Giá trị của động cơ Hydro so với động cơ khác là gì?
Hydro – Nguồn năng lượng có thể được xem là thân thiện với môi trường hơn nhiên liệu Xăng. Nhưng nói như vậy thì động cơ Hydro sẽ giống với động cơ đốt trong chăng? Thực tế cho thấy động cơ đốt trong có những sự khác biệt. Và chính sự khác biệt đấy lại mang đến những giá trị to lớn cho nó.
Nguyên lí hoạt động giữa động cơ xăng và động cơ hydro có vẻ khá giống nhau. Động cơ Hydro có 4 thì: Nạp – Nén – Nổ – Xả. Động cơ Hydro vẫn có 2 loại, một loại sử dụng nhiên liệu phun trực tiếp vào buồng đốt, loại thứ 2 là nhiên liệu được trộn trong đường ống nạp rồi mới vào buồng đốt.
Động cơ Hydro sử dụng pin nhiên liệu trên Toyota Mirai.
Động cơ Hydro được cải tiến của Honda Clarity.
Về bản chất thì động cơ Hydro giống như động cơ đốt trong. Tuy nhiên sâu bên trong những bản chất đó vẫn là những thứ không thể giống nhau. Một sự khác biệt to lớn của động cơ Hydro khi được nhắc đến đó là sự thân thiện với môi trường. Chúng ta sẽ bị lầm tưởng rằng động cơ Hydro hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường, và thậm chí nó có thể thay thế cả xe điện. Đó là một điều không đúng. Thực tế cho thấy động cơ hydro không thải khí CO2 ra ngoài môi trường. Mặt khác hydro vẫn bị đốt cháy ở nhiệt độ cao do có khí nitơ-ôxít (NOx), đây được xem là một trong những chất gây ô nhiễm môi trường mà động cơ đốt trong vẫn đang làm mỗi ngày.
Xe Toyota sử dụng động cơ Hydro.
Vẫn thải ra môi trường khí nitơ ôxít (NOx) giống như xe xăng mà tại sao động cơ Hydro được xem là thân thiện với môi trường hơn động cơ xăng? Do giới hạn năng lượng đánh lửa thấp của hydro nên việc đốt cháy hydro rất dễ dàng và có thể sử dụng hệ thống đánh lửa bằng xăng. Ở tỷ lệ không khí / nhiên liệu (34:1 đến 180:1), tốc độ ngọn lửa giảm đáng kể. Chú ý: Để đốt cháy hoàn toàn, cần 34 pound không khí cho mỗi pound hydro. Con số này cao hơn nhiều so với tỷ lệ A/F 14,7: 1 yêu cầu đối với xăng.
Ở điều kiện cân bằng, hydro chiếm khoảng 30% trong buồng đốt, so với khoảng 1 đến 2% đối với xăng. Do đó, động cơ Hydro rất dễ dàng nổ máy trong khi máy đang lạnh.
So sánh thể tích buồng đốt và hàm lượng năng lượng của động cơ chạy bằng nhiên liệu xăng và hydro.
Nhưng cái gì cũng có hai mặt, tỉ lệ hòa trộn cao đồng nghĩa với việc xe sẽ sử dụng nhiên liệu ít hơn để đốt cháy. Và sử dụng nhiên liệu ít thì xe sẽ không mạnh như xe sử dụng xăng. Vì sử dụng ít nhiên liệu để đốt cháy, do đó động cơ Hydro sẽ thải ra môi trường NOx ít hơn so với động cơ đốt trong.
Quá trình đốt cháy của động cơ xăng.
Nhưng tỉ lệ hòa khí cao thì việc đánh lửa có giống nhau không? Câu trả lời là không. Lượng năng lượng cần dùng để đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong động cơ xăng cao gấp 12 lần so với động cơ hydro. Cụ thể là đối với động cơ xăng thì cần năng lượng là 0.24mJ, trong khi động cơ hydro thì mức năng lượng đến 0.02 thì hỗn hợp khí đốt đã cháy.
Trong ưu điểm lại luôn tồn tại nhược điểm: Nhiệt độ đốt cháy thấp, vì vậy động cơ Hydro rất dễ gặp phải hiện tượng bỏ máy. Do quá trình ma sát giữa xy lanh và thành xy lanh sẽ sinh ra nhiệt. Có nhiều điểm nhiệt độ tăng cao dẫn đến hiện tượng nổ sớm.
Những bồn chứa nhiên liệu Hydro
Nhiên liệu Hydro có một tốc độ cháy khá ấn tượng. Do vậy, toàn bộ lượng hòa khí bên trong buồng đốt của động cơ hydro sẽ đươc đốt cháy nhanh hơn động cơ xăng. Điều này đồng nghĩa với việc động cơ hydro ở vòng tua máy cao sẽ sinh ra công suất khá tốt.
Như đã nói ở trên, một số điểm trong xy lanh quá nhiệt có thể dẫn đến sự nổ sớm. Tuy nhiên, nhiệt độ tự phát cháy của hydro rất cao. Nhiệt độ tự cháy của xăng là 280 độ C trong khi nhiệt độ tự cháy của Hydro lên đến 500 độ C. Cũng chính vì nhiệt độ tự cháy khá cao, do đó hỗn hợp hydro và không khí cũng sẽ được nén ”chặt” hơn trong kì nén. Và tỉ số nén cao thì đồng nghĩa với việc tạo ra nhiều năng lượng hơn.
Hydro mang trong mình một bản chất khuếch tán khá cao. Khả năng khuếch tán cao này tạo ra sự hoàn hảo trong quá trình trộn nhiên liệu và không khí. Và tất nhiên việc sự hoàn hảo trong việc hòa trộn không khí sẽ đem lại một kì nổ tốt hơn.
Nếu vấn đề của các động cơ đốt trong sử dụng xăng là động cơ có thể bị quá nhiệt khi ma sát giữa xy lanh và thành xy lanh tạo ra nhiệt quá cao. Thì điều này hầu như không đáng lo ngại đối với động cơ hydro. Vì khoảng cách nguội của hydro rất nhanh. Nhanh hơn so với xăng gấp nhiều lần.
Toyota và Yamaha đang phát triển động cơ V8 chạy bằng hydro.
Một nhược điểm của động cơ Hydro đó là khá chiếm diện tích. Nói về cả nghĩa đen lần nghĩa bóng. Để có thể sinh ra công suất như xe xăng, nhiều nhà sản xuất đã phải bớt đi một phần thể tích của khoang hành lí chỉ để nới rộng diện tích của bình chứa nhiên liệu động cơ hydro. Khi hydro vào buồng đốt, nó chiếm đến 30% thể tích buồng đốt trong khi xăng chỉ chiếm 1-2% (tỷ trọng năng lượng trên thể tích của Hydrogen thấp).
Đối với loại động cơ Hydro sử dụng pin nhiên liệu, theo tuyên bố của đại diện Toyota, pin nhiên liệu của chiếc Mirai có khả năng tạo ra năng lượng liên tục với quãng đường lên tới 250 nghìn km. Sau mốc này, hiệu suất của pin sẽ giảm đáng kể.
Tóm lại: Động cơ Hydro đã dần được nhiều người đón nhận. Tuy nhiên, sự phổ biến của nó vẫn còn hạn chế. Nguyên nhân chính khiến loại hình vận tải này sẽ không được phát triển mạnh tại tất cả các nước là do thiếu năng lực sản xuất. Thứ hai, mỗi hãng xe sẽ phải hiện đại hóa nghiêm túc dây chuyền sản xuất, đòi hỏi nhiều vốn đầu tư đối với động cơ Hydro. Trong một nền kinh tế không ổn định do sự bùng phát của đại dịch toàn cầu, sẽ rất ít người chấp nhận rủi ro như vậy.
Động cơ Hydro vs động cơ điện, loại nào sẽ chiếm ưu thế trong tương lai?
Nếu nhìn vào tốc độ phát triển của xe điện, quá trình phổ cập hóa diễn ra rất nhanh chóng. Tuy nhiên, lý do khiến xe điện được ưa chuộng là khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Và đây thường là lý do đầu tiên tại sao chúng được mua, và không phải vì mục đích bảo vệ môi trường. Trong trường hợp với giá trị của động cơ hydro, chúng sẽ không thể tiết kiệm được tiền (ít nhất là bây giờ), bởi vì năng lượng được sử dụng nhiều hơn để sản xuất nó.