Vergelijking van waterstofbrandstofcelsystemen en waterstofverbrandingsmotoren

Het basisprincipe van waterstofbrandstofcellen is het omzetten van de chemische energie in brandstof in elektrische energie door middel van elektrochemische reacties. Het werkingsprincipe van een waterstofbrandstofcel is dat waterstof door een katalysator (platina) in de anode van de brandstofcel wordt afgebroken tot elektronen en waterstofionen (protonen). Protonen stromen door het protonenuitwisselingsmembraan naar de kathode, waar ze reageren met zuurstof om water en warmte te vormen. De corresponderende elektronen stromen van de anode naar de kathode via een extern circuit, waarbij elektrische energie wordt opgewekt. De structuur van waterstofbrandstofcelstapels bestaat voornamelijk uit bipolaire platen, membraanelektroden (protonenuitwisselingsmembraan bedekt met een katalysatorlaag), gasdiffusielagen, isolatieplaten, enz. Vervolgens worden, gebaseerd op de stapel, aanvullende systemen zoals het luchtsysteem, het waterstofsysteem, het elektronische en elektrische systeem, en het water-thermisch beheersysteem geïntegreerd om een ​​waterstofbrandstofcel-energiesysteem te vormen, wat in wezen een waterstofbrandstofcelmotor is.

Waterstofverbrandingsmotoren verkrijgen vermogen door waterstof te verbranden. Dit type motor, net als conventionele brandstofmotoren, werkt op vier slagen: inlaat, compressie, kracht en uitlaat, waarbij waterstof conventionele brandstoffen vervangt. De structuur van de Cummins-motor is in wezen vergelijkbaar met die van een aardgasmotor, met componenten zoals het cilinderblok, de krukas, de cilinderkop, het ontstekingssysteem en de bevestigingsonderdelen. Onderdelen van waterstofverbrandingsmotoren en dieselmotoren zijn ook gedeeltelijk uitwisselbaar, zoals cilinderblokken, krukassen, steunen, vliegwielbehuizingen en andere bevestigingsonderdelen. De hoge mate van gelijkenis en uitwisselbaarheid van deze componenten kan de economische voordelen van Cummins-waterstofverbrandingsmotoren benutten, de betrouwbaarheid van de apparatuur verbeteren en cruciale ondersteuning bieden bij de overgang van de industrie naar koolstofarme praktijken.

De overeenkomsten tussen beide vereisen dat waterstof en zuurstof deelnemen aan de reactie; alle brandstofopslagunits en waterstoftanks zijn vereist; kunnen het voertuig aandrijven. Het verschil is dat beide op verschillende manieren energie opwekken, wat ook leidt tot een aanzienlijk verschil in efficiëntie, waardoor brandstofcelvoertuigen meer kilometers kunnen rijden met hetzelfde waterstofverbruik; de manier waarop motoren zijn gebouwd, is ook compleet anders; brandstofcellen zijn milieuvriendelijker dan waterstofverbrandingsmotoren. Bovendien is er geen verschil in de snelheid van energievrijgave, en zowel verbrandingsmotoren als brandstofcellen kunnen een kortdurend hoog vermogen leveren.
Vergeleken met de twee routes zijn de voordelen van waterstofbrandstofcellen hebben een hoge omzettingsefficiëntie, lage uitstoot van schadelijke stoffen en een hoge mate van commerciële toepassing, vooral wat betreft de omzettingsefficiëntie. De thermische efficiëntie van waterstofbrandstofmotoren kan moeilijk hoger zijn dan 45%, terwijl de omzettingsefficiëntie van waterstofbrandstofcellen meer dan 60% kan bereiken.
De voordelen van waterstofmotoren zijn de lage kosten (ongeveer 10% van de brandstofcellen), de lage eisen aan de zuiverheid van waterstof en de mogelijkheid om bestaande brandstofmotoren achteraf te monteren. Bovendien zijn waterstofverbrandingsmotoren geschikter voor gebruik in bedrijfsvoertuigen zoals middelzware en zware vrachtwagens vanwege hun hogere rendement bij hoge belasting.