Сравнение на енергийни системи с водородни горивни клетки и водородни двигатели с вътрешно горене

Основният принцип на водородни горивни клетки е да се преобразува химическата енергия, намираща се в горивото, в електрическа енергия чрез електрохимични реакции. Принципът на работа на водородната горивна клетка включва разграждането на водорода на електрони и водородни йони (протони) от катализатор (платина) в анода на горивната клетка. Протоните преминават през протоннообменната мембрана до катода, където реагират с кислород, за да образуват вода и топлина. Съответните електрони текат от анода към катода през външна верига, генерирайки електрическа енергия. Структурата на водородните горивни клетки се състои предимно от биполярни плочи, мембранни електроди (протоннообменна мембрана, покрита с катализаторен слой), газодифузионни слоеве, изолационни плочи и др. След това, въз основа на пакета, допълнителни системи като въздушна система, водородна система, електронна и електрическа система и система за управление на водата и температурата се интегрират, за да образуват захранваща система за водородни горивни клетки, която по същество е двигател с водородни горивни клетки.

Водородните двигатели с вътрешно горене получават мощност чрез изгаряне на водород и този тип двигател, подобно на конвенционалните горивни двигатели, работи на четири такта: всмукване, компресия, захранване и изпускане, като водородът замества конвенционалните горива. Вземайки за пример двигателя Cummins, структурата на водородния двигател с вътрешно горене е по същество подобна на тази на двигател на природен газ, която включва компоненти като цилиндров блок, колянов вал, цилиндрова глава, запалителна система и монтажни части; частите на водородните двигатели с вътрешно горене и дизеловите двигатели също са частично взаимозаменяеми, като цилиндрови блокове, колянови валове, опори, корпуси на маховиците и други монтажни компоненти. Високата степен на сходство и взаимозаменяемост на тези компоненти може да използва икономическите предимства на водородните двигатели с вътрешно горене Cummins, да повиши надеждността на оборудването и да осигури решаваща подкрепа в прехода на индустрията към нисковъглеродни практики.

Приликите между двете изискват участието на водород и кислород в реакцията; Необходими са всички горивни агрегати и резервоари за съхранение на водород; могат да захранват превозното средство. Разликата е, че двете генерират енергия по различни начини, което също води до значителна разлика в ефективността, така че превозните средства с горивни клетки ще имат по-голям пробег при една и съща консумация на водород; Начинът, по който са изградени двигателите, също е напълно различен; Горивните клетки са по-екологични от двигателите с водородно горене. Освен това няма разлика в скоростта на освобождаване на енергия и както двигателите с вътрешно горене, така и горивните клетки могат да постигнат краткосрочна висока мощност.
В сравнение с двата маршрута, предимствата на водородни горивни клетки са висока ефективност на преобразуване, ниски емисии на замърсяване и висока степен на търговско приложение, особено по отношение на ефективността на преобразуване, топлинната ефективност на двигателите с водородно гориво трудно надвишава 45%, докато ефективността на преобразуване на водородните горивни клетки може да достигне повече от 60%.
Предимствата на двигателите с водородно гориво са ниската цена (около 10% от горивните клетки), ниските изисквания за чистотата на водорода и възможността за модернизация със съществуващи двигатели с гориво. Освен това, водородните двигатели с вътрешно горене са по-подходящи за използване в търговски превозни средства, като например средно- и тежкотоварни камиони, поради по-високата им ефективност при условия на високо натоварване.