|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Samochody na paliwo alternatywne. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Według ekspertów wszystkie znane zasoby ropy naftowej na Ziemi wystarczą na nie więcej niż pięćdziesiąt lat. Benzyna staje się droższa, a dziś nie próbują jej zastąpić niczym. Oraz skroplony gaz ziemny oraz wszelkiego rodzaju syntetyzowane gazy i płyny, w szczególności alkohol, który jest wytwarzany z różnych surowców, od trzciny po skórki pomarańczy. Prawie wszystkie te paliwa są mniej szkodliwe dla środowiska niż benzyna, ale spaliny samochodowe nadal nie są nieszkodliwe. W pewnych warunkach samochód elektryczny mógłby zasadniczo rozwiązać problem zanieczyszczenia powietrza przez pojazdy silnikowe. Aby to osiągnąć, nie tylko eksploatacja źródła energii, ale także produkcja tego źródła, a nawet utylizacja odpadów powinna stać się przyjazna dla środowiska. Dotychczas akumulator stosowany zwykle w pojazdach elektrycznych nie spełnia tych wymagań. "A jednak", jak pisze K. Klimov w czasopiśmie "Science and Life", "w ostatnich latach samochód elektryczny był znacznie szerzej używany. Dzięki rozwojowi największych firm motoryzacyjnych na świecie, wady akumulator - waga, wymiary, konieczność częstego ładowania - nieco się zmniejszyły.W ostatnim czasie np. niemiecka firma BMW pokazała nowy samochód elektryczny oparty na akumulatorze siarczkowo-sodowym, który według firmy zajmuje zaledwie 96 sekund rozpędzić się od postoju do prędkości 20 kilometrów na godzinę, maksymalnej prędkości 130 kilometrów na godzinę, a zasięg między doładowaniami sięga 270 kilometrów. Ale taki samochód elektryczny nie znajdzie masowego zastosowania w transporcie, ponieważ temperatura pracy bateria sodowo-siarkowa ma temperaturę ok. 350 st. C. Zarówno ta temperatura, jak i konieczność jej utrzymywania podczas pracy baterii za pomocą specjalnych grzałek sprawiają, że jest ona wybuchowa i niebezpieczna dla pożaru” . Z roku na rok na drogach publicznych jeździ coraz więcej „elektrycznych” samochodów, a doniesienia o nowościach w tej dziedzinie nie opuszczają łamów magazynów i gazet. Do niedawna rozwój pojazdów elektrycznych ograniczały niskie parametry źródeł prądu. Przez wiele lat w takiej pojemności służył tradycyjny akumulator kwasowo-ołowiowy. Oprócz innych poważnych niedociągnięć ograniczył przebieg samochodu przed naładowaniem do około 150 kilometrów. W wyniku modernizacji akumulator został rozjaśniony, a kwas w postaci płynnej zastąpiony mniej niebezpiecznym żelem. Niemniej jednak nie trzeba czekać na przełom w tym kierunku, gęstość „upakowania” energii i moc akumulatorów kwasowych osiągnęły prawie teoretyczną granicę. Ale zastępując ołów niklem, udało się stworzyć całą gamę nowych baterii – niklowo-kadmowych, niklowo-wodorkowych i niklowo-cynkowych. Wypadają korzystnie w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi. Charakteryzują się trwałością, niewrażliwością na mróz, możliwością szybkiego ładowania. To prawda, że są droższe, a niektóre rodzaje baterii nadal trzeba okresowo doładowywać. Systemy niklowo-metalowo-wodorkowe są dziś uznawane za najbardziej obiecujące. To oni mają maksymalne określone wskaźniki, a samorozładowanie jest dopuszczalne: pięćdziesiąt procent pojemności miesięcznie. Od pierwszego zastosowania tych akumulatorów w przemyśle motoryzacyjnym minęło sześć lat. W tym czasie eksperymentalne pojazdy elektryczne przejechały po drogach miliony kilometrów, udowadniając, że nadają się do pracy w temperaturach od minus dwudziestu pięciu do plus pięćdziesięciu stopni. Oto, co pisze magazyn „Za kierownicą”: „Oczywiste zalety systemów niklowo-metalowo-wodorkowych to przede wszystkim prawie podwojony przebieg do następnego ładowania - do 250 kilometrów w porównaniu z akumulatorem kwasowo-ołowiowym. 1996 r. został również odnotowany rekord: samochód Solectria-Sunrise, napędzany wyłącznie silnikiem elektrycznym zasilanym akumulatorami niklowo-metalowo-wodorkowymi, przejechał za jednym razem ponad 600 kilometrów! ponad 10 80 cykli ładowania i rozładowania, co jest porównywalne z przebiegiem 80000 160000 kilometrów. O tym wszystkim z przyjemnością powiemy kupującemu na przykład w salonach Toyoty w USA i od razu zaproponują jazdę nowiutkim pojazdem terenowym RAV-4EV. Pod jej podłogą ukryte są 24 akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe, które zasilają silnik elektryczny o mocy 67 KM. To wystarczyło na dość rozbrykane przyspieszenie (0-100 km/h – 18 sekund), a prędkość maksymalną trzeba było ograniczyć do 125 km/h. Podobało mi się - "RAV-4EV" można tam kupić za 42000 106 $. Coś nie pasuje? Nie denerwuj się – w końcu wybór aut elektrycznych Toyoty nie jest ograniczony. Jest Honda EV Plus, Ford Ranger EV i Nissan Altima EV – lista jest długa. Europejczycy polubili Peugeot-XNUMX Electric i Citroen-AX Electric, a mikromobil Bombardier NV ma zaimponować modnej młodzieży, o którą proszą prawie mniej niż o niektóre VAZy.
Między innymi pojazdy elektryczne dały początek nowemu, niezwykle obiecującemu kierunekowi – tzw. samochodom hybrydowym. Schemat hybrydowy to połączenie silnika zasilanego zwykłym paliwem (benzyna lub gaz, ale częściej olej napędowy) i silnika elektrycznego. Typowy przedstawiciel tej grupy, Toyota Prius, jest jednym z najbardziej udanych komercyjnie egzemplarzy. W zeszłym roku ponad dziesięć tysięcy kupujących preferowało ten model, a to już coś znaczy. W USA, aby pobudzić branżę motoryzacyjną do aktywnego poszukiwania nowych rozwiązań, uchwalono ustawę wymagającą od każdej firmy posiadania w swoim programie przynajmniej jednego modelu samochodu elektrycznego do 2003 roku. W przeciwnym razie - zakaz handlu. Wśród głównych pretendentów do tytułu „głównego konkurenta silników spalinowych” są dziś samochody z ogniwami paliwowymi. Ogniwo paliwowe po raz pierwszy ujrzało światło dzienne w 1839 roku, kiedy angielski fizyk William Grove wygenerował elektryczność w wyniku elektrochemicznej reakcji wodoru z tlenem. Temat zaczął być intensywnie rozwijany w latach 1960. i 1970. XX wieku, kiedy po raz pierwszy zastosowano silniki na ogniwa paliwowe w przemyśle kosmicznym. Jak zwykle w elektrowniach cieplnych następuje zamiana energii chemicznej paliwa na energię elektryczną? Po pierwsze, energia cieplna uwalniana podczas spalania jest zamieniana na energię kinetyczną pary. Następnie energia pary na wirniku turbiny zamieniana jest na mechaniczną energię obrotu. I wreszcie w uzwojeniach generatora energia mechaniczna staje się elektryczna. Straty są nieuniknione na każdym etapie. W ogniwie paliwowym energia chemiczna paliwa jest natychmiast przekształcana w energię elektryczną. Ogniwo paliwowe, czyli generator elektrochemiczny, to urządzenie techniczne, w którym zachodzi reakcja utleniania paliwa, podczas której wytwarzana jest energia elektryczna. Wodór, alkohol, amoniak i węglowodory (gaz ziemny, olej) mogą służyć jako paliwo, a tlen, kwas azotowy itp. mogą służyć jako utleniacze (spalanie jest reakcją utleniania). Konstrukcja ogniwa paliwowego jest prosta. Jest to naczynie z elektrolitem (wodnym roztworem kwasu lub zasady), dwiema porowatymi elektrodami (anodą i katodą, jak w akumulatorze) oraz rurkami doprowadzającymi paliwo (do anody) i utleniaczem (do katody) . Na anodzie cząsteczki wodoru rozpadają się na atomy, które tracą elektrony, stają się jonami dodatnimi i trafiają do elektrolitu. Anoda, która utraciła jony, otrzymuje ładunek ujemny w stosunku do drugiej elektrody, a wolne elektrony przemieszczają się w kierunku tej drugiej wzdłuż obwodu zewnętrznego. Tam łączą się z atomami tlenu - powstają jony ujemne. Te ostatnie przechodzą przez elektrolit i łączą się z dodatnimi jonami wodoru. W ten sposób powstaje zamknięty obwód, przez który przepływa prąd elektryczny, a ogniwo paliwowe staje się generatorem elektrycznym. Oprócz energii elektrycznej wytwarza również produkt uboczny - wodę destylowaną. Pojedyncze ogniwo paliwowe wytwarza napięcie około 1,5 V. Aby uzyskać wyższe napięcie, ogniwa są ze sobą połączone szeregowo, tworząc akumulatory.
Czas ciągłej pracy baterii uzależniony jest od zapasu paliwa, utleniacza oraz zużycia (utleniania) materiałów elektrodowych i wynosi 1000 godzin w istniejących instalacjach. Dlatego są obecnie wykorzystywane wyłącznie do zasilania autonomicznych odbiorców, takich jak pojazdy głębinowe czy stacje kosmiczne bliskie Ziemi. Obecnie najczęściej stosuje się ogniwa paliwowe wodorowo-tlenowe. Jednak znacznie wydajniejsze są powietrzno-aluminiowe ogniwa paliwowe, w których katodą jest porowata płyta węglowo-grafitowa, do której wchodzi tlen z powietrza, a anoda jest płytą ze stopu aluminium. Utlenianie przebiega z wydajnością osiemdziesięciu procent, a kilogram aluminium „spalonego” w temperaturze pokojowej jest w stanie dostarczyć do obiegu zewnętrznego mniej więcej tyle samo energii, ile daje kilogram węgla przy spalaniu w powietrzu w bardzo wysokiej temperaturze. „Takie źródła energii elektrycznej mają wiele zalet: prostota konstrukcji, pełne bezpieczeństwo działania i dobre specyficzne właściwości energetyczne”, pisze K. Klimov w swoim artykule w czasopiśmie „Science and Life”, materiał, który jest determinowany głównie przez energię intensywność procesu produkcyjnego. Ta wada powinna jednak z czasem maleć, a dzięki najnowszym osiągnięciom Instytutu Metalurgii AA Bajkowa Rosyjskiej Akademii Nauk prawdopodobnie zostanie całkowicie wyeliminowana, a ponadto w niedaleka przyszłość . Specjaliści Instytutu opracowali nową i wysoce efektywną metodę tzw. wieloskładnikowych reakcji chemicznych. W specjalnie dobranym medium, które ma zarówno przewodnictwo jonowe, jak i elektronowe, w określonej temperaturze zachodzą wielokrotne i równomiernie rozmieszczone mikroelektrody (tak się je nazywa) reakcje elektrochemiczne. Z ich pomocą można uzyskać wiele znanych pierwiastków w czystej postaci, w tym metale, a w szczególności aluminium. Robi się to już dzisiaj, ale jak dotąd w warunkach laboratoryjnych, a jako surowiec stosuje się zwykłą glinę glebową lub dowolny surowiec rudy zawierający tlenek glinu. Tlenek glinu (główny składnik tlenku glinu) jest przekształcany za pomocą chlorku wapnia w chlorek glinu i przesyłany do reaktora. Dostają się tam również opary metalicznego sodu, który otrzymuje się przez ogrzewanie sody z węglem. W ten sposób w reaktorze powstaje roztwór sodu zmieszany z roztopionym aluminium i powstają warunki do jednoczesnego występowania wielu reakcji redoks. W wyniku tych reakcji otrzymuje się ciekłe aluminium. Niektóre z tych reakcji idą w parze z uwolnieniem ciepła, co oczywiście zmniejsza energochłonność procesu produkcyjnego. Sama produkcja okazuje się zarówno prostsza, jak i tańsza niż tradycyjna elektroliza, a także znacznie czystsza ekologicznie.” Jeśli przemysłowi uda się opanować nową technologię produkcji aluminium, to i jego stopy staną się znacznie tańsze. To rozwiąże dwa problemy naraz. Po pierwsze, przyspieszy rozwiązanie problemu paliwa samochodowego. Po drugie, karoseria może być wykonana z lekkiego i niekorodującego materiału, co doprowadzi do znacznego zmniejszenia jego wagi. A zmniejszenie masy samochodu zmniejszy zużycie energii podczas jazdy. Ogniwa paliwowe powietrzno-aluminiowe są już produkowane w wielu krajach, w tym w Rosji. Ale Japończycy okazywali im szczególne zainteresowanie. Produkują je w dziesiątkach milionów rocznie. Japończycy nie ukrywają zamiaru uruchomienia w najbliższym czasie produkcji pojazdów elektrycznych na aluminium. Mercedes-Benz (obecnie Daimler-Chrysler) jest uważany za jednego z pionierów we wprowadzaniu tej technologii do przemysłu motoryzacyjnego. W 1994 roku na bazie furgonetki zbudowała prototyp samochodu z ogniwami paliwowymi „Neckar-1”. Dwa lata później samochód osobowy klasy V został wyposażony w podobną elektrownię. Nowym krokiem była premiera Nekara-3, który jako paliwo wykorzystuje metanol. Jak pisze magazyn „Za kierownicą”: „Wyróżniającą cechą tego modelu jest brak akumulatorów do magazynowania energii. Proces w układzie zachodzi bezpośrednio – po naciśnięciu pedału przyspieszenia dostępne jest około dziewięćdziesiąt procent mocy maksymalnej w mniej niż dwie sekundy.W efekcie przyzwoita dynamika przyspieszania samochodu, całkiem porównywalna z konwencjonalnymi modelami diesla lub benzyny.Jeśli chodzi o paliwo, stosowanie metanolu nie wymaga żadnych specjalnych środków bezpieczeństwa, a proces tankowania samochodu niewiele różni się od napełniania zbiornika benzyną. Nawiasem mówiąc, zbiornik paliwa Neckar-3 mieści 38 litrów paliwa, na którym samochód jest w stanie pokonać 400 kilometrów. Wydaje się, że to już dobry wynik pokonany ” Neckar-4" - kolejny i na pewno nie ostatni prototyp na drodze do masowej produkcji. Oprócz koncernu Daimler-Chrysler badania i rozwój pojazdów z ogniwami paliwowymi prowadzi wiele firm – Ford i Volvo, Nissan i Renault, Mazda… I choć wciąż jest wiele problemów do rozwiązania na droga Według prognoz Daimler-Chrysler, tylko ta firma będzie w stanie uruchomić produkcję od 40 100 do 4 5 pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi w ciągu najbliższych XNUMX-XNUMX lat dzięki seryjnej produkcji takich pojazdów. Guy Negre, projektant „Formuły 1”, założył firmę MDI, w której zaczął tworzyć nowy silnik – hybrydowy. W nim w szczególności powietrze może pełnić rolę paliwa! Murzyn postanowił porzucić klasyczny schemat, w którym wszystkie działania odbywają się w jednym cylindrze. Używa dwóch: jednej o objętości 270, a drugiej o objętości 755 centymetrów sześciennych. Cylindry połączone są zaworami ze sferyczną komorą 20 centymetrów sześciennych. Gdy silnik pracuje na benzynie, mały cylinder zasysa i kompresuje palną mieszankę, która jest następnie wpychana do komory spalania. Tam jest zapalany przez wyładowanie iskrowe i wypala się ze stałą objętością (oba zawory komory są zamknięte). Następnie otwiera się zawór prowadzący do cylindra rozprężnego (dużego). Taki schemat ma wiele zalet. Faza spalania jest oddzielona od rozprężania i jest znacznie dłuższa niż w konwencjonalnym silniku, dzięki czemu nowy silnik może pracować na ekstremalnie ubogich, wolno palnych mieszankach, nie potrzebuje tłumika, a toksyczność spalin jest porównywalna ze zwykłym powietrzem miejskim. Podczas pracy ze sprężonym powietrzem procesy w silniku praktycznie się nie zmieniają. Wydawało się, że cel został osiągnięty, ale Guy Negro zabrał się do pracy nad nowym silnikiem i nowym samochodem. Nazwał to TOP - "taksówką zero zanieczyszczeń". Ta nazwa odzwierciedla koncepcję: ten samochód nie będzie napędzany benzyną, tylko sprężonym powietrzem. "Nawet w projekcie samochód wzbudził duże zainteresowanie nie tylko wśród specjalistów" - donosi magazyn "Za Rulem", "ale także wśród rządzących. Tak więc w Meksyku komisja parlamentarna ds. transportu zainteresowała się rozwojem francuskich inżynierów. a po wizycie Meksykanów Brignole podpisało umowę na stopniową wymianę wszystkich 1997 87 taksówek w Mexico City, najbardziej zanieczyszczonej stolicy świata, samochodami z czystym „wydechem”. TOP modele będą montowane na miejscu - Francuzi zbuduje zakład pod klucz za granicą. Przewidujemy zastrzeżenia: mówią, że aby wpompować powietrze do butli, potrzebna jest energia, a elektrownie też są źródłem zanieczyszczeń. Autorzy projektu obliczyli ostateczną sprawność w łańcuchu „rafineria – samochód” dla samochodu benzynowego, elektrycznego i „powietrznego” odpowiednio: 9,4, 13,2 i 20 proc. – „powietrze” jest na czele z zauważalnym marginesem. Nowy silnik w dużej mierze powtórzył już dotartą hybrydę. Jednak teraz tłoki dłużej „wiszą” w martwych punktach (80 procent czasu) dzięki specjalnym sprzęgłom poślizgowym na wale korbowym. Do cylindra zasysane jest nie powietrze zewnętrzne, ale część spalin. Brak układów zapłonowych, wtrysku paliwa, zbiornika gazu. Ale pod spodem znajdują się cztery węglowe (prawie nieważkie!) 50-litrowe zbiorniki sprężonego powietrza. Jego rezerwa (200 litrów przy 200 atm.) wystarcza na 500 kilometrów przy prędkości 40 kilometrów na godzinę lub 100 kilometrów przy 90 kilometrach na godzinę. Podczas hamowania energia jest odzyskiwana - sprężarka wysokociśnieniowa pompuje powietrze z zewnątrz z powrotem do cylindrów. Istnieją dwa sposoby na „zatankowanie” samochodu. Z linii powietrza pod wysokim ciśnieniem - 2-3 minuty (w cenach zachodnich za jedyne półtora dolara) lub z sieci: ta sama sprężarka napompuje cylindry w 4 godziny - szybciej niż ładowanie samochodu elektrycznego. Mówiąc o pojazdach elektrycznych, nie sposób nie wspomnieć o Tesla Motors. To amerykańska firma samochodowa z Doliny Krzemowej nastawiona na produkcję pojazdów elektrycznych. Nazwany na cześć światowej sławy inżyniera elektryka i fizyka Nikoli Tesli. Pierwszym samochodem firmy był samochód sportowy Tesla Roadster. Jego oficjalna prezentacja odbyła się 19 lipca 2006 roku w Santa Monica w Kalifornii.
Tesla zajmuje się nie tylko produkcją samochodów, ale także budową sieci Supercharger - stacji do ładowania pojazdów elektrycznych. Autor: Musskiy S.A.
▪ Brajl
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Przenośny głośnik Sony Extra Bass SRS-XB33 ▪ Wielka Brytania zbuduje duże podwodne roboty ▪ Gdzie znaleźć darmową czekoladę ▪ Słuchawki będą monitorować stan mózgu i polecać muzykę odpowiednią do Twojego nastroju ▪ MOSFET-y z węglika krzemu CoolSiC 1200 V w pakiecie TO247-3/-4
▪ część witryny internetowej elektryka. Wybór artykułu ▪ artykuł Dlaczego brazylijski piłkarz Giovane Elber zakleił kiedyś usta taśmą? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Wielki łopian. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Szklarnia z bioogrzewaniem. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony