fi consumată.

Ei bine, teoria din spatele tuturor este destul de simplă. Deci, există un rezervor de hidrogen lichid în care e stocat acel hidrogen lichid la -253 de grade Celsius, aproape de zero absolut. Există apoi o pompă de combustibil care pompează acel hidrogen lichid într-un vaporizator unde se adaugă căldură și, astfel, se transformă acest hidrogen din formă lichidă în formă gazoasă.
Acesta trece printr-o cameră de presiune și, practic, acesta este pur și simplu un recipient pentru menținerea oricăror modificări de presiune pe care motorul le va experimenta, deoarece se poate controla cât de mult combustibil intră în motor.

Deci, o să apară această presiune variabilă, iar camera de presiune va controla acest lucru.
Apoi se injectează direct hidrogenul în motor. În acest caz, este vorba de un turbocompresor cu trei cilindri în linie de 1,6 litri cu injecție directă la GR Corolla.

Și din punct de vedere al arderii, funcționează la fel ca orice alt motor pe gaz de acolo doar folosind hidrogen în loc de benzină. Și în cea mai mare parte, singura emisie este apa.

Ok, deci ce este atât de greu la o pompă de combustibil?

Ei bine, în rezervorul de hidrogen avem pompa de combustibil. Exact ca la un motor cu ardere. Este un piston alternativ și acesta folosește la creșterea presiunii combustibilului pentru a-l transmite motorului.

Deci, pe măsură ce acest piston coboară, trage hidrogenul lichid de joasă presiune și apoi, pe măsură ce acel piston se mișcă în sus, această supapă se închide, iar supapa a doua este deschisă și împinge hidrogenul în sus, crescând presiunea pe măsură ce iese, și represurizează hidrogenul lichid pe măsură ce trece în următoarea etapă, care este vaporizatorul.

Deci, ce este atât de greu în asta?

Ei bine, hidrogenul este o moleculă foarte mică. Pompa se pune în acest rezervor, apoi se umple cu hidrogen lichid, care va scădea temperatura de la temperatura camerei până la -253 de grade Celsius.

Ei bine, ce se întâmplă când scaderea de temperatură este așa dramatică? Se micșorează. Deci, totul se va micșora. Vor fi rate diferite la care lucrurile se schimbă în dimensiune. Practic, indiferent de materialele folosite, totul se va micșora. Și, prin urmare, menținerea unei etanșări cu acest piston este foarte dificilă de făcut, deoarece există o schimbare atât de dramatică a temperaturii. Deci, cum e posibil să funcționeze la o temperatură atât de scăzută?

Așadar, dacă nu ar fi sigilat, atunci când hidrogenul respectiv este tras si pistonul este împins în sus, totul începe să curgă dincolo de acel piston și nu mai functionează. Deci devine ineficient și nu va mai exista o creștere a presiunii.

Acest lucru le-a permis să efectueze aproximativ 14 ture per rezervor înainte de a trebui să facă o oprire la boxă pentru a alimenta. În 2021, aveau 35 de opriri de combustibil.
În 2023, au avut mai puține, doar 25 de opriri pentru alimentare, ca urmare a faptului că au putut rula mai mult, deoarece aveau mai mult hidrogen.

Așadar, care au fost turele totale completate în 2021? Au parcurs 358 de ture. Și în 2023 folosind hidrogen lichid, 358 de ture, exact același număr.

De ce au exact același număr de ture?

Ei bine, pentru că au fost nevoiți să înlocuiască această pompă de combustibil de două ori în timpul cursei și de ambele ori a durat aproximativ trei ore și jumătate. Deci, au petrecut un total de șapte ore înlocuind acea pompă de combustibil.

Alte lucruri de remarcat. Deoarece s-a folosit hidrogen lichid și s-au bazat pe această pompă de combustibil, presiunea de injecție în motor a fost de fapt mai mică decât în cazul hidrogenului gazos, deoarece, cu hidrogen gazos, el exista deja la o presiune foarte mare în rezervor și, astfel, a putut furniza o presiune foarte mare la motor.

Ok, deci, teoretic, un avantaj al hidrogenului lichid este că se poate avea mai multă flexibilitate cu forma rezervorului. Cu hidrogenul gazos, trebuie să se utilizeze aceste recipiente de înaltă presiune care au o formă cilindrică stabilită, ceea ce este ideal pentru a face față la aceste presiuni ridicate.

Să luăm de exemplu o sferă și apoi o cutie dreptunghiulară foarte lungă, foarte plată. Ambele au un volum de un metru cub, dar, din păcate, această cutie va avea aproximativ de două ori și jumătate suprafață mai mare. Deci, să ne gândim la asta ca la o baterie într-o mașină electrică. Trebuie să fie foarte lung, foarte lat și foarte îngust, astfel încât să se poată depozita sub mașină.

Acesta este un loc convenabil pentru a-l poziționa. Dar din păcate, toată acea zonă este mult mai expusă căldurii, care va duce la creșterea temperaturii hidrogenului mult mai rapid.

Deci, e foarte important raportul dintre volum și suprafață care ar trebui să fie cât mai mare posibil.
Se dorește un volum mărit, dar cu o suprafașă cât mai mică. Absolut absurdă dimensiunea gigantică a rezervorului care ar fi necesară pentru ca o mașină F1 cu hidrogen lichid să funcționeze fără a face opriri pentru a alimenta.

Da, poate fi ideală această etanșare cu vid, dar în cele din urmă căldura tot va pătrunde. Și pe măsură ce acea căldură intră, crește temperatura, hidrogenul se transformă din lichid în gaz, presiunea crește și apoi trebuie să se evacueze acest hidrogen.

Așadar, am discutat despre trei probleme cu adevărat mari în ceea ce privește utilizarea hidrogenului lichid, dar vreau să închei cu un mesaj ușor optimist și asta este că:

– ce nu necesită o pompă complicată, extraordinar de sofisticată, care se defectează foarte frecvent? Combustibilul sintetic!
– ce nu necesită mult spațiu pentru depozitare? Combustibilul sintetic!
– ce nu se va încinge stând în rezervor la temperatura camerei? Combustibilul sintetic!

Combustibilul sintetic rezolvă toate aceste probleme.

Singurul său dezavantaj este că are un cost mai mare al combustibilului.

Poți urmări întreaga prezentare a inginerilor de la Engineering Explained aici

Surse

https://www.youtube.com/watch?v=DGL5g91KwLA&t=17s

https://fb.watch/n-a_8MFiaa/