Samochody na wodór. Zastosowanie. Wodór w samochodach. Historia. Przechowywanie wodoru

Transkrypt

1 Samochody na wodór Zastosowanie Wodór w samochodach Historia Przechowywanie wodoru Wodór ma szanse stać się najważniejszym nośnikiem energii w najbliższej przyszłości. Ogniwa paliwowe produkują zeń energię elektryczną, bez szkodliwych emisji, hałasu i w sposób bardziej wydajny niż konwencjonalne źródła energii. Wielką zaletą wodoru jako nośnika energii jest możliwość otrzymywania tego paliwa zarówno z kopalnych jak i odnawialnych źródeł energii. Wodór jako wtórne źródło energii podnosi poziom bezpieczeństwa energetycznego.

2 1766 Henry Cavendisch odkrywa wodór 1783 Pierwszy lot balonem napełnionym wodorem 1800 Odkrycie zjawiska elektrolizy 1839 Prototyp pierwszego na świecie ogniwa paliwowego 1898 Pierwsza udana próba skroplenia wodoru 1928 Rudolf Erren opatentował silnik spalinowy na paliwo wodorowe 1950 Pierwszy traktor na paliwo wodorowe (moc 20 koni mechanicznych) 1965 NASA stosuje ogniwa paliwowe w programie Apollo 1977 Prototyp samochodu napędzanego ogniwami paliwowymi 1992 Pierwsza bazująca na ogniwach paliwowych elektrownia o mocy 200kW 2001 Pierwsza stacja umożliwiająca tankowanie wodoru do samochodów osobowych, autobusów 2002 Pierwsza instalacja produkująca jednocześnie prąd elektryczny oraz wodór 2004 Prototyp łodzi podwodnej napędzany ogniwami paliwowymi przechodzi pomyślne testy

3 Wodór w normalnych warunkach jest gazem, więc jego objętościowa gęstość energii jest bardzo słaba w porównaniu do ciekłych paliw jak benzyna, czy ropa. Istnieje jednak kilka sposobów na przechowywanie wodoru: Sprężony gaz Ciecz Wodorek metalu Wodór związany chemicznie Wodór w strukturze węglowej

4 Gazowy wodór może zostać sprężony do wysokiego ciśnienia, w celu podwyższenia jego gęstości energii. Podwajając ciśnienie w zbiorniku z grubsza biorąc podwaja się ilość zgromadzonej w nim energii. Obecnie przechowywanie pod ciśnieniem barów jest technicznie możliwe. Jednakże, gęstość objętościowa pozostaje wciąż około 10 razy niższa niż w przypadku benzyny. W przypadku zastosowań jezdnych to znacznie ogranicza zakres działania. Wyjątkiem są autobusy miejskie, które mogą często tankować. Prototypowy zbiornik wodoru z ciśnieniem do 700 bar został zaprezentowany przez GM/Opel. Kilku producentów samochodowych stosuje ciśnieniowy zbiornik wodoru w swoich samochodach. 700 barowy system został zbudowany we współpracy GM z Quantum Fuel Systems Technology Worldwide, Inc.

5 Ciekły wodór musi być trzymany w około -250 C aby uniknąć wrzenia. Gęstość energii jest znacznie wyższa niż w przypadku sprężonego gazu, ale mnóstwo energii trzeba zużyć, aby skroplić gaz i utrzymać go w tak niskiej temperaturze. Pomimo tego, że skomplikowanie układu czyni go bardziej odpowiednim do dużych ilości i/lub odległości, producenci samochodowi, jak BMW i GM usiłują umieścić w swoich samochodach zbiornik z ciekłym wodorem oraz wodorowy silnik spalinowy lub ogniwo paliwowe. Duża część badań nad skraplaniem wodoru została przeprowadzona przy projektach kosmicznych, gdzie wodór jest wykorzystywany jako paliwo.

6 Wodorki metalu oferują wyższą gęstość objętościową energii niż ciekły wodór. Stopy metali (na bazie np. magnezu, aluminium i metali ziem rzadkich) adsorbują wodór w swojej strukturze tak, że cząsteczki gazu są ściśle upakowane. Ładowanie wodoru wyzwala ciepło, a do uwolnienia wodoru jest potrzebne. Główne wady to duży ciężar i cena materiału. Dodatkowym problemem jest powolne napełnianie. Masa wodoru w wodorku nie przekracza 5% wag., więc ta metoda jest dobra do zastosowań, gdzie objętość, a nie waga jest istotna. Przykładowo, w niektórych urządzeniach przenośnych i specjalnych zastosowaniach jak wózki widłowe lub łodzie podwodne.

7 Wodór związany chemicznie (wodorki chemiczne) jest w pewnym stopniu podobny do wodorków metali. Zgodnie z nazwą wodór jest związany chemicznie. Gdy chemiczny wodorek zmieszamy z wodą, powstaje wodór, np. jak w reakcji borowodorku sodu, NaBH 4 : NaBH 4 + 2H 2 O 4H 2 + NaBO 2 Reakcja jest odwracalna i powstający borotlenek sodu może zostać ponownie naładowany do borowodorku sodu. NaH i LiBH4 to inne przykłady stosowanych materiałów. Choć gęstość energii w chemicznym wodorku jest wysoka, to wciąż występują problemy ze skonstruowaniem całego systemu, zarówno techniczne jak i dotyczące skali.

8 Struktury węglowe mogą być również wykorzystywane do przechowywania wodoru. Pewne niezwykle obiecujące wyniki przechowywania w nanorurkach zaprezentowano w latach 90 XX w. Niestety wyniki te nie były powtarzalne i najprawdopodobniej były błędne. Inna możliwość to adsorbcja wodoru w pyle węglowym. Ostateczny wybór formy przechowywania zależy od planowanego zastosowania. Wielkie zbiorniki ciśnieniowe zasadniczo nie sprawiają kłopotów w zastosowaniach stacjonarnych. Jednak w zastosowaniach jezdnych lub przenośnych objętość jest kluczowa. Czas i zasięg działania są ograniczane ilością paliwa i powinny być możliwie duże. Dodatkowo, wygoda i całkowity koszt wpływa na wybór metody przechowywania.

9

10 Potencjalne zastosowania wodoru są bardzo szerokie. Jako paliwo dla ogniw paliwowych wodór może służyć do produkcji prądu dla szerokiego spektrum sprzętu - od zastosowań domowych do przemysłowych. Może zastąpić gaz ziemny w turbinach produkujących prąd elektryczny. Może być również używany jako paliwo do silników spalinowych w samochodach, samolotach itd. Podkreślić należy, iż ze względu na istnienie szerokiego wachlarza możliwości pozyskania wodoru (przy użyciu różnorodnych technologii oraz surowców) gaz ten może być produkowany zarówno w wielkich instalacjach przemysłowych, jak i w niewielkich generatorach

11 Samochody napędzane wodorem mogłyby być wyjątkowo ekologicznym środkiem transportu. Efektem spalania takiego paliwa jest bowiem jedynie woda. Główną przeszkodą na drodze do skonstruowania takiego pojazdu jest niemożność skonstruowania zbiornika paliwa, który w sposób bezpieczny i prosty dostarczałby wodór.