Właśnie opublikowaliśmy 12 odcinek podcastu Coopernicus!
Artykuł - zdjęcie główne
Wodór – przyszłość czystego napędu?

Wodór może być czystym paliwem, którego spalanie w silniku spalinowym powoduje przede wszystkim powstawanie wody, ale także pewnej ilości podtlenków azotu. Wodór jest nośnikiem energii, który może być wykorzystywany do przechowywania, przesyłania i dostarczania energii uzyskanej z innych źródeł, takich jak gaz ziemny, energia jądrowa, biomasa i energia odnawialna, np. słoneczna i wiatrowa. Właściwości te sprawiają, że wodór jest atrakcyjnym paliwem dla transportu i energetyki. Może on być wykorzystywany w samochodach, w domu, do zasilania urządzeń przenośnych i w wielu innych zastosowaniach.

Obecnie wodór można produkować na wiele sposobów. Najpopularniejsze obecnie metody to reformowanie gazu ziemnego (proces termiczny) i elektroliza. Inne metody obejmują procesy słoneczne i biologiczne.

Większość krajów na świecie obiecała podjąć działania w związku z coraz poważniejszym problemem globalnego ocieplenia. Objawiło się to przede wszystkim w postaci sztywnych przepisów mających na celu ograniczenie emisji dwutlenku węgla. Naturalnym celem jest sektor transportu, który odpowiada za znaczną część światowej emisji. Oczekuje się, że tendencja ta będzie się utrzymywać w miarę narastania międzynarodowych nacisków na coraz większe redukcje emisji. Obecnie powszechnie uważa się, że odpowiedzią na wyzwanie związane z pojazdami zeroemisyjnymi są dwa układy napędowe: elektryczny z akumulatorem i hybrydowy z ogniwami paliwowymi na wodór (H2).

Oba te układy napędowe wiążą się jednak z poważnymi problemami, które osłabiają ich potencjał do masowego wdrożenia. Główne problemy związane z akumulatorowymi elektrycznymi układami napędowymi to długi czas ładowania, obawy dotyczące zasięgu, wysokie koszty zakupu, wysoki ślad węglowy związany z produkcją, brak infrastruktury oraz niesprawdzona długoterminowa niezawodność. Istnieją również pewne obawy pośrednie, takie jak wyczerpywanie się zasobów metali szlachetnych, eksploatacja ubogich środowisk górniczych, toksyczność związana z wydobyciem itp. Hybrydowy układ napędowy wykorzystujący ogniwa paliwowe H2 poprawia problemy związane z czasem ładowania i zasięgiem elektrycznego układu napędowego zasilanego z akumulatorów, kosztem zwiększenia nasilenia innych problemów. Mimo że prowadzone obecnie badania koncentrują się na ograniczeniu tych problemów, bardzo możliwe jest, że w wymaganym czasie nie uda się opracować rozwiązań możliwych do wdrożenia.

Aby nie dopuścić do urzeczywistnienia się tej mało optymistycznej wizji, tysiące naukowców na całym świecie łączy swoje umysły, starając się doprowadzić do praktycznej użyteczności hybrydowych ogniw paliwowych H2. Wśród tych wszystkich inicjatyw szczególnie obiecujące badania wydaje się prowadzić Kacper Kaczmarczyk, doktorant z Uniwersytetu w Bath. W ramach studiów doktoranckich w zakresie rozwoju spalania wodoru prowadzi on badania koncentrujące się głównie na zwiększeniu możliwości wykorzystania wodoru w silnikach spalinowych poprzez rozwój i wykorzystanie obliczeniowej dynamiki płynów. Jego praca dzieli się na trzy główne elementy:

1. Kompleksowa ocena kinetyki chemicznej istniejących mechanizmów spalania wodoru w warunkach pracy silnika. Praca ta ma kluczowe znaczenie, ponieważ kinetyka chemiczna jest wykorzystywana do modelowania reakcji chemicznych, a zatem samego spalania, jak również powstawania szkodliwych emisji, takich jak tlenki azotu.

2. Ocena turbulentnej dyfuzyjności masy w modelowaniu niestabilnym, uśrednionym metodą Reynolda Naviera Stokesa (URANS) bezpośredniego wtrysku wodoru. Dokładne modelowanie tworzenia się mieszanki ma zasadnicze znaczenie dla modelowania pracy silnika spalinowego wewnętrznego spalania. Obecnie nie można tego osiągnąć za pomocą typowych metod.

3. Badania nad modelowaniem płomienia H2 w warunkach pracy silnika. Płomienie H2 należą do najbardziej złożonych, dlatego ich badanie w szerszym kontekście spalania, w warunkach pracy silnika, ma zasadnicze znaczenie dla dokładnego modelowania spalania w silnikach spalinowych.

Jego celem jest, aby nowo zdobyta wiedza została wykorzystana do znacznego zwiększenia sprawności silnika i znacznego zmniejszenia emisji szkodliwych gazów do atmosfery. Pozostaje mieć nadzieję, że Kacper i inni badacze pracujący obecnie nad tym problemem wkrótce dokonają znaczących postępów w swojej dziedzinie i pomogą nam zbudować zrównoważoną i zdrową przyszłość dla ludzkości.

Kacper Kaczmarczyk
University of Bath | UB · Department of Mechanical Engineering
Bio:

Kacper Kaczmarczyk jest pracownikiem naukowym na Uniwersytecie w Bath. Pracuje nad doktoratem w dziedzinie modelowania obliczeniowego i rozwoju spalania wodoru w silnikach spalinowych z zapłonem iskrowym, finansowanym przez Engineering & Physical Sciences Research Council (EPSRC) za pośrednictwem Advanced Automotive Propulsion Systems (AAPS), Centre for Doctoral Training (CDT), https://www.aaps-cdt.ac.uk/ oraz Prosperity Partnership z University of Oxford, Jaguar Land Rover i Siemens Digital Solutions https://htps.web.ox.ac.uk/home

Napisany przez:

Filip Bossowski

1 komentarz

  1. Hubert Urbanek pisze:

    Aby nie dopuścić do urzeczywistnienia się tej mało optymistycznej wizji, tysiące naukowców na całym świecie łączy swoje umysły, starając się doprowadzić do praktycznej użyteczności hybrydowych ogniw paliwowych H2.

    – > to nie jest prawdziwe stwierdzenie, wygląda na to, że ja znam póki co tylko 6 osób które to w sensowny sposób ale na własną rękę eksperymentują, nie jesteśmy UNIFIED jakkolwiek wszystkich nas naukowców łączy jeden cel

    poza tym bardzo dobry artykuł zgrabnie ogarnięty temat !

Dodaj komentarz