Bezpieczeństwo użytkowania samochodów zasilanych wodorem

Transkrypt

1 Politechnika Śląska w Gliwicach Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Bezpieczeństwo użytkowania samochodów zasilanych wodorem prof. dr hab. inż. Andrzej Rusin dr inż. Katarzyna Stolecka

2 bezbarwny, bezwonny gaz 14 razy lżejszy od powietrza gaz łatwopalny Wodór wykorzystywany jest do produkcji nawozów azotowych, metanolu itp. przyszłościowy nośnik energii produktem jego spalania jest woda 2

3 Bezpieczeństwo wykorzystywania wodoru przyczyn katastrof z udziałem wodoru uszkodzenia mechaniczne wady materiałowe korozja błędy ludzkie zwiększona kruchość niebezpieczeństwo związane z wodorem chemiczne fizyczne fizjologiczne 3

4 Stosowanie wodoru w pojazdach Porównując wodór z benzyną oraz metanem, benzyna wydaje się być najłatwiejszym i być może najbezpieczniejszym paliwem do magazynowania ze względu na jej niższą lotność i mniejszy zakres palności. Jednakże wodór oraz metan przy zastosowaniu najnowszych technologii również mogą być magazynowane w sposób bezpieczny. Wskazuje na to fakt, iż wodór w postaci sprężonej lub skroplonej od dłuższego czasu jest bezpiecznie stosowany i magazynowany w przemyśle. Dodatkowych badań mogą jednak wymagać zagadnienia związane z jego stosowaniem w gospodarstwie domowym lub w samochodach. paliwo min. energia zapłonu, mj temperatura płomienia, o C temperatura samozapłonu, o C zakres palności, % LHV, MJ/kg HHV, MJ/kg wodór metan benzyna rys

5 Stosowanie wodoru w pojazdach Wodór wydaje się być obiecującym paliwem w środkach transportu i w związku z tym, ryzyko związane z takim jego stosowaniem powinno być dokładnie zbadane Zagrożenia wynikające z użytkowania wodoru jako paliwa należy rozpatrywać w sytuacji, gdy pojazd nie działa, w czasie jego normalnej pracy oraz w przypadku kolizji Powszechnie znane, potencjalne zagrożenia związane są z pożarem, wybuchem lub toksycznością. W przypadku wodoru ostatnie z nich mogą być pominięte ponieważ wodór oraz produkty jego spalania nie są toksyczne. Zagrożenia w postaci pożaru i eksplozji wodoru używanego w transporcie mogą powstać na skutek jego uwolnienia ze zbiornika magazynowego w samochodzie, przewodów zasilających instalację w paliwo lub z ogniwa paliwowego 5

6 Stosowanie wodoru w pojazdach Wodór w pojazdach może być wykorzystywany na dwa sposoby. Można go stosować jako paliwo w silniku, które ulega spalaniu w komorze. Lub też może być wykorzystywany w ogniwach paliwowych do wytworzenia energii napędzającej silnik elektryczny Najczęściej w samochodach wykorzystywane są zbiorniki na wodór sprężony lub ciekły Nowym podejściem wydaje się być połączenie zbiorników kriogenicznych i sprężonych (ciśnieniowych) Z punktu widzenia bezpieczeństwa ich stosowania, porównując nowy zbiornik z konwencjonalnym zbiornikiem wodoru ciekłego, zagrożenie stanowi tutaj wysokie ciśnienie wodoru. Może ono bowiem spowodować większe rozmiary katastrofy powstałej na skutek pożaru, wybuchu i oddziaływania zimnego wodoru 6

7 Stosowanie wodoru w pojazdach wymogi dla zbiorników możliwość zmagazynowania takiej ilości wodoru, aby pozwoliła ona na przejechanie km mała objętość zbiornika jak najlżejsze wytrzymałość mechaniczna bezpieczeństwo krótki czas ładowania 7

8 Skutki niekontrolowanego uwolnienia wodoru pożar uwolnionego wodoru wybuch uwolnionego wodoru zjawisko BLEVE zagrożenie związane z bezpośrednim kontaktem ze strumieniem wodoru o niskiej temperaturze Swain M., Fuel Leak Simulation., Proceedings of the 2001 DOE Hydrogen Program Review 8

9 Strefy niebezpieczne - zbiornik ciśnieniowy 9

10 Strefy niebezpieczne zbiornik krio-sprężonego wodoru 10

11 Chmura o określonym stężeniu wodoru 11

12 Podsumowanie ze względu na swoje właściwości fizyko-chemiczne wodór wydaje się być przyszłościowym nośnikiem energii wykorzystując wodór zarówno w przemyśle, jak i do napędu samochodów należy pamiętać o zagrożeniach związanych z jego użytkowaniem przedstawione wyniki pokazują, ze uwolniony ze zbiornika na skutek wypadku drogowego wodór może stwarzać śmiertelne zagrożenie dla ludzi w odległości do ok. 15 metrów. Z kolei strefa niebezpieczna związana z uszkodzeniem ciała ludzkiego może objąć zasięg 45 metrów wielkości stref niebezpiecznych zależne będą zarówno od parametrów wodoru w zbiorniku, jak i od skutku wypadku w postaci całkowitego lub częściowego uszkodzenia zbiornika producenci samochodów zasilanych wodorem powinni więc na etapie projektowania silników uwzględniać ryzyko dla ludzi związane z ich zastosowaniem 12

13 Dziękuję za uwagę 13