Test drive BMW è idrogenu: a seconda parte

"L'acqua. L'unicu pruduttu finale di i motori puliti di BMW hè l'usu di l'idrogenu liquidu invece di i carburanti di petroliu è permette à tutti di gode di e tecnulugia novi cun una cuscenza pulita ".

Manera BMW

Queste parolle sò una citazione di una campagna di publicità di una cumpagnia tedesca parechji anni fà. Per un bellu pezzu nimu hà interrugatu u fattu chì i Bavaresi sanu assai bè ciò chì facenu quandu si tratta di tecnulugia di u mutore è sò unu di i capi mundiali indiscutiti in questu campu. Nè ùn si pensava chì una sucità chì hà dimustratu un solidu crescita di vendita in l'ultimi anni hà da scaccià una tonna di soldi nantu à annunzii pocu cunnisciuti per tecnulugia promettenti cù un futuru incertu.

À u listessu tempu, però, e parolle citate sò parte di una campagna per prumove una versione di l'idrogenu di 745 ore più esotica di u flagship di l'automobile bavarese. Esoticu, perchè sicondu BMW, a transizione à l'alternattivi à i carburanti di l'idrocarburi, chì l'industria di l'automobile hè stata alimentata da u principiu, hà bisognu di un cambiamentu in tutta l'infrastruttura di produzzione. L'ultime hè necessariu perchè i bavaresi vedenu un percorsu di sviluppu prometitore micca in i celi di carburante largamente annunziati, ma in a cunversione di i motori di combustione interna per correre nantu à l'idrogenu. BMW crede chì l'aghjurnamentu hè un prublema solubile è hà digià fattu un prugressu significativu per risolve u prublema principali di ottene un rendimentu affidabile di u mutore è eliminà a so propensione per i prucessi di combustione incontrollati cù l'idrogenu puru. U successu in questa direzzione hè duvuta à a cumpetenza in u campu di u cuntrollu elettronicu di i prucessi di u mutore è a pussibilità di utilizà i sistemi di distribuzione di gas flexible patentati da BMW Valvetronic è Vanos, senza chì ùn saria impussibile di assicurà u funziunamentu normale di "motori d'idrogenu". . Tuttavia, i primi passi in questa direzzione datanu di u 1820, quandu u designer William Cecil hà creatu un mutore alimentatu da l'idrogenu chì opera nantu à u "principiu di vacuum" - un schema assai sfarente da quellu di u mutore inventatu dopu cù un mutore internu. . brusgiate. In u so primu sviluppu di i motori di combustione interna 60 anni dopu, u pioniere Otto hà utilizatu u gasu sinteticu digià citatu è derivati ​​​​di carbone cù un cuntenutu di l'idrogenu di circa 50%. In ogni casu, cù l'invenzione di u carburatore, l'usu di gasoline hè diventatu assai più praticu è più sicuru, è u carburante liquidu hà rimpiazzatu tutte l'altri alternattivi chì esistenu finu à avà. I pruprietà di l'idrogenu cum'è carburante sò stati scuperti parechji anni dopu da l'industria spaziale, chì hà scupertu rapidamente chì l'idrogenu avia u megliu rapportu energia / massa di qualsiasi carburante cunnisciutu da l'umanità.

In lugliu 1998, l'Associazione Europea di l'Industria Automobilistica (ACEA) s'impegna à l'Unione Europea per riduce l'emissioni di CO2008 da i veiculi novi registrati in l'Unione per una media di 2 grammi per chilometru da 140. In pratica, questu significava una riduzione di 25% di e emissioni paragunatu à u 1995, è u cunsumu mediu di carburante di a nova flotta era di circa 6,0 l / 100 km. In un futuru vicinu, misure supplementari sò previste per riduce l'emissioni di diossidu di carbonu di 14% da 2012. Questu face u compitu per e cumpagnie di vitture estremamente difficiule è, secondu l'esperti BMW, pò esse risoltu sia aduprendu carburanti à bassu carbonu o eliminendu cumpletamente u carbonu da a cumpusizione di carburante. Sicondu sta teoria, l'idrogenu riappare in l'arena di l'automobile in tutta a so gloria.

A sucietà bavarese hè diventata u primu produttore di vitture à pruduce in massa veiculi à idrogenu. E rivendicazioni ottimiste è cunfidenti di u prufessore Burkhard Geschel, membru di u cunsigliu BMW rispunsevule di i novi sviluppi, chì "a cumpagnia venderà vitture à idrogenu prima di a scadenza di a serie 7 attuale" sò diventate realtà. Cù a so ultima versione Hydrogen 7, a settima serie, presentata in u 2006, cù un mutore di 12 cilindri di 260 CV. stu missaghju hè dighjà diventatu una realità. L'intenzione paria abbastanza ambiziosa, ma micca senza ragione. BMW prova cù i motori à combustione interna chì funzionanu à l'idrogenu dapoi u 1978, è l'11 di maghju 2000 hà fattu una dimustrazione unica di e pussibilità di sta alternativa. Una flotta impressiunante di 15 750 hl veiculi di a generazione precedente di a settimana, alimentata da motori à dodici cilindri di idrogenu, hà compiu a maratona di 170 km, mettendu in risaltu u successu di a cumpagnia è a prumessa di nova tecnulugia. In 000 è 2001, alcuni di sti veiculi anu continuatu à participà à diverse manifestazioni in favori di l'idea di l'idrogenu. Allora era ora di un novu sviluppu basatu annantu à a prossima Serie 2002, aduprendu un V-7 4,4-litru mudernu è capace di una velocità massima di 212 km / h, seguitatu da l'ultimu sviluppu cù un V-12 à XNUMX cilindri. Sicondu l'opinione ufficiale di a cumpagnia, i motivi per chì BMW hà sceltu sta tecnulugia nantu à e pile à combustibile sò à tempu cummerciali è psiculogichi. Prima, stu metudu richiederà significativamente menu investimenti se l'infrastruttura di produzione cambia. Dopu, perchè e persone sò abituate à u vechju mutore di combustione interna, li piaci è serà difficiule di parte cun ellu. È u terzu, frattempu, si hè rivelatu chì sta tecnulugia si sviluppa più veloce di a tecnulugia di e pile à combustibile.

In i vitture BMW, l'idrogenu hè almacenatu in un vasu criogenicu super-insulatu, cum'è una buttiglia di termos d'alta tecnulugia sviluppata da u gruppu di refrigerazione tedesca Linde. À a bassa temperatura di almacenamento, u carburante hè in a fase liquida è entra in u mutore cum'è carburante regulare.

À questu stadiu, i cuncettori di a sucietà di Munich anu focalizatu nantu à l'iniezione indiretta di carburante, è a qualità di u mischju dipende da u modu di funziunamentu di u mutore. In u modu di carica parziale, u mutore funziona nantu à mischii magre simili à u diesel - u cambiamentu hè fattu solu in a quantità di carburante injected. Si tratta di u cosiddettu "cuntrollu di qualità" di u mischju, in u quale u mutore gira cù un eccessu d'aria, ma per via di a bassa carica, a furmazione di emissioni d'azotu hè minimizata. Quandu ci hè bisognu di una putenza significativa, u mutore cumencia à travaglià cum'è un mutore à benzina, passendu à u cosiddettu "cuntrollu quantitativu" di u mischju è di mischji normali (micca magri). Sti cambiamenti sò pussibuli, da una banda, per via di a vitezza di u cuntrollu elettronicu di i prucessi in u mutore, è da l'altra banda, per via di u funziunamentu flexible di sistemi di cuntrollu di distribuzione di gas - "doppiu" Vanos, chì travaglia in cunjunzione cù u Sistema di cuntrollu di ingressu Valvetronic senza throttle. Ci vole à tene à mente chì, secondu l'ingegneri BMW, u schema di travagliu di stu sviluppu hè solu una tappa intermedia in u sviluppu di a tecnulugia è chì in u futuru mutori passerà à l'iniezione diretta d'idrogenu in cilindri è turboalimentazione. Queste tecniche sò previste per dà una dinamica di veiculu migliore di un mutore à benzina paragunabile è un aumentu di l'efficienza generale di u mutore à combustione interna di più di 50%. Quì ci simu deliberatamente astenuti da tuccà nantu à u tema di e "pile à combustibile", postu chì sta questione hè stata aduprata abbastanza attivamente ultimamente. In listessu tempu, tuttavia, li duvemu menzionà in u cuntestu di a tecnulugia di l'idrogenu di BMW, postu chì i cuncettori di Monaco anu decisu di aduprà solu tali dispositivi per alimentà a rete elettrica di bordu in e vitture, eliminendu cumpletamente a batteria convenzionale. Questa mossa permette un risparmiu di carburante supplementu, postu chì u mutore di l'idrogenu ùn hà micca bisognu di guidà l'alternatore, è u sistema elettricu à bordu diventa completamente autonomu è indipendente da u percorsu di u drive - pò generà elettricità ancu quandu u mutore ùn hè micca in funzione, è ancu pruduce. è cunsumà energia si presta à ottimisazione cumpleta. U fattu chì solu l'elettricità quant'è necessaria pò avà esse prodotta per alimentà a pompa d'acqua, pompe à oliu, rinforzatore di frenu è sistemi cablati si traduce ancu in risparmi supplementari. Tuttavia, in parallelu à tutte queste innovazioni, u sistema di iniezione di carburante (benzina) praticamente ùn hà subitu costosi cambiamenti di cuncepimentu. Per prumove e tecnulugie di l'idrogenu in u ghjugnu 2002, BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN anu creatu u prugramma di partenariatu CleanEnergy, chì hà iniziatu cù u sviluppu di stazioni di rifornimentu cù idrogenu liquefatu è cumpressu.

BMW hè l'iniziatore di una quantità di altri prughjetti cumuni, ancu cù cumpagnie petrolifere, trà i quali i participanti più attivi sò Aral, BP, Shell, Total. L'interessu in questa zona promettente cresce in modu esponenziale - in i prossimi deci anni, a sola UE furnisce cuntribuzioni finanziarie dirette à i fondi per finanzià u sviluppu è l'implementazione di tecnulugia di l'idrogenu in quantità di 2,8 miliardi d'euros. U voluminu di l'investimenti da e cumpagnie private in u sviluppu di "idrogenu" durante stu periodu hè difficiuli di predichendu, ma hè chjaru chì assai volte superà i deduzioni da l'urganisazione senza prufittu.

Idrogenu in i motori à combustione interna

Hè interessante di nutà chì, per via di e proprietà fisiche è chimiche di l'idrogenu, hè assai più inflammable cà a benzina. In pratica, questu significa chì assai menu energia iniziale hè necessariu per inizià u prucessu di combustione in l'idrogenu. Per d 'altra banda, mischii assai magre ponu esse facilmente aduprati in i motori di l'idrogenu - qualcosa chì i mutori di gasoline muderni ghjunghjenu per mezu di tecnulugia cumplesse è caru.

U calore trà e particeddi di a mistura di l'idrogenu-aria hè menu dissipatu, è à u stessu tempu, a temperatura di l'auto-ignition è a rata di i prucessi di combustione sò assai più altu ch'è quella di gasoline. L'idrogenu hà una bassa densità è una forte diffusività (a pussibilità di particeddi chì penetranu in un altru gasu - in questu casu, l'aria).

A bassa energia di attivazione necessaria per l'autoignizione hè una di e sfide più grande in u cuntrollu di i prucessi di combustione in i mutori di l'idrogenu perchè a mistura pò facilmente accende spontaneamente per u cuntattu cù e zone più calde in a camera di combustione è a resistenza à seguità una catena di prucessi completamente incontrollati. Avoiding stu risicu hè unu di i più grandi sfide in u sviluppu di mutori di l'idrogenu, ma ùn hè micca faciule per eliminà e cunsequenze di u fattu chì una mistura ardente assai diffusa viaghja assai vicinu à i mura di u cilindru è pò penetrà spazii estremamente stretti. cum'è valves chjusi, per esempiu... Tuttu chistu deve esse pigliatu in contu quandu cuncepimentu di sti mutori.

Una temperatura d'autoignizione alta è un numeru ottanu elevatu (circa 130) permettenu un aumentu di u raportu di cumpressione di u mutore è, dunque, a so efficienza, ma dinò ci hè un periculu di autoignizione di l'idrogenu da u cuntattu cù a parte più calda. in u cilindru. U vantaghju di l'alta capacità di diffusione di l'idrogenu hè a pussibilità di mischjassi faciule cù l'aria, chì in casu di panna di u cisterna garantisce una dispersione rapida è sicura di u carburante.

A mistura ideale di l'aire-idrogenu per a combustione hà un rapportu di circa 34: 1 (per a benzina sta ratio hè 14,7: 1). Questu significa chì quandu si combina a stessa massa di l'idrogenu è a gasoline in u primu casu, hè necessariu più di duie volte l'aria. À u listessu tempu, a mistura di l'idrogenu-aria occupa assai più spaziu, chì spiega perchè i mutori di l'idrogenu anu menu putenza. Una illustrazione puramente digitale di rapporti è volumi hè abbastanza eloquente - a densità di l'idrogenu pronta per a combustione hè 56 volte menu di quella di vapore di benzina .... In ogni casu, deve esse nutatu chì, in principiu, i mutori di l'idrogenu pò ancu operare cù mischi d'aria-idrogenu finu à 180: 1 (vale à dì mischii assai "magri"), chì à u turnu significa chì u mutore pò esse operatu. senza una valvola di throttle è aduprà u principiu di i motori diesel. Hè ancu esse nutatu chì l'idrogenu hè u capu indiscutibile in a paraguni di l'idrogenu è a gasoline cum'è fonti d'energia in quantu à a massa - un kilogramu d'idrogenu hè quasi trè volte più intensivu d'energia cà un kilogramu di gasoline.

Cum'è cù i motori di gasoline, l'idrogenu liquefied pò esse injected direttamente davanti à e valvole in i manifolds, ma a megliu suluzione hè l'iniezione direttamente durante u colpu di compressione - in questu casu, a putenza pò superà quella di un mutore di gasoline simili da 25%. Questu hè chì u carburante (idrogenu) ùn spusta micca l'aria cum'è in un mutore di gasoline o diesel, chì permettenu solu l'aria (significativamente più di u solitu) per riempie a camera di combustione. Inoltre, à u cuntrariu di i motori di benzina, i motori di l'idrogenu ùn anu micca bisognu di turbulenza strutturale perchè l'idrogenu si diffonde bè cù l'aria senza sta misura. A causa di i diversi ritmi di brusgiatura in e diverse parti di u cilindru, hè megliu di mette duie spark plugs, è in i motori di l'idrogenu, l'usu di l'elettrodi di platinu hè impracticable, postu chì u platinu diventa un catalizzatore chì porta à l'ossidazione di carburante à bassa temperatura.

H2R

L'H2R hè un prototipu supersportu di travagliu custruitu da ingegneri BMW è alimentatu da un mutore di dodici cilindri chì righjunghji una pruduzzione massima di 285 hp quandu hè alimentatu da l'idrogenu. Grazie à elli, u mudellu sperimentale accelera da 0 à 100 km / h in sei seconde è righjunghji una velocità massima di 300 km / h. U mutore H2R hè basatu annantu à l'unità standard di punta utilizata in a benzina 760i è hà pigliatu solu dece. mesi per sviluppà. Per prevene a combustione spontanea, i specialisti bavaresi anu sviluppatu un ciculu di flussu speciale è una strategia di iniezione in a camera di combustione, utilizendu e pussibulità furnite da i sistemi di timing di valvula variabile di u mutore. Prima chì a mistura entre in i cilindri, l'ultimi sò rinfriscati da l'aria, è l'ignizione hè realizata solu à u centru mortu superiore - per via di l'altu ritmu di combustione cù carburante di l'idrogenu, l'ignizione ùn hè micca necessariu.

scuperti

L'analisi finanziaria di a transizione à l'energia pura di l'idrogenu ùn hè ancu assai ottimista. A produzzione, l'immagazzinamentu, u trasportu è a fornitura di gasu leggeru sò sempre processi abbastanza intensivi di energia, è in u stadiu tecnologicu attuale di u sviluppu umanu un tale schema ùn pò micca esse efficace. Tuttavia, questu ùn significa micca chì a ricerca è a ricerca di soluzioni ùn continuanu micca. E pruposte per generà idrogenu da l'acqua aduprendu l'elettricità da pannelli solari è almacenà in grandi cisterne sembranu ottimiste. D'altra parte, u prucessu di generazione di elettricità è idrogenu in a fase gassosa in u desertu di u Sahara, u trasportu in u Mediterraniu per pipeline, liquefazione è u trasportu da petroliere criogeniche, u scaricamentu in i porti è infine u trasportu in camion sona un pocu ridiculu per u mumentu ...

Una idea interessante hè stata recentemente presentata da a sucietà petrolifera norvegese Norsk Hydro, chì prupunia di pruduce idrogenu da gasu naturale in i siti di pruduzzione in u Mare di u Nordu, è u monossidu di carbonu residuale hè statu immagazzinatu in campi impoveriti sottu à u fondu marinu. A verità si trova in qualchì locu à mezu, è solu u tempu dirà induve anderà u sviluppu di l'industria di l'idrogenu.

Variante Mazda

A cumpagnia giapponese Mazda mostra ancu a so versione di u mutore di l'idrogenu - in a forma di una vittura sportiva di unità rotativa RX-8. Questu ùn hè micca surprisante, perchè e caratteristiche di u disignu di u mutore Wankel sò assai adattati per utilizà l'idrogenu cum'è carburante. U gasu hè almacenatu sottu pressione alta in un tank speciale, è u carburante hè injected direttamente in e camere di combustione. A causa di u fattu chì in u casu di i motori rotativi, i zoni in quale l'iniezione è a combustione sò siparati, è a temperatura in a parti di aspirazione hè più bassu, u prublema di a pussibilità di l'ignizione incontrollata hè significativamente ridutta. U mutore Wankel offre ancu abbastanza spaziu per dui injectors, chì hè assai impurtante per injecting a quantità ottima di l'idrogenu.