เนื้อหาของบทความ:
- เกร็ดประวัติศาสตร์
- จุดเด่นของเครื่องยนต์ไฮโดรเจน
- ข้อดีและข้อเสียหลักของมอเตอร์ไฮโดรเจน
- รถยนต์ยอดนิยมที่มีเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบไฮโดรเจน
"ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงแห่งอนาคต" - ด้วยข้อความนี้ที่นำไฮโดรเจน ICE เข้าสู่อุตสาหกรรมการขนส่งและการบิน
ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ไฮโดรเจนครองตำแหน่งผู้นำท่ามกลางแหล่งพลังงานทางเลือกอื่นๆ ทั้งหมด ซึ่งเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากที่สุด มีทรัพยากรหมุนเวียน และยังมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์คลาสสิกที่ใช้น้ำมันเบนซินและดีเซล
อย่างไรก็ตาม นอกจากข้อดีที่ปฏิเสธไม่ได้แล้ว เครื่องยนต์ไฮโดรเจนยังมีข้อเสียอยู่หลายประการ ซึ่งยังไม่ทำให้เครื่องยนต์มีขนาดใหญ่และแทนที่เครื่องยนต์เบนซินและดีเซลที่ "เป็นอันตราย" ได้อย่างสมบูรณ์
เกร็ดประวัติศาสตร์
มนุษยชาติเริ่มคิดถึงความจำเป็นในการรักษาสิ่งแวดล้อมเมื่อไม่นานมานี้ แต่นักวิทยาศาสตร์เริ่มคิดถึงการเปลี่ยนเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบเดิมก่อนหน้านี้มาก
ดังนั้น จากมือของนักวิทยาศาสตร์ François Isaac de Rivaz ชาวฝรั่งเศส เครื่องยนต์ไฮโดรเจนตัวแรกถูกผลิตขึ้นในปี 1806 ในปี 1841 สหราชอาณาจักรได้รับข้อตกลงสิทธิบัตรฉบับแรกสำหรับการผลิตเครื่องยนต์ไฮโดรเจน และในปี 1852 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้รับ สามารถสร้างเครื่องยนต์สันดาปภายในทำงานโดยใช้ส่วนผสมของอากาศกับไฮโดรเจน
อย่างไรก็ตาม แผนการสำหรับการเปิดตัวเครื่องยนต์ไฮโดรเจนถูกขัดขวางโดยเครื่องยนต์เบนซิน ซึ่งเริ่มแพร่หลายหลังจากปี 1870
พวกเขาจำไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงทดแทนได้อีกครั้งในปี 1941 ในเลนินกราดที่ถูกปิดล้อม จากนั้นช่างเทคนิคโซเวียต B. Shelishch ใช้ "ค็อกเทล" ไฮโดรเจนในอากาศเพื่อยิงลูกโป่งเขื่อน
จากนั้นไฮโดรเจนก็ถูกลืมอีกครั้ง จนกระทั่งวิกฤตเชื้อเพลิงทั่วโลกมาเคาะประตูในปี 1970 ในช่วงปลายยุค 70 ผู้ผลิตรถยนต์ของ BMW ได้เปิดตัวรถยนต์คันแรกที่ใช้ไฮโดรเจน จากนั้นบริษัทอื่นๆ ก็ทำตามตัวอย่าง เช่น American General Motors และ Ford, Honda Japanese และอื่นๆ
อย่างไรก็ตาม ทันทีที่วิกฤตสงบลง ความสนใจในไฮโดรเจนในฐานะแหล่งพลังงานก็จางลงอีกครั้ง และตอนนี้ หลายทศวรรษต่อมา มนุษยชาติได้ระลึกถึงการมีอยู่ของมันอีกครั้ง ซึ่งไม่เพียงแต่ได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการกระตุ้นของนักสิ่งแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเพิ่มขึ้นของราคาเชื้อเพลิงด้วย
จุดเด่นของเครื่องยนต์ไฮโดรเจน
โครงสร้างเครื่องยนต์ไฮโดรเจนไม่แตกต่างจากเครื่องยนต์สันดาปภายในมาตรฐานมากนัก นอกจากนี้ยังมีลูกสูบ ห้องเผาไหม้ และกลไกข้อเหวี่ยงก้านสูบ แล้วความแตกต่างคืออะไร?
ความจริงก็คือเครื่องยนต์ไฮโดรเจนใช้วิธีการที่แตกต่างกันในการจัดหาส่วนผสมของเชื้อเพลิงและการเผาไหม้ที่ตามมา นอกจากนี้ การเผาไหม้ไฮโดรเจนยังใช้เวลาน้อยกว่าในกรณีของเชื้อเพลิงปิโตรเลียม ความแตกต่างนั้นไม่มีนัยสำคัญ และเมื่อมองแวบแรก ดูเหมือนว่าการเปลี่ยน ICE แบบเดิมให้เป็นไฮโดรเจนนั้นไม่ใช่เรื่องยาก แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น
ปัญหาหลายประการเกี่ยวกับการใช้เครื่องยนต์ไฮโดรเจน:
- ไฮโดรเจนเป็นเรื่องยากที่จะได้รับ ไม่เป็นความลับที่บรรจุอยู่ในน้ำและถือเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่แพร่หลายมากที่สุดในโลกอย่างถูกต้องแม้ว่าจะไม่ได้แสดงในรูปแบบที่บริสุทธิ์ก็ตาม ซึ่งหมายความว่ารถจะต้องได้รับการติดตั้งแบบปิดพิเศษ - อิเล็กโทรไลเซอร์ซึ่งมีหน้าที่ในการแยกน้ำและปล่อยให้ไฮโดรเจนถูกผลิตขึ้น อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การติดตั้งดังกล่าวทำได้ยาก ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อต้นทุนขั้นสุดท้าย
- เนื่องจากอุณหภูมิการอัดสูง ไฮโดรเจนจึงทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบโลหะต่างๆ ของโรงไฟฟ้าได้อย่างง่ายดายและแม้กระทั่งกับน้ำมันเครื่อง
- แม้แต่การรั่วไหลของไฮโดรเจนเล็กน้อยเมื่อสัมผัสกับท่อร่วมที่ให้ความร้อนก็ทำให้เกิดไฟไหม้ได้ นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมในปัจจุบัน ในการสร้างมอเตอร์ไฮโดรเจน มีเพียงโรงไฟฟ้าแบบหมุนเท่านั้นที่ใช้ เนื่องจากการลดความเสี่ยงของการเกิดไฟไหม้เนื่องจากระยะห่างระหว่างท่อร่วมไอดีและท่อร่วมไอเสียมากขึ้น
อย่างไรก็ตาม ปัญหาส่วนใหญ่ได้รับการแก้ไขแล้ว ไม่เพียงแต่ในการติดตั้งแบบโรตารี่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงในเครื่องยนต์ที่ใช้กลไกลูกสูบด้วย ซึ่งช่วยให้ไฮโดรเจนยังคงเป็นทางเลือกที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับน้ำมันเบนซิน/ดีเซล
ข้อดีและข้อเสียหลักของมอเตอร์ไฮโดรเจน
ข้อได้เปรียบหลักที่เครื่องยนต์ไฮโดรเจนมี:
- เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในระดับสูง เนื่องจากไอน้ำเป็นผลจากการเผาไหม้ เมื่อไฮโดรเจนหมดไฟ น้ำมันเครื่องก็จะไหม้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม ปริมาณไอเสียที่เป็นพิษจะน้อยกว่าเมื่อน้ำมันเบนซินหรือเชื้อเพลิง "หนัก" ถูกเผาไหม้หลายเท่า
- ประสิทธิภาพสูงซึ่งสูงกว่าโรงไฟฟ้าแบบคลาสสิกที่ใช้น้ำมันดีเซลหรือน้ำมันเบนซินหลายเท่า
- ความเรียบง่ายของโครงสร้างที่สัมพันธ์กันรวมถึงการไม่มีระบบจ่ายเชื้อเพลิงที่มีราคาแพงและไม่น่าเชื่อถือซึ่งก็อันตรายเช่นกัน
- ไร้เสียง
แม้จะมีข้อดีที่สำคัญหลายประการ แต่มอเตอร์ไฮโดรเจนก็มีข้อเสียเพียงพอ:
- ราคาสูงและความซับซ้อนของการรับไฮโดรเจนบริสุทธิ์
- โครงสร้างพื้นฐานที่ยังไม่พัฒนาของสถานีเติมน้ำมันที่สามารถเติมไฮโดรเจนได้
- ขาดมาตรฐานสากลสำหรับการขนส่งและการใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
- ค่าใช้จ่ายสูงของส่วนประกอบเชื้อเพลิงและการบำรุงรักษาเครื่องยนต์ไฮโดรเจน
- ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บเชื้อเพลิงไฮโดรเจน นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้กล่าวถึงวัสดุที่ต้องใช้ในการผลิตถังเก็บไฮโดรเจนที่ติดไฟได้
- การเพิ่มขึ้นของมวลรวมของรถเนื่องจากมีเครื่องยนต์ไฮโดรเจนซึ่งหนักกว่าเครื่องยนต์เบนซินและดีเซลที่แพร่หลายในปัจจุบันอย่างเห็นได้ชัด
นอกจากนี้ ถังไฮโดรเจนจะต้องได้รับการตรวจสอบและรับรองอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งสามารถทำได้โดยช่างเทคนิคที่ผ่านการรับรองและได้รับอนุญาตเท่านั้น
รถยนต์ยอดนิยมที่มีเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบไฮโดรเจน
ในภาพ: ริเวอร์ซิมเปิ้ล รสา
แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะยังคงไขปริศนาเกี่ยวกับปัญหาในปัจจุบันที่เกี่ยวข้องกับการใช้มอเตอร์ไฮโดรเจน แต่จำนวนรถยนต์ที่ใช้ไฮโดรเจนยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง รถยนต์พลังงานไฮโดรเจนที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ:
- Toyota Mirai FCV - รถเปิดตัวครั้งแรกในปี 2013 แต่ออกจำหน่ายในปี 2015 เท่านั้น กระบอกสูบที่มีอยู่ในนั้นให้ "ช่วง" ประมาณ 500 กม.
- BMW 750hL ซึ่งเป็นรุ่นต้นแบบที่เปิดตัวในปี 2000 รถติดตั้งถังไฮโดรเจนพิเศษซึ่งมีปริมาณสำรองเพียงพอสำหรับระยะทาง 300 กม.
- Honda Clarity เป็นรถอีกคันที่ใช้ไฮโดรเจนแทนน้ำมันแบบคลาสสิก ข้อได้เปรียบหลักของรุ่นนี้คือรูปลักษณ์ที่งดงามและน่าประทับใจตามมาตรฐานของรถยนต์ไฮโดรเจนซึ่งมีกำลังสำรอง 589 กม.
- The Riversimple Rasa เป็นรถยนต์ไฮโดรเจนขนาดเล็กที่มีพื้นเพมาจากสหราชอาณาจักร คุณสมบัติหลักของมันคือน้ำหนักเบา (เพียง 500 กก.) และสำรองพลังงานที่น่าประทับใจได้ประมาณ 500 กม.
นอกจากนี้ ผู้ผลิตยังคงนำเสนอรถยนต์แนวคิดไฮโดรเจนต่อไป เช่น Audi H-tron Quattro, Mercedes GLC ไฮโดรเจน, รถบรรทุก Nikola One จาก Nikola Motor, ซูเปอร์คาร์ H2 Speed จากบ้านดีไซน์ Pininfarina และอื่นๆ อีกมากมาย
บทสรุป
แม้จะมีข้อเสียหลายประการ แต่ไฮโดรเจนสามารถเป็นแหล่งพลังงานสะอาดที่มีแนวโน้มมากที่สุดในช่วง 30-40 ปีข้างหน้า เราแค่ต้องหาวิธีการผลิตไฮโดรเจนอย่างมีประสิทธิภาพและพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการส่งมอบไปยังผู้บริโภคปลายทาง จากนั้นมนุษยชาติจะลืมไปตลอดกาล ไม่เพียงแต่เรื่องเชื้อเพลิงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวิกฤตสิ่งแวดล้อมด้วย
