a jövő energiahordozója

Átírás

1 Energo Expo, Debrecen Dőry Zsófia, egyetemi hallgató Hidrogén a jövő energiahordozója

2 Tartalom 1. A hidrogénről általában 2. Előállítási lehetőségei 3. Tárolási formái 4. A hidrogén biztonságtechnikája 5. Felhasználási lehetőségei

3 AHid Hidrogénről általában láb Robert Boyle állította elő 1671-ben nagyon jó hővezető, könnyű, színtelen, szagtalan, nem mérgező gáz egy nagyságrenddel kisebb gyulladási energiát igényel, mint a benzin

4 Sztöchiometrikus ik hidrogén/oxigén keverék gyulladási határa nyomás és hőmérséklet ékl szerint Z-alakban változik. p = 1 atm, t = 20 C, levegőben: AGYH 4,1 tf% FGYH 75 tf%

5 Tömegre vetített fűtőértékek [MJ/kg]: Hidrogén 119,59 Benzin 42,5 Lángterjedési sebességek [m/s] Földgáz (20 C, 1 atm, levegőben)

6 Előállítási lehetőségei

7 H 2 -előállítási technológiák 2004-ben Jövő és költségeik [$/kg] [$/kg] Központi erőműben földgáz-gőzreformálás 2,28 1,82 Központi erőműben szénelgázosítás 219 2, ,64 Nukleáris erőműben termikus vízbontás - 2,33 Közepes méretű földgáz-gőzreformálás 4,20 2,97 Közepes méretű biomassza elgázosítás 7,19 3,68 Közepes méretű elektromos hálózati árammal működtetett 7,36 3,91 vízbontás A felhasználás helyén földgáz gőzös reformálás 3,68 2,47 A felhasználás helyén elektromos hálózatról működtetett 6,82 4,13 vízbontás A felhasználás helyén szélerőművel termelt árammal 10,69 2,86 működtetett vízbontás A felhasználás helyén kombináltan szélerőművel és hálózati árammal történő vízbontás 6,81 3,50 Helyszíni vízbontás napelemes árammal 28,19 6,18 Helyszíni vízbontás kombinált napelemes és 9,71 4,37

8 Tárolási formái Térfogat Tömeg Nyomás Hőmérséklet Hidrogén gáz (298 K, 25 C) 0,01 mol H 2 /cm bar Cseppfolyós hidrogén (21 K, -252 C) 0,0708 g/cm 3 1 bar Szilárd mátrix (298 K, 25 C) pl. LaNi 5 H 6 0,05 mol H 2 /cm 3 2bar Szilárd mátrix (65 K, -208 C) 001molH 0, /cm 70 bar

9 Magspinmomentum alapján két változata ismert a hidrogénnek, így alacsony hőmérsékletre hűtés (-239,9 C-os cseppfolyósítás) során az ortohidrogén jelentős része parahidrogénné alakul. Az átalakulás hőfelszabadulással járna, ezért katalizátorokat kell alkalmazni. Szilárd mátrixok alkalmazása esetén a technikai H- abszorbens ötvözeteket aktiválni kell (hőkezelés, vagy hosszú ideig nagy hidrogénnyomás, esetleg mindkettő), elő kell készíteni a feltöltési/kiürítési ciklusokra. Nagy nyomás mellett a tartályok anyagvizsgálata szükséges (hidrogéngáz miatti öregedés, a ciklikus használat miatti feszültségek).

10 Hidrogén

11 A Hidrogén biztonságtechnikája A hidrogénre, akárcsak a többi energiahordozóra, biztonságmenedzsmentet dolgoztak ki, számos szervezet foglalkozik a jogszabályok, kockázatvizsgálatok, gyakorlati előírások készítésével: Hidrogéntechnológiai szabályzatok (USA, EU): ATEX 95 (94/9/EC) termék előírás ATEX 137 (1999/92/EC) felhasználói előírás ASME, CGA, NFPA, SAE, IFC,

12 Minőségi kockázatvizsgálat hatásvázlata

13 Előfordulási gyakoriság és hatás-értékelés módszere

14 Előfordulási gyakoriság és hatás-értékelés módszere Forrás: LaChance, Sandia National Laboratories

15 A ö ddi b kö k ü é Az összes eddig bekövetkezett üzemzavar és baleset elemzése honlapon

16 Hid é é b i ü ű ók i á á i é é é i Hidrogén- és benzinüzemű autók szivárgási és égési vizsgálata (USA, 2000, DOT kísérletek)

17 CFD szimulációk és validálásuk

18 Szabadtéri és laborkísérletek (USA, Oroszország)

19 Gyakorlati iútmutatások, előírások Biztonsági távolság Szellőzés biztosítása Elektromos és hidrogénes rendszerek elhelyezése Szenzorok beépítése

20 A tankolás 15 percig tartson, hogy a H 2 ne melegedjen fel 70 C-nál magasabb hőmérsékletre. Közben minden lépést pontosan szabályoznak, a vezetőt egy aktív tábla vezeti végig a tankolás legapróbb gp részletén is. (TU Graz)

21 Flh Felhasználási áláilhtő lehetőségei Európai Unió FP7 Együttműködési Program ( ) Energia 2,3 milliárd euró Közlekedés 1. Hidrogén- és üzemanyagcellák 2. Megújuló villamosenergia termelése Energiatárolás 3. Megújuló fűtési és hűtési energiák 4. Szén-dioxid-elnyelő és tároló technológiák a károsanyag-kibocsátás nélküli áramtermeléshez 5. Tisztaszén-technológiák technológiák 6. Intelligens energiahálózatok 7. Energiahatékonyság és megtakarítás 8. Az energiapolitika kialakításához szükséges ismeretek

22 Tüzelőanyag-cella (PEM FC) Ahid hidrogén molekula l két atomja egyesülni akar az oxigén atommal, lde a membránon bá csak a H + (proton) tud dáj átjutni, az elektronoknak k k vezetéken kell haladnia. hatékonyság 45 % élettartam óra

23 Belső égésű motor Cll Collesalvetti: l szélből 10 kw-os teljesítménnyel vizet bontanak, H 2 -t állítanak elő. Ezzel l5-6 6hidrogénes autót szolgálnak ki, 1 tankolással 150 km-t tesznek meg. (városban inkább, hibrid id motor) Graz HyCentA: cseppfolyós, illetve max. 450 bar-on gáz H 2 is

24 Megújuló energiák felhasználásának elősegítése szigetüzemmódban / szélenergiás áramingadozásánál a csúcsok levágása 20 kg/nap hidrogén töltés kg-os tartályokkal 2-3 naponta nyomáscsökkentő szeleppel 350 bar 3bar városi busz (magyar viszonylatban 6000 busz elképzelhető)

25 Megvalósult energetikai rendszerek, referenciaprojektek Norvégia, Utsira szigete RES2H2, Spanyolország RES2H2, Görögország g PURE, Unst, Skócia RENEW ND, USA

26 Köszönöm a figyelmüket!