Enerhiya
Ang mga Hydrogen Combustion Engine ay Nagiging Higit na Posibleng Gamitin Kasabay ng Pagbabago sa Sektor ng Transportasyon
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Sa pagtaas ng mga regulasyon na naglilimita sa pagbuga ng CO2 sa buong mundo, ang paghahanap para sa napapanatiling transportasyon ay nagdala sa atin sa hydrogen bilang alternatibong panggatong.
Ang Hydrogen (H) ay lumitaw bilang isang magagarang opsyon dahil sa kakayahan nitong masunog nang walang anumang greenhouse gas emissions. Ang nasabing nasusunog na elemento ay walang kulay, walang lasa, walang amoy, at may medyo mataas na energy density, na nangangahulugang maraming enerhiya ang taglay ng hydrogen kada yunit ng dami, kaya’t ito ay isang napakagandang pinagkukunan ng panggatong para sa mga sasakyan.
Ang pinakamagaan na elementong ito ay nakakatanggap ng malaking interes mula sa sektor ng transportasyon para paganahin ang mga electric vehicle sa pamamagitan ng fuel cells. Gayunpaman, ang hydrogen internal combustion engines (HICEs) ay ngayonna sinusuriupang makamit ang zero emissions. Pero ano ba ito?
Ano ang Hydrogen Combustion?
Ang hydrogen ay isang kemikal na elemento, at ang combustion ay isang kemikal na proseso na naglalabas ng enerhiya mula sa halo ng panggatong at hangin. Ang pagsunog ng hydrogen, maging ito man ay likido o gas, ay nagbubuo ng puwersa.
Dahil sa malawak nitong saklaw ng pagkasunog, ang hydrogen ay angkop para sa combustion. Nagbibigay ito ng mahusay na fuel economy at may mataas na auto-ignition temperature, na nagpapahintulot ng mas mataas na compression ratios na nagbabawas ng pagkawala ng enerhiya sa panahon ng combustion. Bukod pa rito, ang mas mababang huling temperatura ng combustion ay nagbabawas ng dami ng mga pollutant na inilalabas sa pamamagitan ng exhaust.
Paano Talagang Gumagana ang Malinis na Pagsunog na Engine na Ito sa Isang Sasakyan?
Ang hydrogen, hindi tulad ng likidong gasolina, ay isang gas na nangangailangan ng espesyal na sistema ng paghahatid ng panggatong. Para dito, ang mga high-pressure storage tank ay nag-iimbak ng hydrogen gas, na nagsisiguro ng sapat na imbakan ng panggatong upang matugunan ang pangangailangan ng isang paglalakbay.
Samantala, ang control valve ay nagreregula ng daloy ng gas papunta sa intake manifold ng engine, na nagsisiguro ng optimal na halo ng hangin at panggatong para sa epektibong combustion. Sa proseso ng intake, ang panggatong ay hinahalo sa hangin at inilalagay sa silindro.
Upang makamit ang malinis at epektibong combustion, kinakailangan ang tamang halo ng hangin at panggatong. Ang mga hydrogen combustion engine ay gumagamit ng sopistikadong fuel injection system upang mabawasan ang mapanganib na emissions at i-optimize ang power output.
Ang piston ay nagko-compress ng angkop na halo ng panggatong at hangin, at ang high-energy spark plug ay nag-iignite nito, na nagreresulta sa combustion. Habang mabilis na nasusunog ang hydrogen at naglalabas ng malaking init, ang mga combustion gas ay mabilis na lumalawak.
Ang mga lumalawak na gas ay itinutulak ang piston, na ang galaw ay kinokonvert sa puwersa ng pag-ikot sa pamamagitan ng crankshaft. Ang puwersang ito ay nagtatulak sa mga gulong, na nagdadala sa sasakyan pasulong.
Ang prosesong ito ay nagpapakita ng mas malinis at mas makapangyarihang karanasan sa pagmamaneho na maibibigay ng hydrogen combustion engines, na nangangako ng mas napapanatiling kinabukasan sa transportasyon. Gayunpaman, ang mabilis na bilis at mataas na temperatura sa hydrogen internal combustion engines (HICEs) ay nakamit sa pamamagitan ng mga materyales na kaaya-aya sa hydrogen, advanced na disenyo ng engine, at makabagong teknolohiya ng fuel injection.
Paano Ito Naiiba sa Hydrogen Fuel Cells?
Ang hydrogen ay ginagamit sa sektor ng transportasyon sa dalawang magkaibang paraan: sa pamamagitan ng fuel cells at combustion engines. Bagaman parehong proseso ay gumagamit ng zero-carbon na hydrogen bilang panggatong, ginagamit nila ito sa magkaibang paraan upang mapatakbo ang mga sasakyan.
Tulad ng nabanggit kanina, ang hydrogen combustion engines ay gumagawa ng kapangyarihan sa pamamagitan ng pagsunog ng hydrogen, katulad ng tradisyonal na mga engine. Dito, ang hydrogen ay hinahalo sa hangin upang lumikha ng kontroladong pagsabog, na nagbubuo ng mekanikal na enerhiya upang itulak ang sasakyan.
Ang mga fuel cell at hydrogen vehicles ay nagko-convert ng hydrogen sa kuryente sa pamamagitan ng kemikal na proseso. Sa prosesong ito, isang electrochemical device ang nagko-convert ng hydrogen at oxygen sa kuryente, init, at singaw ng tubig. Mas partikular, ito ay gumagawa ng kuryente sa pamamagitan ng paghahati ng hydrogen sa isang proton at isang electron. Ang kuryenteng ito ay nagpapatakbo ng electric motor na nagmamaneho sa sasakyan.
Ang mga fuel cell vehicle (FCEVs) ay mas epektibo sa mababang load, habang ang hydrogen combustion engines ay mas mahusay sa mas mabigat na load. Ito ay nagiging dahilan kung bakit mas angkop ang HICEs para sa mga mabibigat na trak na karaniwang nagdadala ng malalaking karga. Sa kabilang banda, ang mga kotse, bus, at tow truck ay maaaring makinabang nang higit sa fuel cells, dahil karaniwan silang tumatakbo sa mas mababang load.
Gayunpaman, dahil pareho silang gumagamit ng hydrogen, nagbubunga sila ng magkatulad na emissions. Ang mga fuel cell vehicle ay walang emissions, samantalang ang hydrogen combustion engines ay naglalabas ng halos walang trace na CO2, bagaman maaari silang maglabas ng NOx o nitrogen oxides. Bukod pa rito, ang mga hydrogen engine ay maaaring gumana gamit ang mas mababang kalidad na hydrogen, na nagbibigay-daan sa mga tiyak na kaso ng paggamit.
Ang mga hydrogen internal combustion engine ay ginagamit na sa loob ng mga dekada at hindi nangangailangan ng pagbabago sa imprastruktura. Kaya, para sa mga gumagawa ng sasakyan, ang paglipat sa hydrogen engine ay mas kaunti ang hamon dahil sa paggamit ng umiiral na teknolohiya. Ang mga fuel cell, sa kabilang banda, ay mas magaan, mas tahimik, at kilala sa kanilang mataas na kahusayan. Kinokonvert nila hanggang 60% ng enerhiya na naka-imbak sa hydrogen patungo sa elektrikal na kapangyarihan.
Dahil gumagana sila sa mas mababang temperatura kaysa sa combustion engines, ang mga fuel cell ay may mas mababang panganib ng sunog o pagsabog. Gayunpaman, dahil ito ay medyo bagong teknolohiya, ang mga fuel cell ay mas magastos na opsyon kaysa sa hydrogen combustion engines.
Hindi ibig sabihin nito na nagkokompetensya sila, kundi ang HICEs at FCEVs ay nagko-komplemento sa isa’t isa. Pagkatapos ng lahat, pareho silang gumagamit ng parehong hydrogen production, storage, transportation, at distribution infrastructure at bahagi ng pagbawas ng emissions sa transportasyon patungo sa zero.
Pagsusuri sa Mga Pros at Cons ng Hydrogen Combustion
Kaya, ang paggamit ng hydrogen ay malinaw na may malaking mga benepisyo, ngunit paano naman ang hydrogen combustion partikular? Tulad ng sinabi natin kanina, ang pangunahing benepisyo ay ang epekto sa kapaligiran ng HICEs.
Ang mga engine na ito ay kilala sa pagkakaroon ng malinis na byproduct, pangunahin ay singaw ng tubig, na nag-aalok ng malaking kalamangan laban sa tradisyonal na gasoline engine. Bukod sa pagbawas ng greenhouse gas emissions, ang hydrogen combustion engines ay may mas mataas na thermal efficiency na humigit-kumulang 45% kumpara sa diesel engine na nasa ilalim ng 40% at sa petrol engine na nasa ibaba ng 30%.
Isa pang malaking benepisyo ng HICEs ay maaari itong itayo gamit ang umiiral na teknolohiya ng internal combustion engine, kaya walang pangangailangan ng karagdagang imprastruktura o muling pagsasanay ng manggagawa. Higit pa rito, ang elementong ito ay maaaring gawin mula sa iba’t ibang pinagkukunan tulad ng biomass, water electrolysis, at natural gas, kaya kayang tugunan ang tumataas na pangangailangan para sa malinis na enerhiya.
Ang kaso para sa hydrogen bilang panggatong ay tiyak na malakas, ngunit hindi ibig sabihin na walang mga isyu. Sa katunayan, ang hydrogen combustion engines ay humaharap sa ilang hamon na kailangang tugunan.
Una, kailangan natin ng malaking espasyo para sa mga hydrogen tank, na nagdadagdag ng malaking timbang sa sasakyan. Ito, siyempre, ay nagpapataas ng panganib ng pagkasira, kaya binabawasan ang buhay ng sasakyan. Ang panggatong ay madaling masunog, na nangangahulugang may panganib sa mga bahagi ng engine. Ang pagkuha ng hydrogen ay hindi rin madali. Ito ay isang matagal at energy-intensive na proseso.
Samantala, ang energy density nito ay mas mababa, ibig sabihin ang kapangyarihang nalilikha ay medyo mas kaunti kumpara sa tradisyonal na combustion engine. Kung ihahambing sa ibang panggatong tulad ng gasolina, na nangangailangan ng compression ratio na 8:1, ang hydrogen combustion engine ay nangangailangan ng 40:1, na nagdudulot ng isa pang isyu. Higit pa rito, ang mass production ng mga engine na ito ay isang magastos na gawain.
Habang pinipili ang hydrogen dahil sa mas mababang emissions, ang combustion engine ay nag-iiwan pa rin ng carbon footprint dahil may ilang NOx emissions, na sumasalungat sa layunin ng mga engine na ito. Kaya, mahalaga ang pamamahala ng init at anumang natitirang emissions sa pamamagitan ng after-treatment systems.
I-click dito upang malaman ang mga alalahanin sa kaligtasan tungkol sa mga hydrogen vehicle.
Ang Hydrogen Combustion Engines ba ang Hinaharap?
Ang mga hydrogen combustion engine (HICEs) ay umiiral na sa loob ng mga dekada. Ang unang experimental na komersyal na eroplano sa mundo na gumamit ng liquid hydrogen, ang Tupolev Tu-155, ay lumipad noong 1988. Itoay nagpapakita na ang HICEs ay hindi kasing bago ng iniisip ng marami.
Bagaman hindi naging malawak ang pag-aampon nito sa paglipas ng mga taon, kamakailan lamang ay muling nakuha ng HICEs ang interes ng malalaking tatak ng sasakyan, kabilang ang Toyota, Bosch, Honda, Cummins, Daimler, Suzuki, at Volvo. Pati na rin ang sektor ng aviation ay nagsusuri ng hydrogen combustion. Halimbawa, ang Airbus ay nakikipagtulungan sa mga kasosyo mula sa iba’t ibang industriya para sa kanilang ZEROe concept aircraft, na dinisenyo upang tumakbo sa hydrogen combustion.
May tumataas na interes sa paggamit ng hydrogen combustion engine sa sektor ng transportasyon, ngunit sa ngayon, sila ay humaharap sa matinding kompetisyon mula sa mga electric vehicle (EVs).
Habang ang HICEs ay naglalabas ng halos walang emissions, ang mga EV ay umaasa sa kuryente para sa kapangyarihan at, dahil dito, may zero tailpipe emissions. Ang mga EV ay mayroon ding mas mataas na energy efficiency kumpara sa HICEs, na nawawalan ng ilang enerhiya sa proseso ng combustion.
Bagaman ang mga EV ay nangangailangan ng bagong imprastruktura, ang bilang ng mga charging station ay mabilis na tumataas. Ang mga istasyon para mag-refuel ng hydrogen, sa kabilang banda, ay medyo kakaunti, bagaman ang pag-refuel ng hydrogen car ay mas mabilis kaysa sa pag-charge ng electric car.
Ang merkado ng electric vehicle (EV) ay tinatayang nasa humigit-kumulang $384 bilyon noong 2022, habang ang pandaigdigang merkado para sa hydrogen internal combustion engines (HICEs) ay tinantyang aabot sa $35 bilyon pagsapit ng 2030.
Ang mga gumagawa ng sasakyan ay ngayon ay nagsusubok ng hydrogen combustion technology, ngunit ang pag-unlad ay medyo mabagal kumpara sa mga pag-unlad sa teknolohiya ng EV. Kailangan ng industriya na malampasan ang maraming hamon sa produksyon, tulad ng gastos, na nangangahulugang magpapatuloy ang mga EV na mangibabaw sa sektor ng transportasyon sa ngayon. Gayunpaman, ang HICEs ay maaaring maging mahalagang bahagi ng halo ng mga panggatong sa transportasyon sa malapit na hinaharap.
Ang hydrogen ay hindi maaaring balewalain bilang panggatong, at ang HICEs ay may mahalagang papel na gagampanan sa hinaharap ng napapanatiling transportasyon. Gayunpaman, upang ito ay maging posible, kailangan ang suporta ng gobyerno at pag-unlad ng teknolohiya.
I-click dito upang malaman kung bakit maaaring manatiling panggatong ng hinaharap ang hydrogen.
Kamakailang Pag-unlad sa Larangan ng HICEs
Sa nakalipas na dekada, ang decarbonization ay naging napakahalaga para sa mga bansa at kumpanya sa buong mundo. Ang sektor ng transportasyon ay partikular na kritikal, dahil ito ay nagpo-produce ng 10% ng greenhouse gas emissions ng mundo.
Ayon sa mga kasunduan ng Paris (COP21) at Glasgow (COP26), ang teknolohiya ng propulsion sa transportasyon ay kailangang mabilis na bawasan ang CO2. Para dito, kailangan natin ng epektibong solusyon, ngunit wala pang isang solusyon na makapagbibigay ng lahat ng sagot. Ang kombinasyon ng iba’t ibang solusyon ay maaaring makatulong na mas epektibong mapagaan ang mga isyu. Kabilang dito ang hydrogen combustion engines, na nangangailangan ng kaunting pagbabago sa kasalukuyang arkitektura ng sasakyan.
Bilang isang lohikal at lubos na epektibong opsyon, ang HICEs ay nakakaranas ng maraming atensyon at pag-unlad. Kamakailan, ang mga mananaliksik sa University of Alberta ay nakabuo ng bagong materyal na coating na mukhang promising para sa hydrogen combustion engines. Ang bagong complex concentrated alloy, AlCrTiVNi5, ay may superior na thermomechanical properties, kabilang ang mababang expansion, mataas na stability, fracture tolerance, at kakayahang tiisin ang mataas na temperatura pati na rin ang high-pressure na kapaligiran.
Sa paghahambing ng bagong coating sa mga kasalukuyang commercially available na alloys, natuklasan ng mga mananaliksik na ang AlCrTiVNi5 ay nakaligtas sa “corrosive environments for up to 100 hours at 900 degrees Celsius” at “outperforms anything else on the market right now,” kaya binubuksan nito ang pinto para sa pag-unlad ng hydrogen economy.
Sa simula ng buwang ito, ang Toyota ay inilahad na sa pagsisikap na gawing viable ang hydrogen combustion, nakalikha sila ng internal combustion engine na maaaring tumakbo sa synthetic fuel, biodiesel, gasoline, at hydrogen. Upang maisakatuparan ito, ginamit ng mga inhinyero ang 1.6-litro na engine mula sa GR Corolla race car, na tumulong sa kumpanya na malampasan ang hamon ng pagbalanse ng thermal efficiency. Ang mga bagong engine nila ay 10% hanggang 20% mas maliit ngunit mas makapangyarihan.
Ayon kay Toyota CEO Koji Sato, ang hydrogen ay ang hinaharap, at ang kumpanya ay:
“Pag-develop ng engine na ito bilang bahagi ng kanilang pagsisikap na makamit ang carbon neutrality at itaguyod ang paggamit ng hydrogen bilang malinis at renewable na pinagkukunan ng enerhiya.”
Ang pag-unlad na ito kaugnay ng hydrogen ay nagaganap sa buong mundo. Noong huling bahagi ng nakaraang taon, ang pinakamalaking kumpanya ng sasakyan sa India, ang Tata Motors (TMCV.BO ) (TMCV ), ay nagpakilala ng mga pasilidad ng R&D na kinabibilangan ng engine test cell para sa pag-develop ng HICEs pati na rin ang imprastruktura para sa pag-iimbak at pamamahagi ng hydrogen fuel.
Sa taong ito, nakipagtulungan ang Tata sa US giant na Cummins para sa isang manufacturing facility sa India para sa HICEs para sa parehong medium at heavy commercial vehicles. Ito ay sumusunod matapos ang joint venture na inanunsyo noong nakaraang taon na gagastos ng $424 milyon sa pabrika upang makagawa ng 4,000 H2 engines bawat taon at 10,000 battery systems.
Mga Kumpanya na Nagde-develop ng Hydrogen Combustion Engines
Ngayon, tingnan natin ang ilang malalaking pangalan sa sektor:
#1. Honda
Ang tagagawa ng kotse na ito ay aktibong nakikilahok sa hydrogen combustion engines sa pamamagitan ng isang collaborative project na tinatawag na HySE (Hydrogen Small Mobility & Engine Technology) kasama ang Toyota, Yamaha, Kawasaki, at Suzuki upang tuklasin ang potensyal ng HICEs. Sa una ay nag-aalinlangan tungkol sa feasibility ng teknolohiya, nag-develop ang Honda ng ‘HySE-X1’, na nagtatampok ng 1.6-litro na apat na silindro na hydrogen-powered engine.
HMC Tsart ng Presyo
Ang Honda ay isang kumpanya na may market cap na $56.188 bilyon kung saan ang mga shares ay kasalukuyang nagte-trade sa $31.93, tumaas ng 3.25% YTD. Ang kita ng kumpanya (TTM) ay $130 bilyon, EPS (TTM) na 7.37, P/E (TTM) na 4.33, at dividend yield na 4.19%.
#2. Toyota
Ang Japan-based na tagagawa ng sasakyan na ito ay gumagamit ng hydrogen bilang panggatong sa loob ng maraming dekada na. Ang mga hydrogen combustion vehicle nito ay kinabibilangan ng GR Corolla H2 at GR Yaris H2. Nakilahok din ang Toyota sa Super Taikyu endurance races upang pabilisin ang pag-develop ng kanilang sasakyan. Sa linggong ito, ipinakita ng Toyota ang kanilang mga bagong engine na maaaring tumakbo sa iba’t ibang panggatong, kabilang ang hydrogen.
TM Tsart ng Presyo
Ang Toyota ay isang kumpanya na may market cap na $314 bilyon kung saan ang mga shares ay kasalukuyang nagte-trade sa $198.86, tumaas ng 8.53% YTD. Ang kita ng kumpanya (TTM) ay $287 bilyon, EPS (TTM) na 24.18, P/E (TTM) na 8.22, at dividend yield na 2.45%.
Konklusyon
Malinaw na ang hydrogen combustion engines ay nag-aalok ng malalaking benepisyo sa usapin ng nabawasang epekto sa kapaligiran, pag-asa sa umiiral na imprastruktura, at mataas na thermal efficiency. Ngunit siyempre, ang HICEs lamang ay hindi makakabigay ng napapanatiling transportasyon. Sa halip, sa pamamagitan ng kombinasyon ng mga solusyon, maaari tayong makamit ang mas ligtas na kapaligiran. Sa kombinasyong iyon, ang HICEs ay maaaring gumanap ng mahalagang papel at makatulong sa paglipat mula sa fossil fuels.
Ngayon, matapos ang mga dekada ng hindi natupad na potensyal, ang mga hydrogen-powered vehicle ay maaaring sa wakas ay mapansin dahil sa muling pag-usbong ng interes, pribadong pamumuhunan, suporta ng gobyerno, at pag-unlad ng teknolohiya.
