Hidrojen Yakıt Hücreleri Elektrikli Araçların Geleceği mi?

Kuzey Amerika'da akülü elektrikli araçların (BEV'ler) benimsenmesi bir engele çarpmış gibi görünüyor. İle düşük yeniden satış değerleri, pahalı onarım maliyetlerive altyapının gecikmesi, satışlar yavaşladı - belirgin şekilde. Hatta Hertz gibi büyük kiralama şirketlerinin kararlarından vazgeçtikleri bile oldu. filosundaki elektrikli araçların büyük bir kısmını boşaltıyor, içten yanmalı motorlu (ICE) muadillerine geri dönüyoruz.

Durum böyle olsa da, ICE gibi her yerde bulunan bir şeyden uzaklaşmanın sorunsuz bir şekilde gerçekleşeceğini düşünmek çılgınlık olurdu. Her zaman aksilikler olacaktı ve elektrikli araçların yararları konusunda her zaman geçerli sorular sorulacaktı.

Sonuç olarak, elektrikli araçlara geçiş sadece birkaç kişinin arzusu değil; iklim değişikliğiyle mücadelede çoğunluğun ihtiyacı. Ancak, mevcut nesil elektrikli araçlar bu göreve uygun değilse, başka hangi seçeneklerimiz var? Birçok kişi için cevap, uzun yıllardır üzerinde düşünülen ve son zamanlarda önemli ilerlemeler kaydedilen Hidrojenli Elektrikli Araçlar (HEV'ler).

Hidrojen Yakıt Pillerinin Dayanıklılığının Artırılması

Yeni bir derlemede ders çalışma¹Harvard ve Incheon Ulusal Üniversitelerinden bilim adamlarından oluşan ortak bir araştırma ekibi, hem dayanıklılığın hem de kullanım ömrünün artmasını sağlayacak hidrojen yakıt hücrelerinin yapımına yönelik yeni bir yaklaşımın ayrıntılarını açıkladı.

Daha spesifik olarak, çalışma şunun gelişimini gördü: “Nafion ve perfloropolieterden (PFPE) oluşan iç içe geçmiş bir ağdan oluşan yorulmaya dayanıklı elektrolit membranlar kategorisi.” Kullanıldığında, yakıt hücrelerinin düzenli kullanımı sırasında ortaya çıkan stres kırılmaları olarak ortaya çıkan tipik yorgunluğun büyük ölçüde azaltılabileceği kaydedildi.

Çalışma, malzemenin bir yakıt hücresi içerisindeki elektrolit membranlara dahil edilmesiyle, yakıt hücresinin “…yorgunluk eşiğini %175 oranında artırır ve yakıt hücresinin ömrünü 1.7 kat uzatır. Ek olarak, değiştirilmemiş Nafion membranı, 242 saat, kompozit membranın ise 410 saat kullanım ömrüne sahip olduğu gözlemlendi.”

Ekip, bu malzemenin kullanımının yakıt hücrelerinin performansını biraz düşürdüğünü belirtse de, dayanıklılık/uzun ömürlülükteki çarpıcı iyileştirmenin değerli bir değişim olduğu açıktır. Gelecekte, hidrojen yakıt hücrelerinin elektrikli araç sektöründe batarya paketi muadillerinin yerini alması bekleniyorsa, yapılması gereken ilerlemeler şunlardır. Ancak, en iyi teknolojinin her zaman kazanmadığını unutmamak önemlidir. Öncü olmanın avantajı gerçektir ve pille çalışan elektrikli araçlar, son dönemdeki piyasa düşüşüne rağmen açıkça öndedir.

Hidrojenli Elektrikli Araçlar (HEV'ler) Nedir?

Elektrikli araç, yakıtla çalışan bir motor yerine elektrikle çalışan motorlara dayanan bir araçtır. Şu anda elektrikli araçların büyük çoğunluğu, bu motorlara güç sağlayacak elektriği depolamak ve iletmek için ağır pil paketleri kullanıyor. Daha önce de belirtildiği gibi, elektrikli araçlara yönelik ilgi kazanıyor gibi görünen başka bir yaklaşım daha var: Hidrojen yakıt hücreleri.

Bazen Yakıt Hücreli Elektrikli Araçlar (FCEV) olarak da adlandırılan Hidrojen Elektrikli Araçlarda (HEV), motora/motorlara güç sağlamak için gereken elektrik, sıvı veya sıkıştırılmış gaz olarak depolanan hidrojenin protonlara bölündüğü elektrokimyasal bir reaksiyon yoluyla sağlanır. ve elektronlar. Tüm süreç şu şekilde işliyor:

1. Yüksek basınçlı bir tankta depolanan hidrojen, talep üzerine bir yakıt hücresine verilir.
2. Yakıt hücresine verilen hidrojen, protonlara ve elektronlara bölünür.
3. Elektronlar, daha sonra tekerlekleri hareket ettiren motorlara güç sağlamak için kullanılır.
4. Protonlar havadaki oksijenle birleşerek iki yan ürün üretir: ısı ve su buharı.

İlginç bir şekilde, seçilmiş birkaç hibrit HEV, her iki dünyanın en iyilerini birleştirerek, rejeneratif frenleme yoluyla kaybedilen enerjiyi yakalamak için daha küçük bir akü paketi kullanıyor.

Hidrojenin Cazibesi Nedir?

HEV'lerin ardındaki çekicilikler çeşitlidir ancak önemlidir, ancak pille çalışan EV'ler de öyledir. Dolayısıyla, pille çalışan modeller şu anda pazara hakim olsa da, hiçbir şekilde kazanan yaklaşım ilan edilmedi. Aslında aşağıdaki faktörlerin her biri HEV'lerin bir şekilde üstün olduğuna işaret ediyor.

Üretim ve Depolama: Pil paketleri tipik olarak, Dünya'ya zarar veren ve kullanımlarının çevre için iyi olduğu varsayımını baltalayan büyük, istilacı madencilik operasyonları tarafından toplanan malzemelerden oluşur. Öte yandan hidrojen, sürdürülebilir elektroliz gibi yöntemlerle yakalanabilir ve potansiyel olarak doğal rezervler.

Dahası, Hidrojen kolaylıkla bir sıvıya sıkıştırılabilir ve büyük miktarlarda herhangi bir sorun olmadan taşınabilir. Yaratılış noktasından itibaren iletim hatlarına ihtiyaç duymaması süreci daha esnek hale getirir.

Performans: Performans açısından bakıldığında HEV'ler ile BEV'ler arasında büyük bir fark yoktur. Her iki araç türü de tahrik tekerleklerine güç sağlamak için motorlardan yararlanıyor, bu da her ikisinin de teknolojiyle eşanlamlı olan anlık tork ve çıkıştan yararlanacağı anlamına geliyor.

emisyonlar: Emisyon cephesinde Hidrojen tartışmasız daha iyidir. Teknik olarak ikincil bir emitör olsa da, bu yalnızca egzoz borusundan çıkan su buharını içerir. Bu arada, BEV'lerin hiçbir emisyonu yoktur. Hidrojen'in kendisini farklı kıldığı nokta üretim sürecidir; çünkü vazgeçtiği pil paketlerinin oluşturulması için kapsamlı madencilik yapılması gerekir ve bu süreçte Dünya'ya zarar verir.

yakıt ikmali: Yakıt ikmali, son kullanıcıların düzenli olarak ilk elden ilgileneceği bir faktör olduğundan Hidrojen için en büyük çekiciliklerden biridir. BEV'ler genellikle uzun şarj süreleri ve özel altyapı gerektirirken HEV'ler normal gaz/dizel araç kadar hızlı yakıt ikmali yapabilir.

Menzil: Akü teknolojisi gelişse de, bir BEV'nin daha geleneksel İYM ile aynı menzile sahip olması için büyük bir akü paketi gerekiyor. Bu, daha uzun şarj sürelerine, daha fazla çevresel ayak izine ve ağırlık nedeniyle verimlilik kaybına neden olur. Öte yandan hidrojen, tipik olarak ICE ile aynı menzil rakamlarına sahip olup, menzil endişesini denklemin tamamen dışında bırakıyor.

Soğuk İklimler: BEV sahiplerini rahatsız eden menzil kaygısının bir kısmı bölgeye dayanıyor. Çok az yer bir BEV için ideal iklim koşullarına sahiptir ve bu da birçok müşteri için menzilin önemli ölçüde azalmasına neden olur. Hidrojen soğuk havalarda menzilini bir miktar kaybederken, hiçbir yerde o kadar dramatik değil, bu da onu birçokları için daha çekici bir seçenek haline getiriyor.

Gördüğünüz gibi HEV'lerin akü paketi varyantlarından daha iyi performans gösterebileceği çeşitli kritik alanlar var. Gecikmeye başladıkları nokta karmaşıklık, mevcut yakıt ikmali altyapısının yenilenmesi ihtiyacı ve katı hal pillerinin potansiyel ortaya çıkışıdır.

Hidrojen Çözümleri Geliştiren Endüstri Oyuncuları

Elektrikli araç sektörü şu anda bazı engellerle karşılaşıyor olabilir, ancak ulaşımın geleceğinin elektrikli araçlar olduğu aşikar. Ancak elektrikli araçların nasıl bir form alacağı henüz net değil. Bataryayla mı çalışacaklar? Yoksa hidrojen yakıt hücrelerine mi güvenecekler? Aşağıdaki iki şirket, ikincisine güveniyor ve şimdiden böyle bir gelecek için planlama yapmaya başladılar.

*Aşağıda verilen rakamlar bu yazının yazıldığı tarihte doğrudur ve değişebilir. Tüm potansiyel yatırımcılar ölçümleri doğrulamalıdır*

1. Toyota

Dünyanın en büyük otomobil üreticisi olarak Toyota'nın HEV alanına adım atması şaşırtıcı değil. İlginç bir şekilde, şirket aktif olarak katı hal batarya çözümleri geliştirirken, Toyota günümüzün bataryalı elektrikli araçlarına karşı çıktı. Toyota, daha parlak bir geleceğin HEV'lerde ve hatta Hidrojen Yanmalı motorlarda yattığına inandığını açıkça belirtti.

Toyota'nın HEV teknolojisini geliştirmeye 1992'de başladığı ve 5 dakikada yakıt ikmali yapabilen, 650 km menzile sahip ve sıfır zararlı emisyonlu bir sedan olan 'Mirai'nin piyasaya sürülmesine kadar uzandığı biliniyor.

2. Fiş Gücü

(PLUG )

1997 yılında kurulan ve merkezi Latham, New York'ta bulunan Plug Power Inc., hidrojen yakıt hücresi teknolojisinin geliştirilmesinde önemli bir oyuncu olmaya devam ediyor. Plug Power'ın yalnızca otomobillere ve kamyonlara odaklanmaması dikkat çekicidir; şirket, elektrik motorlarının kullanıldığı daha küçük tesisler için bu tür sistemler tasarlıyor ve üretiyor.

Son yıllarda Plug Power, malzeme taşımada yakıt hücrelerinin ötesine odaklanarak daha geniş pazarları hedeflemeye başladı. Bu pazarlar arasında sabit güç sistemleri, teslimat araç filoları ve hatta havacılıktaki potansiyel uygulamalar yer alıyor. Şirketin United Hydrogen ve Giner ELX gibi stratejik satın alımları, hidrojen üretimi, sıvılaştırma ve dağıtım alanındaki yeteneklerini geliştirerek hidrojen ekonomisindeki konumunu daha da güçlendirdi.

Son Söz

Pilli EV'ler tökezlerken, potansiyel alternatiflere daha fazla odaklanılıyor. Şu anda, hidrojen çözümleri paketin ön sıralarında yer alıyor ve ilk bakışta teknolojiyi göz ardı etmek kolay olsa da, hidrojeni zorlayanın yalnızca Toyota olmadığını unutmayın. Honda, GM, Hyundai ve daha birçok şirketi içeren hidrojen çözümlerinin ortaklıkları ve geliştirilmesi halihazırda mevcuttur.

Sürdürülebilir kaynaklı hidrojene erişimin her geçen gün artmasıyla birlikte, elektrikli araçların geleceği pek çok kişinin düşündüğünden biraz farklı görünebilir.

Atıf Yapılan Çalışmalar:

^{1. Kim, Y., Zhang, J., Lim, H., Jang, W., Kim, DY, Lee, WY, Choi, W., Kim, DJ, Lee, SH, Jeong, SK, Park, JH, Park, S. ve Kim, JY (2024). Dayanıklı Polimer Elektrolit Membran Yakıt Hücreleri için Yorgunluğa Dayanıklı Elektrolit Membranlar. İleri Malzemeler, 36(24), 2308288. https://doi.org/10.1002/adma.202308288}