Στην αναζήτηση της αυτοκινητοβιομηχανίας για βιώσιμες και φιλικές προς το περιβάλλον ενεργειακές λύσεις, οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου ξεχωρίζουν ως μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση στις παραδοσιακές πηγές ενέργειας. Αυτές οι συσκευές μετατρέπουν ηλεκτροχημικά το καύσιμο υδρογόνου σε ηλεκτρική ενέργεια, παράγοντας μόνο νερό και θερμότητα ως υποπροϊόντα. Αυτό τα καθιστά ακρογωνιαίο λίθο των πρωτοβουλιών καθαρής ενέργειας, ιδιαίτερα στην ανάπτυξη οχημάτων μηδενικών εκπομπών ρύπων.

Κεντρικό στοιχείο για την αποτελεσματικότητα και τη λειτουργικότητα ενός συστήματος κυψελών καυσίμου είναι ο αεροσυμπιεστής κυψελών καυσίμου, ένα εξάρτημα στο οποίο η Garrett Motion έχει κάνει σημαντικές προόδους, ενισχύοντας τη δέσμευσή της για λύσεις βιώσιμης κινητικότητας.

Τι είναι ο αεροσυμπιεστής κυψελών καυσίμου;

Ένας συμπιεστής κυψελών καυσίμου είναι κρίσιμος στα συστήματα κυψελών καυσίμου και η Garrett Motion, ηγέτης στην τεχνολογία καθαρής ενέργειας, σχεδιάζει συμπιεστές σε συνδυασμό με ελεγκτές inverter που βελτιστοποιούν την πίεση του αέρα για να τροφοδοτούν τη συστοιχία κυψελών καυσίμου, βοηθώντας την να παράγει ενέργεια.
Αυτή η διαδικασία επιτρέπει την απαραίτητη αντίδραση μεταξύ οξυγόνου (από τον αέρα) και υδρογόνου, παράγοντας ηλεκτρισμό, νερό και θερμότητα. Οι συμπιεστές κυψελών καυσίμου της Garrett έχουν σχεδιαστεί για συνεχή και ελεγχόμενη παροχή αέρα, διασφαλίζοντας σταθερή και αποτελεσματική λειτουργία κυψελών καυσίμου.

Πώς λειτουργεί ένας συμπιεστής κυψελών καυσίμου Garrett;

Η προσέγγιση της Garrett στο σχεδιασμό συμπιεστών κυψελών καυσίμου ενσωματώνει διάφορες βασικές διαδικασίες:
– Εισαγωγή αέρα: Διοχετεύει αποτελεσματικά τον αέρα του περιβάλλοντος μέσω προηγμένων συστημάτων εισαγωγής.

– Συμπίεση: Χρησιμοποιώντας διαφοροποιημένες τεχνικές για τη συμπίεση του αέρα σε βέλτιστα επίπεδα πίεσης, οι ηλεκτρικοί συμπιεστές με αναλογία υψηλής πίεσης αυξάνουν σημαντικά την πυκνότητα ισχύος των κυψελών καυσίμου με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEM), ενώ μειώνουν τον θόρυβο του συμπιεστή.

– Παροχή αέρα: Κατευθύνει τον πεπιεσμένο αέρα στην πλευρά της καθόδου της στοίβας κυψελών καυσίμου, διευκολύνοντας την ηλεκτροχημική αντίδραση που παράγει ηλεκτρισμό και υδρατμούς.

– Θερμική διαχείριση: Εφαρμογή καινοτόμων λύσεων θερμικής διαχείρισης για τη διάχυση της υπερβολικής θερμότητας που παράγεται κατά τη συμπίεση, διατηρώντας την απόδοση του συστήματος κυψελών καυσίμου και τη μακροζωία.

– Ανακυκλοφορία: Βελτίωση της απόδοσης του συστήματος μέσω της στρατηγικής ανακυκλοφορίας του αέρα, βελτιστοποιώντας τις συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας για την κυψέλη καυσίμου.

Πόσο αποδοτικός είναι ένας συμπιεστής κυψελών καυσίμου Garrett;

Η απόδοση ενός συμπιεστή κυψελών καυσίμου είναι ζωτικής σημασίας για τη συνολική απόδοση του συστήματος κυψελών καυσίμου. Η μηχανική της Garrett επικεντρώνεται στη βελτιστοποίηση της ισορροπίας μεταξύ της κατανάλωσης ενέργειας και της παροχής πίεσης αέρα. Με την ανάπτυξη συμπιεστών που διατηρούν υψηλή απόδοση χωρίς να θυσιάζουν την απόδοση των κυψελών καυσίμου, η Garrett διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στην προώθηση της τεχνολογίας κυψελών καυσίμου υδρογόνου.

Οι καινοτομίες στον σχεδιασμό εξαρτημάτων, την επιλογή υλικών και τη μηχανική έχουν αποδώσει συμπιεστές που δεν είναι μόνο αποδοτικοί αλλά και ελαφροί και ανθεκτικοί, συμβάλλοντας στη βελτιωμένη απόδοση των συστημάτων κυψελών καυσίμου.

Σχεδιασμένοι για να ανταποκρίνονται στις συγκεκριμένες απαιτήσεις των συστημάτων κυψελών καυσίμου, οι συμπιεστές της Garrett εξασφαλίζουν σταθερή παροχή πεπιεσμένου αέρα, απαραίτητο για σταθερές εφαρμογές και εφαρμογές αυτοκινήτων. Οι συμπιεστές της Garrett έχουν συμπαγή σχεδιασμό χαμηλών κραδασμών που επιτρέπει την απρόσκοπτη ενσωμάτωση, προωθώντας περαιτέρω τις δυνατότητες των κυψελών καυσίμου PEM σε διάφορους τομείς.

Καθώς ο κόσμος κινείται προς πιο πράσινες ενεργειακές λύσεις, οι κυψέλες καυσίμου αναδεικνύονται ως βασική τεχνολογία στη μετάβαση. Στην καρδιά αυτής της μετάβασης βρίσκονται οι συμπιεστές κυψελών καυσίμου της Garrett, ζωτικής σημασίας για την αποτελεσματική και αξιόπιστη λειτουργία των κινητήρων κυψελών καυσίμου υδρογόνου.

Μέσω της συνεχούς καινοτομίας στην τεχνολογία των συμπιεστών, η Garrett οδηγεί τον τομέα των κυψελών καυσίμου προς τα εμπρός, προσφέροντας καθαρότερες, πιο βιώσιμες εναλλακτικές λύσεις σε σχέση με τις συμβατικές πηγές ενέργειας και συμβάλλοντας σημαντικά σε ένα βιώσιμο ενεργειακό μέλλον.

Πηγή: Garrett Motion

Τα EV κυψελών καυσίμου υδρογόνου δεν είναι ιδιαίτερα ελκυστικά, ή τουλάχιστον, δεν ήταν μέχρι πρόσφατα. Καλωσορίστε το Hyundai N Vision 74 concept, ένα EV υψηλής απόδοσης με κυψέλες καυσίμου υδρογόνου που προορίζεται να γεφυρώσει την ισχύ και τις επιδόσεις EV με το εύρος των υγρών καυσίμων. Το παρακλάδι υψηλών επιδόσεων N της Hyundai εργάζεται πάνω σε πρωτότυπα απόδοσης με μπαταρία και κυψέλες καυσίμου εδώ και επτά χρόνια και το έργο αρχίζει να αποφέρει συναρπαστικούς καρπούς. Το N Vision 74 στοχεύει να λύσει το μεγαλύτερο πρόβλημα με τα EV υψηλών επιδόσεων: την έλλειψη αυτονομίας. Αποκαλείται «υβρίδιο υδρογόνου».

Υδρογόνο: Είναι αέριο!

Με τέρμα γκάζι, οι μπαταρίες δεν διαρκούν πολύ. Ένα προηγούμενο εξ ολοκλήρου ηλεκτρικό πρωτότυπο, το RM20e, είχε αυτονομία μόνο 25 μιλίων με οδήγηση σε πίστα και ενώ η μεγαλύτερη μπαταρία θα του έδινε μεγαλύτερη αυτονομία, θα αύξανε επίσης σημαντικά το βάρος και θα μείωνε την απόδοση. Η λύση της Hyundai: προσθέστε αντί αυτού μια κυψέλη καυσίμου υδρογόνου που συνδυάζει συμπιεσμένο υδρογόνο αποθηκευμένο σε δεξαμενές, με οξυγόνο από την ατμόσφαιρα για να δημιουργήσει ηλεκτρισμό και νερό και στη συνέχεια χρησιμοποιήστε αυτήν την ηλεκτρική ενέργεια για να τροφοδοτήσετε τους ηλεκτρικούς κινητήρες.

Με μόλις 4,2 κιλά υδρογόνου επί του αυτοκινήτου και μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία 62,4 kWh, η Hyundai ισχυρίζεται ότι το N Vision 74 έχει αυτονομία άνω των 373 μιλίων όταν οδηγείτε ήπια. Είναι βέβαιο ότι η αυτονομία θα μειώνεται με γρηγορότερη οδήγηση, καθώς οι διπλοί πίσω ηλεκτρικοί κινητήρες απορροφούν ηλεκτρόνια με ισχύ άνω των 580 ίππων και ροπή 664 lb-ft. Αυτό είναι αρκετό για να δώσει στο κομψό, γωνιακό κουπέ τελική ταχύτητα πάνω από 155 mph και τη δυνατότητα να φτάσει τα 60 mph σε τέσσερα δευτερόλεπτα. Η εταιρεία εξετάζει την προσθήκη ενός μπροστινού κινητήρα σε μελλοντικά πρωτότυπα που θα μειώσει ακόμη περισσότερο τους χρόνους επιτάχυνσης.

Εκτός από την προσθήκη αυτονομίας, η κυψέλη καυσίμου μειώνει επίσης τον χρόνο ανεφοδιασμού σε μόλις πέντε λεπτά. Η μπαταρία, εν τω μεταξύ, μπορεί να φορτίζει στα 800 βολτ, γεγονός που θα πρέπει να μειώσει τον χρόνο φόρτισής της από 10% σε 80% σε λιγότερο από 18 λεπτά, με βάση τα Hyundai EV παραγωγής με παρόμοια τεχνολογία μπαταρίας. Η κυψέλη καυσίμου μπορεί να αντλήσει έως και 95 kW για να βοηθήσει στην τροφοδοσία των κινητήρων ή στην επαναφόρτιση της μπαταρίας.

Δεξαμενές καυσίμου μπροστά, ροπή στους πίσω τροχούς

Η ίδια η κυψέλη καυσίμου βρίσκεται κάτω από το καπό, ενώ ένα ζευγάρι δεξαμενές αποθήκευσης υδρογόνου είναι τοποθετημένες στο πορτμπαγκάζ. Μια μπαταρία σε σχήμα Τ χωράει πίσω και ανάμεσα στα δύο καθίσματα, διατηρώντας το βαρύτερο εξάρτημα στο κέντρο του αυτοκινήτου για καλύτερη κατανομή βάρους.

Ανεξάρτητα από την πηγή, η ισχύς τροφοδοτείται σε ένα ζεύγος κινητήρων στον πίσω άξονα, με έναν να κινεί κάθε πίσω τροχό. Αυτό επιτρέπει στον υπολογιστή να εκτελεί διανύσματα ροπής με τον ίδιο τρόπο όπως ένα ηλεκτρονικά ελεγχόμενο διαφορικό περιορισμένης ολίσθησης, ένα τέχνασμα που οι μηχανικοί χρησιμοποίησαν με μεγάλη επιτυχία στην ιδέα RM20e.

Η ψύξη της κυψέλης καυσίμου, της μπαταρίας και των κινητήρων αποτελεί μια τεράστια πρόκληση, επομένως το N Vision 74 διαθέτει τρία ξεχωριστά κυκλώματα ψύξης που εξυπηρετούν κάθε σύστημα ξεχωριστά. Ο στόχος είναι να μπορεί το αυτοκίνητο να τρέξει έναν γύρο του απαιτητικού Nürburgring Nordschleife χωρίς υπερθέρμανση και μείωση της ισχύος.

Και ποιά η σχέση του με την Ιταλία?

Όσο ωραίοι κι αν είναι οι αριθμοί, δεν μπορούν να συγκριθούν με το ίδιο το αυτοκίνητο. Εμπνευσμένο από το πρωτότυπο Hyundai Pony Coupe του 1974 που σχεδίασε ο Giorgetto Giugiaro, το N Vision 74 μοιάζει με supercar της δεκαετίας του ’70. Βλέπουμε Lancia 037 και DeLorean DMC-12 στην εμφάνιση, ενισχυμένα με τεράστιες πλευρικές εισαγωγές αέρα και ένα τεράστιο πίσω φτερό, κανένα από τα οποία δεν θα φαινόταν παράταιρο σε μια σύγχρονη Lamborghini. Αγαπάμε τους τροχούς 20 ιντσών εμπρός και 21 ιντσών πίσω σε στυλ τουρμπίνας, οι οποίοι είναι τυλιγμένοι με τα φαρδύτερα ελαστικά που έχουν υπάρξει ποτέ σε Hyundai, πλάτους 295 μπροστά και 325 πίσω. Οι προβολείς με pixel του δίνουν μια πραγματική ρετρό-φουτουριστική εμφάνιση που δεν μπορούμε παρά να αγαπήσουμε.

Ο συσχετισμός με το DeLorean δεν είναι τυχαίος. Όταν η Hyundai δεν μπόρεσε να φέρει το Pony Coupe στην αγορά για διάφορους λόγους (έλλειψη κατάλληλου κινητήρα, για να μην αναφέρουμε έλλειψη γενικής γνώσης και αποδοχής της αγοράς), ο Giugiaro συνέχισε να βελτιώνει τη σχεδίαση και τελικά πούλησε τη νέα έκδοση στην DeLorean .
«Γεννημένο από το πάτωμα του Hyundai Pony», έγραψε ο Giugiaro σε ένα απόσπασμα που ανακάλυψαν οι ιστορικοί της Hyundai, «θα είναι η μεγαλύτερη πηγή έμπνευσης για ένα αυτοκίνητο παραγωγής που έχει σχεδιαστεί για να αφήσει το στίγμα του: το θρυλικό DeLorean DMC-12».

Οι εκπρόσωποι της N επιθυμούν να ορίσουν μια ευθεία γραμμή μεταξύ του Pony Coupe και του N Vision 74, με τον ίδιο τρόπο που έκαναν μεταξύ του σεντάν Pony και του Ioniq 5. Γνωρίζουν πολύ καλά ότι η μάρκα δεν ήταν γνωστή για τη σχεδιαστική της ικανότητα μέχρι μάλλον πρόσφατα και θέλουν όλοι να ξέρουν ότι έχουν ιστορία.
«Αν δείτε το DeLorean [σε αυτό το αυτοκίνητο]», είπε ο σχεδιαστής του Hyundai Motor Group, Sangyup Lee, «απλώς θυμηθείτε, το κάναμε πρώτοι».
Το αποτέλεσμα είναι εκπληκτικό. Είναι μια τέλεια ισορροπία ρετρό έμπνευσης με μοντέρνες πινελιές. Περισσότερο από αυτό, είναι απλώς μια καλή σχεδιαστική δουλειά. Κάθε γραμμή επιλύεται τέλεια, κάθε σχήμα και καμπύλη σκόπιμη και όχι υπερβολική. Τίποτα δεν φαίνεται παράταιρο ή φασαριόζικο. Είναι καθαρό, είναι σκόπιμο και θα φαινόταν απολύτως εξαιρετικό στο δρόμο σήμερα.

Εντός, εκτός και από κάτω

Στο εσωτερικό, οι σχεδιαστές της Hyundai λένε ότι έχουν εξισορροπήσει τα παλιά και τα νέα σχεδιαστικά στοιχεία συνδυάζοντας φυσικές χειρολαβές και διακόπτες με έναν πλήρως ψηφιακό πίνακα οργάνων.

Υπάρχουν επίσης όμορφα μέρη κάτω από το αυτοκίνητο, όπου η Hyundai πειραματίζεται με την εκτύπωση 3D για να μειώσει το βάρος που είναι εγγενές στις μεγάλες μπαταρίες EV. Οι μηχανικοί δοκιμάζουν τυπωμένα μέρη πλαισίου και ακόμη και αρθρώσεις τροχών με την ελπίδα να κερδίσουν μερικά κιλά.

Η Hyundai είναι ντροπαλή για το μέλλον του N Vision 74, λέγοντας μόνο ότι η υποκείμενη τεχνολογία του θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε ένα μελλοντικό όχημα και ότι αυτό το αυτοκίνητο όπως είναι “δεν έχει επιβεβαιωθεί για εμπορική παραγωγή”. Δεδομένης της τρέχουσας κατάστασης του ανεφοδιασμού με υδρογόνο παγκοσμίως, δεν αποτελεί έκπληξη, αλλά είναι μια απογοήτευση. Κυψέλη καυσίμου ή όχι, θέλουμε απεγνωσμένα αυτό το αυτοκίνητο να βγει στην παραγωγή, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο.

Πηγή: Hyundai N Vision 74 First Look: Build It Now (motortrend.com)

Οι δύο εταιρείες θα διερευνήσουν από κοινού την πρώτη χρήση της τεχνολογίας της Reaction Engines σε κινητήρες FCEV. Το σύστημα της Reaction Engines υπόσχεται να μειώσει σημαντικά το μέγεθος και το βάρος του συστήματος ψύξης τόσο για την κυψέλη καυσίμου όσο και για τη μπαταρία.

Τον Απρίλιο, ο κατασκευαστής φορτηγών άρχισε να διεξάγει δοκιμές του GenH2 Truck στις πίστες δοκιμών του, μετά την αποκάλυψη του φορτηγού το προηγούμενο έτος. Κατά τη διάρκεια αυτής της δοκιμής, το φορτηγό διένυσε επιτυχώς αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα. Η Daimler στοχεύει το όχημα να επιτύχει αυτονομία έως και άνω των  1.000 km χωρίς καμία στάση για ανεφοδιασμό.

Τώρα, οι δοκιμές επεκτείνονται σε δημόσιους δρόμους, συμπεριλαμβανομένου του δρόμου B462 κοντά στο Rastatt της Γερμανίας. Εκεί, ως μέρος του ευρύτερου έργου eWayBW, οι εμπορευματικές διαδρομές θα ηλεκτροδοτηθούν για τη δοκιμή οχημάτων που χρησιμοποιούν εναέρια καλώδια τροφοδοσίας, ηλεκτρικά φορτηγά με μπαταρία και φορτηγά κυψελών καυσίμου σε λειτουργία.

Το πρώτο φορτηγό παραγωγής GenH2 αναμένεται να παραδοθεί στους πελάτες το 2027. Η Daimler Trucks λέει ότι σκοπεύει να προσφέρει μόνο νέα οχήματα που είναι ουδέτερα σε εκπομπές άνθρακα κατά την οδήγηση («tank-to-wheel») σε Ευρώπη, Ιαπωνία και Βόρεια Αμερική έως το 2039. Για την επίτευξη αυτού του στόχου, ακολουθεί μια στρατηγική διπλής τροχιάς με τη χρήση συστημάτων πρόωσης τόσο με μπαταρίες όσο και με υδρογόνο. Αυτός ο συνδυασμός τεχνολογιών, αναφέρει η Daimler, θα της επιτρέψει να προσφέρει στους πελάτες τις καλύτερες επιλογές οχημάτων για συγκεκριμένες περιπτώσεις χρήσης: όσο πιο ελαφρύ είναι το φορτίο και όσο μικρότερη είναι η απόσταση, τόσο πιο πιθανό είναι να χρησιμοποιηθούν μπαταρίες, όσο πιο βαρύ είναι το φορτίο και όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση, τόσο πιο πιθανό είναι οι κυψέλες καυσίμου να είναι το σύστημα επιλογής.

Πηγή: www.enginetechnologyinternational.com

Στην προσπάθεια επίτευξης κλιματικής ουδετερότητας, το υδρογόνο θα είναι ένα σημαντικό δομικό στοιχείο στο μελλοντικό μείγμα κινητήρων, και έτσι, μαζί με την OMB Saleri, κατασκευάζουν εξαρτήματα δεξαμενής H2 έτοιμα για μεγάλη παραγωγή.

Η ζήτηση για κινητήρες που λειτουργούν με υδρογόνο αναμένεται να σημειώσει ισχυρή ανάπτυξη τα επόμενα χρόνια, ειδικά στα επαγγελματικά οχήματα. Η Bosch αναμένει ότι έως το 2030, περίπου ένα στα οκτώ πρόσφατα ταξινομημένα επαγγελματικά οχήματα παγκοσμίως θα τροφοδοτείται από κυψέλη καυσίμου.

Η Bosch και η OMB Saleri ελπίζουν ότι η συνεργασία που έχουν δημιουργήσει θα διευρύνει τις θέσεις τους στην αγορά στον τομέα H2. Η συνεργασία περιλαμβάνει αδειοδότηση και συμφωνία μηχανικής για διάφορα προϊόντα που σχετίζονται με λύσεις αποθήκευσης υδρογόνου σε πιέσεις 350 bar και 700 bar.

Κοινές ομάδες μηχανικών από τις εταιρείες αναπτύσσουν τώρα περαιτέρω τα υπάρχοντα προϊόντα και τα βελτιστοποιούν για μεγάλη παραγωγή. Στόχος των δύο εταιρειών είναι να αξιοποιήσουν οικονομίες κλίμακας και να προσφέρουν εξαρτήματα για λύσεις ανεφοδιασμού με υδρογόνο σε ανταγωνιστικές τιμές.

Πηγή: www.enginetechnologyinternational.com

Επί του παρόντος, οι ηλεκτρικές εκδόσεις κυψελών καυσίμου ενός φορτηγού παράδοσης 7,5 τόνων, ενός φορτηγού βαρέως τύπου 44 τόνων και ενός φορτηγού συλλογής απορριμμάτων βρίσκονται όλες σε εξέλιξη, με την αρχική ανάπτυξη να προγραμματίζεται για το δεύτερο μέρος του 2022.

Μέσω ενός προγράμματος υποστήριξης ηλεκτροκίνησης, η γερμανική κυβέρνηση ανακοίνωσε πρόσφατα ότι θα καλύψει έως και το 80% του κόστους μετατροπής από κινητήρες εσωτερικής καύσης σε εναλλακτικές μορφές κίνησης.

Ο Andreas Haller, ιδρυτής και πρόεδρος της Quantron, δήλωσε πως η συνεργασία με την Ballard, δίνει τη δυνατότητα να έρθουν στην αγορά εξατομικευμένα επαγγελματικά οχήματα υδρογόνου με ηλεκτροκινητήρες κυψελών καυσίμου.

Η Quantron αποκάλυψε επίσης ότι ετοιμάζεται να λανσάρει δύο εκδόσεις ενός αστικού λεωφορείου χαμηλού δαπέδου μήκους 12 μέτρων. Μια επιλογή BEV θα είναι διαθέσιμη για παραγγελία μέχρι το τέλος του τρέχοντος έτους και μια FCEV από την άνοιξη του 2022. Η ηλεκτρική έκδοση του αστικού λεωφορείου με μπαταρία είναι ικανή να αποδίδει 250kW και έχει αυτονομία έως και 280km, ενώ η ισχύς φόρτισης είναι έως 80kW με χωρητικότητα μπαταρίας έως 422kWh. Μέσω ενός τυπικού ευρωπαϊκού βύσματος CCS2, το όχημα μεταφοράς μπορεί να φορτιστεί πλήρως μέσα σε 3-6 ώρες. Η μπαταρία και το σύστημα φόρτισής της έχουν προσαρμοστεί ώστε να είναι συμβατά με μια σειρά επιλογών φόρτισης. Το λεωφορείο θα έχει χωρητικότητα έως και 95 επιβάτες.

Η Quantron δηλώνει ότι το λεωφορείο θα κοστίζει περίπου το ίδιο με τα πιο ρυπογόνα εναλλακτικά λεωφορεία ντίζελ και θα προσφέρεται σε στενή συνεργασία με την EV Dynamics, έναν ευρω-ασιατικό όμιλο εταιρειών που ειδικεύεται σε λύσεις κινητικότητας με ηλεκτρισμό και υδρογόνο.

Πηγή: www.enginetechnologyinternational.com