道路上の車両の数は時間とともに急増しています。 インド自動車メーカー協会によると、2018-19年にインドで約2600万台の自動車が販売されました。 他のいくつかの報告によると、インドでは毎分約6台の車が販売されています。 これらのボリュームは膨大であり、結果は混雑した道路の形で表示されます。 これらの車両によって引き起こされる巨大な汚染は、人々にとって大きな懸念となっています。 世界中の自動車研究者は、持続可能なエネルギー源で走ることができる車を作るために一生懸命働いています。 政府でさえ、この取り組みにおいて彼らを支援しています。 彼らは、クリーンなエネルギー源として使用される水素の大きな可能性に気づきました。 このセクターはまた、既存の技術の革新と進歩を促進している巨額の投資を引き付けています。 水素自動車は汚染が少なく、給油せずに長距離をカバーできます。 これらの車の給油は5分以内に行うことができます。 これにより、乗車前に長時間充電する必要のある電気自動車よりも優位に立つことができます。 今日は、水素自動車の技術的な詳細について説明します。
水素は2つの方法で燃料として使用できます。 ガソリンとして直接燃焼に使用することも、水素燃料電池に電力を供給するために使用することもできます。 これらの方法はどちらもクリーンで、炭素排出を引き起こしません。 それらはまた、化石燃料への依存を減らします。
1）水素燃焼エンジン車
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水素は反応性の高いガスであり、空気中で容易に燃焼します。 また、発熱量が非常に高いため、燃料としての使用に適しています。 水素燃焼エンジンはガソリンエンジンと非常によく似ています。 それらはすべて4ストロークエンジンと同じ部品を持ち、同じサイクルで動作します。 これらのエンジンでは、水素を直接噴射することも、ポート噴射法で噴射することもできます。 これらのエンジンには、水素燃料に対応するための特別なガスインジェクターが必要です。
これらのエンジンは、燃焼室からの水素の漏れを防ぐために、より優れたバルブとガスケットを必要とします。 それらはまた、より高い温度でうまく機能することができるエンジンオイルを必要とします。 これらのエンジンは、既存の製造セットアップで簡単に構築できるため、製造が簡単です。 これらのエンジンの最大の利点は、水素の燃焼生成物が純水であることです。 これらのエンジンは炭素排出を引き起こしませんが、高温燃焼はNOxの排出につながります。 水素の理想的な空燃比は34：1ですが、180：1まで燃焼する可能性があります。 より高い火炎伝播速度と巨大な発熱量は、過熱の問題を引き起こす可能性があり、加熱されたコーナーでのチャージの自動発火につながる可能性があります。 水素の他の欠点は、その体積が大きいことです。 燃焼室の前の空気に水素を空燃比34：1で注入すると、燃焼室内の空間のほぼ30％を占めることになります。 これにより、酸素のスペースが制限され、これらのエンジンの効率が低下します。 この問題を解消するために、これらのエンジンでは直接噴射が使用されています。 直接噴射の場合、燃焼室は最初に空気で満たされ、次に水素が噴射されます。 これにより、燃焼のための適切な空気の存在が保証されます。 過熱とNOxの形成を防ぐために、これらのエンジンはリーン空燃比で運転する必要があります。 これにより、出力が低下します。 ガソリンエンジンの出力に合わせるには、これらのエンジンを大きくする必要があります。 一部のメーカーは、水素燃焼エンジンでのウォーターインジェクターの使用にも取り組んでいます。 燃料と一緒に噴射された水は、エンジンシリンダーの冷却に役立ち、早期点火やNOx形成の可能性を防ぎます。 これにより、エンジンの効率が約5％向上します。
2）水素燃料電池車
水素燃料電池は今日のホットな話題です。 トヨタのような自動車大手は、燃料電池ベースの自動車の製造に多額の投資を行っています。 これらの車は、水素燃料電池を動力源とするモーターで駆動されます。 この技術は、NASAの宇宙計画で長い間使用されてきました。 これらの車には、加圧された水素を貯蔵するための密閉された燃料タンクがあります。 この水素と大気からの酸素は、電流を生成するために燃料電池で使用されます。 この電流はモーターに電力を供給し、バッテリーを充電します。 燃料電池からの放出は、水だけで構成され、他には何も含まれません。 これにより、CO、NOx、PM、SOxなどの汚染物質が車両から完全に排出されなくなります。 これらの車両は、1回の充填で200〜300kmをカバーします。 それらの効率は、ガソリンまたは水素燃焼エンジンよりもはるかに優れています。 往復部品がないため、振動や騒音がなくなります。 電気自動車のように長時間の充電は必要ありません。 これらの車の運転体験は、電気自動車のようになります。 しかし、これらの車には、寒い気候での急速なバッテリー放電や、電気自動車のように長い充電時間などの問題はありません。
水素燃料電池は、アノード、カソード、および高分子電解質の組み合わせです。 高分子電解質は、プロトンのみが通過できるため、プロトンフィルター膜とも呼ばれます。 水素燃料はアノードに供給され、酸素はカソードに供給されます。 アノードでは、水素がイオン化してH+イオンと電子を生成します。 H +（プロトン）は高分子膜を通ってカソードに向かって移動します。 それは電子がそれを通って移動することを許可しません。 電子は、モーターが接続されている外部回路を通って移動します。 この移動する電子は電流と呼ばれ、モーターを動かして車両の推進を助けます。 燃料電池が汚染されていない純水のみの場合の副産物。
燃料電池電気自動車（FCEV）と電気自動車（EV）
FCEVは電気自動車の競争相手として見られています。 多くの専門家は、モビリティの未来になるのはEVではなくFCEVだと言っています。 この考えを支持し、反対する多くの議論があります。 特定の要因に基づいて、これら両方を比較してみましょう。
パフォーマンス
FCEVは、性能と運転性の点で電気自動車と非常によく似ています。 また、レシプロエンジン部品がないため、スムーズで振動がありません。
範囲
水素燃料電池車は、電気自動車に比べて航続距離が長くなっています。 FCEVは一般に約300マイルの範囲を提供しますが、電気自動車はこれに対応するために巨大なバッテリーを必要とします。
給油時間
FCEVの最大の利点は、給油時間が短いことです。 通常、ガスタンクが完全に満たされるまで約5分かかります。 電気自動車の場合、充電には家庭用充電器で約6〜8時間かかる場合がありますが、スーパーチャージャーでは1時間かかる場合があります。
料金
FCEVは現在大規模に製造されていません。 これにより、電気自動車に比べてコストが高くなります。 ただし、量産開始に伴い価格が下落する可能性があります。
インフラストラクチャー
現在、世界にはFCEVのインフラストラクチャが不足しています。 私たちは、世界中の水素充填ステーションのネットワークを構築する必要があります。 また、これらのガソリンスタンドに水素を供給するための生産チャネルと流通チャネルを設定する必要があります。 一方、電気自動車のインフラストラクチャはかなり開発されています。 電気自動車は国内の電気で簡単に充電できます。 EV充電ステーションも急速に開発されています。
放出
これらの車両は両方とも排出物がないと見なされ、運転中に有害な排出物を生成しません。 燃料電池電気自動車の最終製品は、完全にきれいで汚染を引き起こさない水蒸気です。 一方、電気自動車は、運転中に最終製品を持っていません。 しかし、石炭や石油による発電は、多くの汚染を引き起こします。 同様に、水素の生成も大量の二酸化炭素を生成し、大気汚染を引き起こします。
運用コスト
FCEVの運用コストもEVに比べて非常に高い。 これは水素の価格が高いためです。 水素を生成、貯蔵、輸送するための設備がないため、コストが高くなります。 一方、電気は安価で、世界中で簡単に利用できます。 FCEVの現在の運用コストは、電気自動車の約4倍です。 現在の水素製造プロセスは非効率的であり、多くのエネルギーを必要とします。 最も効率的な水素製造プロセスは加水分解ですが、それはわずか80％の効率であり、そのために大量の電力を必要とします。 これとは別に、生成された水素は、輸送のために大気圧の700倍の圧力で貯蔵する必要があります。 輸送は道路輸送で行われ、さらにコストがかかります。 他の手での電気は非常に簡単に生成され、世界中で利用可能な電力網を介して輸送されます。 これにより、水素よりもはるかに安価な供給源になります。
トヨタのみらい
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| エアインテーク用フロントダクト |
世界のすべての企業が電気自動車について考えているとき、トヨタは水素燃料電池技術に取り組んで忙しいです。 この分野では大幅な改善が見られました。 トヨタの未来車は、燃料電池技術をベースにした未来のクルマです。 トヨタが開発した燃料電池スタックを利用して発電します。
水素燃料の貯蔵には、3層タンクを使用しています。 内層は水素を保持するためにポリマーで裏打ちされています。 中間層は、タンクに強度を与えるために炭素強化ポリマーで作られています。 外層は、摩耗を防ぐためにガラス繊維強化ポリマーで作られています。 水素は70MPaの圧力でタンクに充填され、同時に約5kgの水素を貯蔵することができます。 タンクの総内部容積は122.4リットルで、充填には約5分かかります。 として 同社が主張するこの車は、1回の充填で最大312マイル走行できます。 車の最高速度は111mphで、9秒で0から60 km/hrまで加速できます。
水素自動車は未来的なコンセプトです。 とても便利であるにもかかわらず、彼らは普通の人の手の届かないところにあります。 水素ガスの入手可能性が最大の問題です。 この技術を実行可能にするために、この分野で多くの研究が行われています。 この分野ですぐにいくつかの注目すべき進展が見られることを願っています。