Wodór i silnik elektryczny

wodor
Końcówka do napełniania ciekłym wodorem zbiornika pojazdu przypomina zwykły „pistolet” benzynowego dystrybutora, ma jednak specjalny system uszczelnień, który musi gwarantować całkowitą szczelność połączenia, gdy przepływa przez nie wodór w stanie ciekłym. Konstrukcja uszczelnień, materiały i dokładność wykonania przeniesione są wprost z technologii stosowanych przy silnikach rakiet kosmicznych.

Analiza zagadnień teorii ruchu samochodu wykazuje, że silnik spalinowy praktycznie nie nadaje się do napędu pojazdów. Nie dysponuje maksymalnym momentem obrotowym od zerowych obrotów, zanim zacznie pracować trzeba go uruchamiać, stosując inne źródła energii, zasilają go paliwa, których ilość jest ograniczona, ma niewielką sprawność, emituje znaczne ilości substancji toksycznych, w końcu jest skomplikowany w budowie i eksploatacji. Idealny do napędu samochodów jest natomiast silnik elektryczny, który tych wszystkich wad nie ma.
Porównanie dwóch rodzajów silników było jednym z bodźców do podjęcia prac nad nowymi paliwami i źródłami napędu samochodów, jakie od wielu lat prowadzi centrum badań alternatywnych napędów General Motors (GAPC). Specjaliści z GAPC upatrują popularności silnika spalinowego w dostępności i łatwości posługiwania się paliwami, będącymi pochodnymi ropy naftowej. Złoża ropy występują dość często, a jej wydobycie nie wymaga wielkich nakładów finansowych. Przeróbka ropy na paliwa jest też procesem nieskomplikowanym i szybkim, podobnie jak ich transport i sprzedaż detaliczna. Napełnienie zbiornika benzyną, która pozwala pokonać dystans ponad 500 km, trwa średnio 2-3 minuty. Te atuty sprawiły, że w pionierskich czasach motoryzacji, mimo równoległego rozwoju napędu silnikiem spalinowym i elektrycznym (pierwszy rekord prędkości należał do pojazdu elektrycznego), trudności w posługiwaniu się ciężkimi akumulatorami i długotrwały proces ich ładowania dały pierwszeństwo benzynie. Ponieważ prace nad napędem elektrycznym nie przynosiły widocznych efektów, szybko o nim zapomniano.
Świadomość wad napędu benzynowego, a szczególnie stopnia zanieczyszczenia środowiska, nakazują szukać innych paliw i systemów napędowych. Dodatkowym powodem jest przewidywane w ciągu następnych 200-300 lat wyczerpanie się eksploatowanych i hipotetycznie istniejących złóż ropy naftowej.
Najlepszym więc rozwiązaniem dla motoryzacji byłoby użycie paliwa łatwo dostępnego i odnawialnego, czyli takiego, którego użycie nie uszczupla jego zapasu. Konieczne jest również zastosowanie takiego systemu jego wykorzystania, który zapewni całkowitą ochronę środowiska. Najlepsze rozwiązanie to, zdaniem specjalistów z GAPC, wodór i silnik elektryczny. Podstawowymi zaletami napędu elektrycznego są: wysoki moment obrotowy dostępny w całym użytecznym zakresie pracy (od 0 obrotów), prosta budowa, bardzo wysoka niezawodność i trwałość, eliminacja skrzyni biegów i sprzęgła, możliwość odzyskiwania energii w czasie hamowania, cicha praca, brak emisji substancji szkodliwych. Oczywiście silnik elektryczny wymaga źródła energii. Nawet najlepsze akumulatory nie są w stanie zapewnić zasięgu porównywalnego z tym, jaki ma pojazd benzynowy, a czas ładowania nie pozwala na swobodę korzystania z samochodu, dlatego trzeba produkować energię elektryczną na pokładzie pojazdu – stąd pomysł ogniwa paliwowego. Energię elektryczną można produkować w reaktorach, przetwarzających ciekłe lub gazowe węglowodory, alkohol albo wodór. Podczas przetwarzania węglowodorów i alkoholu w wyniku reakcji chemicznych oprócz prądu elektrycznego powstają substancje toksyczne (kwasy, dwutlenek węgla, tlenki azotu). Jedynie przetwarzanie wodoru nie daje zanieczyszczeń, a dodatkowo jest to pierwiastek wszechobecny i jego zapasy są nieograniczone. Najwięcej wodoru zawiera woda, która poddana działaniu prądu elektrycznego rozkłada się na: tlen i wodór. Z kolei reakcja wodoru z tlenem w ogniwie tworzy wodę – proces jest odwracalny. W 1839 roku angielski fizyk William Robert Grove opracował zasadę działania ogniwa, w którym w wyniku łagodnie przebiegającej syntezy wodoru z tlenem powstawała woda i niewielka różnica potencjału elektrycznego na częściach jego obudowy. Było to podstawą do opracowania użytecznych urządzeń, wykorzystywanych w badaniach kosmicznych. W GAPC prowadzono także badania, zastępując w silnikach spalinowych benzynę i olej napędowy mieszankami gazów, alkoholem czy wodorem, ale sytuacja ani pod względem energetycznym, ani emisji toksyn zasadniczo nie zmieniła się na korzyść.