Paliwo wodorowe Piotr Tomczyk Wydział Energetyki i Paliw



Podobne dokumenty
Ogniwo paliwowe typu PEM (ang. PEM-FC)

Laboratorium z Konwersji Energii. Ogniwo Paliwowe PEM

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

NAPĘDY I PALIWA ALTERNATYWNE

LABORATORIUM PRZEMIAN ENERGII

Odnawialne źródła energii i pojazdy proekologiczne - Jastrzębska GraŜyna. Spis treści. Przedmowa Wykaz oznaczeń Wykaz skrótów

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ

Wodór - paliwo przyszłości. Marek Ściążko

1. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA PALIWOWEGO

Magazynowanie wodoru. Wizja? Konieczność? Możliwości?

Bezpieczeństwo użytkowania samochodów zasilanych wodorem

STAN OBECNY I PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA OGNIW PALIWOWYCH

OGNIWA PALIWOWE. Zapewniają ekologiczne sposoby wytwarzania energii w dobie szybko wyczerpujących sięźródeł paliw kopalnych.

CHP z ogniwem paliwowym Przegląd rynku

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

Laboratorium ogniw paliwowych i produkcji wodoru

Energetyka obywatelska. Magazyny energii w rozwoju transportu elektrycznego

Otrzymywanie wodoru M

NOWOCZESNE ŹRÓDŁA ENERGII

OGNIWA PALIWOWE SPOSOBY NA KRYSYS ENERGETYCZNY

JEDNOKOMOROWE OGNIWA PALIWOWE

Ogniwa paliwowe FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ. Wykorzystanie wodoru jako nośnika energii

AUTOBUSY ELEKTRYCZNO-WODOROWE URSUS BUS S.A.

Ćwiczenie 5. Testowanie ogniwa paliwowego wodorowego zasilanego energią pochodzącą z konwersji fotowoltaicznej

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

Ćwiczenie 5. Testowanie ogniwa paliwowego wodorowego zasilanego energią pochodzącą z konwersji fotowoltaicznej

Energetyka wodorowa Piotr Tomczyk Wydział Energetyki i Paliw

Kierunki badań nad wytwarzaniem i dystrybucją wodoru jako nośnika energii

Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu

Bezemisyjna energetyka węglowa

CATA ASPEKTY TECHNICZNE WYKORZYSTANIA TECHNOLOGII MAGAZYNOWANIA ENERGII. Centrum Zastosowań Zaawansowanych Technologii MIECZYSŁAW KWIATKOWSKI

Metoda Elementów Skooczonych

MAN Truck & Bus Ekologicznie i ekonomicznie w przyszłość. MAN EURO VI: hybryda

Opole, dn. 20 czerwca 2006 Politechnika Opolska Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Kierunek: Informatyka. Podstawy elektroenergetyki

Akademickie Centrum Czystej Energii. Ogniwo paliwowe

Nazwisko...Imię...Nr albumu... ZGAZOWANIE PALIW V ME/E, Test 11 (dn )

Rozwój krajowego rynku CNG na tle państw UE: szanse i zagrożenia

MATERIAŁY W BUDOWIE OGNIW PALIWOWYCH

Ile możemy zaoszczędzid na CNG?

SOFC. Historia. Elektrochemia. Elektroceramika. Elektroceramika WYKONANIE. Christian Friedrich Schönbein, Philosophical Magazine,1839

SZKOŁA POLICEALNA dla dorosłych

Przetwarzanie energii: kondensatory

Instalacje OZE dla klastrów energii.

Gospodarka energetyczna skojarzona - elektrociepłownie korzystające z energii wiatru i energii wodorowej.

Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

Przetwarzanie energii: kondensatory

Działania na rzecz zrównoważonej mobilności w mieście stołecznym Warszawa. Miejskie Zakłady Autobusowe Sp. z o.o.

Ogniwowa rewolucja. Zimne spalanie

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechanika i Budowa Maszyn Studia drugiego stopnia specjalność Samochody i Ciągniki

SPOTKANIE BRANŻOWE EUROTAXGLASS S

Historia elektrochemii

Wentylacja awaryjna jako narządzie do zapobiegania pożarom w garażach, w których dozwolony jest wjazd samochodów napędzanych paliwami gazowymi

Niskoemisyjne, alternatywne paliwa w transporcie. Sławomir Nestorowicz Pełnomocnik Dyrektora ds. Paliw Metanowych

Specjalność ZRÓWNOWAŻONA ENERGETYKA. Nowe i odnawialne źródła energii

Laboratorium odnawialnych źródeł energii. Ćwiczenie nr 5

gospodarki energetycznej Cele polityki energetycznej Polski Działania wspierające rozwój energetyki odnawialnej w Polsce...

Odnawialne Źródła Energii w systemach grzewczych. Edmund Wach Bałtycka Agencja Poszanowania Energii S.A.

Koszt produkcji energii napędowej dla różnych sposobów jej wytwarzania. autor: Jacek Skalmierski

Technologie wodorowe w gazownictwie Możliwości i Potencjał

Ogniwa paliwowe - zasada działania

Energetyka w Środowisku Naturalnym

Odnawialne Źródła Energii w systemach grzewczych. Edmund Wach Bałtycka Agencja Poszanowania Energii S.A.

Ogniwa paliwowe (fuel cells)

DOŚWIADCZENIA W PRODUKCJI I EKSPLOATACJI AUTOBUSÓW JELCZ NA CNG. AGH Kraków, 8-9 maja 2009 r.

Perspektywy wykorzystania CNG w polskim transporcie

Przykładowe układy napędowe

Przyszłość pojazdów wodorowych: Perspektywa 2030

WODÓR PALIWEM PRZYSZŁOŚCI OKIEM SCEPTYKA

Czy ogniwa paliwowe staną się przyszłością elektroenergetyki?

Spełnienie wymagań EURO4 i EURO5 przez autobusy na ON i CNG analiza porównawcza, na przykładzie wybranej floty pojazdów

Możliwości magazynowania energii elektrycznej z OZE

Wykorzystanie biogazu w systemach kogeneracyjnych

Wykaz ważniejszych oznaczeń i jednostek Przedmowa Wstęp 1. Charakterystyka obecnego stanu środowiska1.1. Wprowadzenie 1.2. Energetyka konwencjonalna

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

Możliwości wykorzystania recyklingu energetycznego odpadowych tworzyw sztucznych do sprężania gazu ziemnego dla potrzeb zasilania

Spis treści. Wstęp 13

PERSPEKTYWY ROZWOJU ELEKTRYCZNYCH AUTOBUSÓW MIEJSKICH MARKI URSUS. URSUS BUS S.A. Dariusz Kasperek

WYSOKOTEMPERATUROWE ZGAZOWANIE BIOMASY. INSTYTUT BADAWCZO-WDROŻENIOWY MASZYN Sp. z o.o.

Rodzaj nadawanych uprawnień: obsługa, konserwacja, remont, montaż, kontrolnopomiarowe.

Jacek Jaros Politechnika Częstochowska. Temat: Wodór, współczesny nośnik energii

MAN Truck & Bus Ekologicznie i ekonomicznie w przyszłość. Napędy alternatywne, CNG, biogaz,hybryda

Część 3. Magazynowanie energii. Akumulatory Układy ładowania

WODOROWE OGNIWO PALIWOWE EKOLOGICZNE ŹRÓDŁO ZASILANIA POJAZDÓW PRĄDEM STAŁYM

Eter Dimetylowy ze Źródeł Odnawialnych

Opis wyników projektu

technologii wodorowych

PIROLIZA BEZEMISYJNA UTYLIZACJA ODPADÓW

KLASTER CZYSTEJ ENERGII

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

Prąd rozruchowy EN: 390 A Wymiary: - szerokość 175 mm - wysokość 190 mm - długość 175 mm. Prąd rozruchowy EN: 400A

Ryszard Michałowski Karczowiska r.

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

Wybrane zagadnienia energetyki wodorowej

Wodór jako proekologiczne źródło energii w aplikacjach do pojazdów samochodowych

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Energetyka wodorowa technologie i perspektywy

INSTRUKCJA LABORATORYJNA NR 2-OP BADANIE OGNIW PALIWOWYCH

NVG w Świecie i w Polsce

Proekologiczne odnawialne źródła energii / Witold M. Lewandowski. - Wyd. 4, dodr. Warszawa, Spis treści

EUROPEAN UNION EUROPEAN REGIONAL DEVELOPMENT FOUND KLASTER GREEN CARS

Transkrypt:

Paliwo wodorowe Piotr Tomczyk Wydział Energetyki i Paliw Paliwo Gazowe CNG: Ekologia, Ekonomia, Bezpieczeństwo Kraków 2009

Dlaczego wodór?

Zalety wodoru jako wtórnego nośnika energii H 2 + 1/2O 2 H 2 O + 120 kws/g (metan: 50 kws/g, benzyna: 44.5 kws/g) masowe występowanie w licznych związkach chemicznych na Ziemi możliwe spalanie w silnikach o spalanie wewnętrznym i turbinach zagadnienia bezpieczeństwa opracowane

Czy wodór jest bezpieczny?

Katastrofa Hindenburga, Lakehurst, N.Y. 6. maja, 1937 r.

Katastrofa Hindenburga, Lakehurst, N.Y. 6. maja, 1937 r. spłonęło 200 000 m 3 wodoru zginęło 37 osób 2/3 pasażerów przeżyło pożar rozpoczął się od łatwopalnej powłoki sterowca większość ludzi zginęła na skutek poparzenia paliwem płynnym

Katastrofa Columbii 16. stycznia, 2003

A może jednak mniej niebezpieczny niż się wydaje?

Doświadczenie przeprowadzone przez College of Engineering w Miami University Czas: 0 min., 0 sek.

Czas: 0 min., 3 sek.

Czas: 1 min., 0 sek.

Czas: 1 min., 30 sek.

Rozwój gospodarki wodorowej wymaga akceptacji społecznej

Gospodarka wodorowa Konwersja paliw kopalnych i biomasy Zgazowanie paliw kopalnych i biomasy Elektroliza wody Rozpad termiczny wody (cykle termochemiczne) Produkcja biologiczna Zbiorniki i magazyny wodoru Elektrownie stacjonarne Energetyka rozproszona Środki transportu (samochody, koleje, okręty, samoloty) Przenośne urządzenia elektryczne i elektroniczne PRODUKCJA TRANSPORT I MAGAZYNOWANIE WYKORZYSTANIE

Sposoby tradycyjne otrzymywania wodoru zgazowanie paliw stałych zgazowanie paliw ciekłych konwersja lub rozdział paliw gazowych elektroliza wody

Produkcja wodoru sposoby niekonwencjonalne termiczny rozkład wody (termoliza) wykorzystanie bakterii i enzymów przetwarzanie biomasy z alg na biogaz rozkład fotokatalityczny wody z hydratów (wodzianów) metanu pyroliza węgla (gaz koksowniczy)

Jak otrzymać wodór? Produkcja wodoru dzisiaj:50 Mt Elektroliza 3.9% Węgiel 18% Inne 0.1% Paliwa ciekłe 30% Gaz ziemny 48%

Koszty wytwarzania wodoru w zależności od stosowanych technologii (ceny z roku 1999)

Zgazowanie węgla w reaktorach zewnętrznych podziemne

Reakcje zgazowania węgla REAKCJE EGZOTERMICZNE: Spalanie (C) + O 2 CO 2 Częściowe utlenienie (C) + O 2 CO Metanizacja (C) + H 2 CH 4 Konwersja CO CO + H 2 O CO 2 + H 2 Metanizacja CO CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O REAKCJE ENDOTERMICZNE: Reakcja z parą wodną (C) + H 2 O CO + H 2 Reakcja Boudouard a (C) + CO 2 2CO

Jak najlepiej wykorzystywać wodór do produkcji energii elektrycznej? OGNIWA PALIWOWE

Ogniwa GALWANICZNE Ogniwa pierwotne (jednorazowe) Akumulatory Ogniwa paliwowe Po rozładowaniu Trzeba naładować Nie rozładowuje się gdy paliwo i utleniacz dostarczane są do OP

Elektroliza wody a ogniwa paliwowe Elektroliza wody Woda + En. elektryczna Wodór + Tlen - + Ogniwo paliwowe Wodór + Tlen (pow.) Woda + En. elektryczna H 2 O 2 - + Elektrolit H 2 O 2

Silniki spalania wewnętrznego Ogniwa paliwowe Paliwo Utleniacz Paliwo Utleniacz ε = 0.12-0.20 ε = 0.35-0.65 Praca mechaniczna Ciepło Ciepło Elektryczność

Budowa ogniwa paliwowego płaskiego Przepływ prądu Przepływ utleniacza Dwustronna płytka separatora Anoda Elektrolit matrycowy Katoda Dwustronna płytka separatora Anoda Przepływ paliwa

Efektywność wytwarzania energii elektrycznej

Warunki ekonomiczne komercjalizacji generatorów z ogniwami paliwowymi (cel): generatory stacjonarne: 1000 1500 USD/kW 40 000-50 000 h generatory do napędu samochodów 50 USD/kW 5 000-8 000 h

Porównanie mocy i energii właściwej w (liczonej na 1 kg masy) wybranych ogniw, ogniwa paliwowego i silnika spalinowego Fuel cells (Li-ion)

Samochody elektryczne

Blokowy schemat współdzia działania ania elementów w samochodu z ogniwami paliwowymi Stos O.P. Zbiornik wodoru Silnik elektryczny Centralny system elektryczny Turbokompresor Przepływy energii: chemicznej (przepływ gazów) elektrycznej mechanicznej

Pierwszy samochód napędzany OP Data Wytwórnia Model Technologia Paliwo 1966 Karl Kordesch Austin A40 Union Carbite Sprężony wodór sedan 6 kw, AFC 320 km

Samochody z OP r. 2001 Toyota FCHV 4 Rok 2001 P: 90 kw czas rozruchu: 10 s v max : 150 km/h zasięg: 350 km Honda FCX-V3 Rok 2001 P: 78 kw czas rozruchu: 10 s v max : 140 km/h zasięg: 330 km

Samochody niestandardowe

Autobusy z ogniwami paliwowymi Autobus Man 2001 P: 120 kw; l:300 km; v max :75 m/h Mercedes Citaro 2001 P-250 KW zasięg: 300 km v max.: 80 km/h

Samochody z ogniwami paliwowymi - prototypy Parametry samochodów osobowych zasilanych ogniwami paliwowymi Koncern Moc stosu OP Zasięg Prędkość Paliwo Uwagi DAIMLER CHRYSLER PMFC NECAR 1 (1994) 50 kw 130 km 90 km/h wodór NECAR 2 (1996) NECAR 3 (1997) NECAR 4(1999) NECAR 4 Advanced (2000) NECAR 5 ( 2001) 50 KW 45 kw 70 KW 85 kw 85 kw 250 km 400 km 450 km 482 km 482 km 110 km/h 120 km/h 145 km/h 145 km/h 150 km/h wodór metanol wodór wodór metanol Mercedes Benz Sprinter 55 KW 150 km 120 km/h wodór FORD P2000 (1999) Focus FC5 ( Focus FCV ( 2001) 67 kw 65 kw 75 kw 160 km 160 km 160 km 128 km/h 128 km/h 128 km/h wodór metanol wodór MAZDA Demio FC-EV (1997) Premacy FC-EV (2001) NISSAN Rnessa FCV (1999) Xterra FCV ( 2001) HONDA FCX-V1 (1999) FCX-V2 (1999) FCX-V3 (2000) FCX-V4 (2001) FCX (2002) 20 kw 65 KW 10 kw 75 kw 60 kw 60 kw 62 kw 78 kw 85 kw 170 km 90 km/h 125km/h 177 km 173 km 330 km 355 km 70 km/h 120 km/h 130 km/h 130 km/h 130 km/h 140 km/h 150 km/h wodór metanol metanol wodór wodór metanol wodór wodór wodór CITROEN (2000) 30 kw 300 km 95 km/h wodór PEUGOT Cab (2001) 5,5 kw 300 km 95 km/h wodór RENAULT Fever (1997) Laguna Estate (1998) VOLKSWAGEN Bora (2000) Bora Hy (2002) FIAT Seicento Elettra (2001) (2003) 10 kw 30 kw 75 kw 28 kw 75 kw 40 kw 500 km 400 km 350 km 150 km 140 km 220 km 120 km/h wodór 140 km/h 115 km/h 100 km/h 130km/h wodór wodór wodór wodór HYUNDAI Santa Fe SUV (2001) 75 kw 160 km 124 km/h wodór TOYOTA RAV4 (1996) FCHV 3(2001) 20 kw 90 kw 175 km 300 km 100 km/h 150 km/h wodór wodór AC-40 KW Parametry autobusów zasilanych ogniwami paliwowymi Producent ogniwa Nazwa autobusu Moc ogniw Zasięg Prędkość Paliwo Uwagi BALLARD 32 Food Bus (1993) Phase Two Bus (1995) Phase Three Bus (1998) Georgetown Bus (2000) Evobus Citaro (2001) 90 kw 205 kw 205 kw 100 kw 250 kw km 400 km 560 km 300 km 160km/h 105 km/h 80 km/h wodór wodór wodór wodór 60 pasażerów 60 pasażerów 75 pasażerów DAIMLER CHRYSLER NEBUS (1997) 250 kw 250 km 80 km/h wodór 62 pasażerów DAIMLER CHRYSLER NEBUS (1997) 250 kw 250 km 80 km/h wodór UTC Irisbus (2001) 60 kw km 60 km/h wodór Thor Bus (2001) PROTON MOTOR Neoplan Bus (2000) 80 kw km 80 km/h wodór SIEMENS Man Bus (2000) 120kW 250 km 80 km/h wodór DE NORA Neoplan Bus (1999) Scania Bus (2001) Man Bus (2001) 120 kw 60 kw 120 kw 600 km 250 km 300 km 50 km/h km/h 75 km/h wodór TOYOTA Hino Bus (2001) 90 kw 300 km 80 km/h wodór

Koszty Samochody obecnie: wyłącznie produkcja prototypowa Honda FCX wypożyczenie miesięczne: wypożyczenie roczne: 8000 USD 88 000 USD Cena planowana za 10-15 lat: 27-36 000 USD

Sprawność well to wheel

Sprawność well to wheel B. Hóhlein, G. Isenberg, R. Edinger i T. Grube, Handbook of Fuel Cells, v.3. s. 245-254

Procentowy udział kosztów stosu typowego samochodu z PEMFC Membrany 2% Elektrody dyfuzyjne 15% Katalizator 41% Płytki bipolarne 20% Układ chłodzenia 10% Montaż 7% Detale 5%

Gęstość mocy stosu OP stosowanych w samochodach Gęstość mocy/ kw l -1 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Ilość platyny stosowanej w OP napędzającego samochód 12 10 ilość platyny [g/kw] 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

A jednak można tankować wodór

Dozownik wodoru Wymagania dla zbiornika wodoru w samochodzie: pojemność: 5-7 kg H 2 (dystans bez tankowania: 500-700 km) mała objętość całego zbiornika: (max. 200 l) możliwie najlżejszy ciśnienie wyjściowe: do 25 bar temperatura pracy: do 80 C małe ciepło ładowania/rozładowania krótki czas ładowania bezpieczeństwo i nezawodność

Jak magazynować wodór?

Wnioski końcowe: 1. Samochody z ogniwami paliwowymi są wersją samochodów elektrycznych szeroko testowaną przez prawie wszystkie firmy automobilowe 2. Samochody hybrydowe są modelem przejściowego samochodu z silnikiem elektrycznym 3. Wiele problemów energetyki wodorowej (również samochodów z OP) nie jest rozwiązanych w sposób zadawalający 4. Wzrost cen paliw oraz nakłady na badania będą przyczyną zmian strukturalnych w transporcie