A hidrogén és a városi közlekedés jövője és lehetőségei Kriston Ákos, Fuel Cell Hungary, ELTE
Tartalom Magunkról Tüzelőanyag-cellák elmélete Tüzelőanyag-cellák a közlekedésben Gyakorlati tapasztalatok Városi közlekedési rendszer hidrogén alapon Carsharing Gazdasági számítások
Tüzelőanyag-cella kutatás az ELTE-n ELTE elektrokémiai és matematikai kutatásaira építve Nemzetközi szintű elektrokémiai laboratórium Szimulációs, modellező eszközök fejlesztése MEA fejlesztése, és katalizátorok vizsgálata
A HY-GO 2.0 az V. Széchenyi futamon, 2010. Méret: 1,5 x 1,12 x 2,74 méter Súly: 290 kg Teljesítmény: 1000 W Hidrogén üzemanyag: 160 g Fogyasztás: 1,9 g H 2 / km Végsebesség: 55 km/óra Hatótáv: 85 km Egy kilométer megtétele 30 forintba kerül. CO 2 kibocsátás zéró. A járműben két, 10 protoncserélő membrános egységből álló tüzelőanyagcella szolgáltatja az energiát. A hidrogén két, TiFeH x hidrid alakban tároló, 38,4 cm hosszúságú, 8,9 cm átmérőjű tartályban van a járműben. 4
Recomend: Regeneratív Tüzelőanyag-cella I. Tárolás II. Felhasználás Előny: nagy energiasűrűség Hátrány: magas költség Megoldás: 2 eszköz egyben Feladat: Többfunkciós katalizátorok és elektródrendszerek Beillesztés az energia hálózatba http://www.fuelcell.hu/fchu_engine/index.php/hu/recomend/
Új kogenerációs stack-ek és rendszer 6
Rendszer működése 2 kw folyamatos 10 Hidrogrogén palack nyomás / bar 60 50 40 30 20 9 8 7 6 5 4 Hőmérséklet / C 10 0 1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 Idő / másodperc 3 2 1 0
PEM cellák felépítése, működése
A tüzelőanyag-cella szíve, a MEA anód katód H 2, ta. O 2, air szén szemcsék gáztranszport vízzel telített mikropórusok mezopórusok Pt- nanorészecskék Gázáramlási csatornák Gázdiffuziós rétegl 100-300 ~250 µm µm Katalizátor ~25 µm Polimer membrán 25-200 µm
Tüezlőanyag-cellák a közlekedésben
Űrkutatás
Egyetemi projektek
Újabb modellek
FC, hidrogénes járművek
Energiaátalakítás Tüzelőanyag kémiai energiája 100 η ta. elem Tüzelőanyag-elem elméleti (reverzibilis) hatásfoka η ta.cella =- G r / H r Elektromos energia η=100 % Hatásfok, % (Fűtőertékre) 80 60 40 Hőerőgép Carnot hatásfoka η =(T f -T a )/T f η~100 % 20 Hőenergia 0 200 600 1000 1400 η hőerőgép Hőmérséklet, o C, (T ta. cella ill. T f Carnot ) Mechanikai energia (munka)
Elméleti energia sűrűségek
Összehasonlítás
Technológiai problémák Teljesítménysűrű űrűség / W kg -1 Energiasűrűség / Wh kg -1 Chem. Rev, 104, 4245 (2004) 18
Tank-to-wheel
Globális kép - H 2 fuel cell a MEGOLDÁS Olajfogyasztás CO 2 kibocsátás
Új ipari struktúra Fenntartható termelés Centralizált Decentralizált hálózatok: alkalmazkodás a helyi energia termelési lehetőségekhez Kapcsolt termelés: kogeneráció, Klór elektrolízis, víztisztítás, oxigén termelés, pirolízis Energia tárolás: Fő gond az elektromos energia tárolása nagymennyiségben Optimalizált elosztás (smart-grid)
Saját tapasztalatok
IV. Széchenyi futam
HY-GO 2.0
Akkumulátoros meghajtás
Hidrogén felhasználás, tárolás Paraméter HY-GO 2.0 Riversimple TH!NK Súly/ kg 290 380 1200 Méret (L:W:H) / m 2.5:0.9:1.3 2.5:1.5:1.5 3.12:1.64:1.5 Ülések 1 or 2 (without trunk) 2 2 Max sebesség 60 80 100 Hatótáv 200 340 250 FC méret/ kw 2 6 10 Moror teljesítmény (alap/csúcs) / kw 2 / 4 40 / 40 15 / 30 Hidrogén tárolása 360g @ MeH 1 kg @ 350 bar 1.5 kg @ 700 bar
A teljes rendszer - centralizált / decentralizált Elektromos hálózat Elektrolízis decentralizált Kogenerációs hı Gázszolgáltatók Hidrogén Oxigén HY-GO Viteldíj Hirdetés Intelligens közlekedés
Bevételek szolgáltatás ára Cég Típus Város Óradíj Átlag seb. km/h Átlag költ. $ / km Emisszió CO 2 g / km Autoshare ICE car Toronto $6.50 50 $0.13 230 I-GO ICE car Chicago $6.75 50 $0.135 230 Zipcar ICE car, Toronto $10.75 50 $0.215 110-230 Hybrid Car2Go Smart ULM, DE $13.86 50 $0.277 110-230 Velib Bike Paris $1.40* 10 $0.14 0 Westend** Bike Budapest $2.0 10 $0.2 0 Bringohinto.hu BEV Margitsziget $15.0 10 $1.5 N/A HY-GO (terv) FC Budapest $8.75 50 $0.175 35*** 28
Érzékenységvizsgálat 29
Költségek bevételek elemzése 30
Hidrogén előállítás terjesztés Centralizált Decentralizált 31
Alkalmazott hidrogén tárolás Típus Hidrogén igény / kg Töltési idő / hour Feltöltési gyakoriság / day Szükséges mobil állomás HY-GO 2.0 0.36 2 + 0.54 2 5 Riversimple 1 0.1 + 0.54 1 6 TH!NK 1.5 0.15 + 0.54 2 4 HY-GO Riversimple Think 32
Összefoglalás A fő teljesítménymutató a járművek kihasználtsága A decentralizált termelés jövedelmezőbb nagyobb rendszerek esetén Kisebb teljesítményű járművekkel felépített flotta kevésbé kockázatos 33
Biztonság Nagynyomású tartály A hidrogén nyílt téren kevésbé veszélyes, mivel gyorsan eltávozik a tartályból robbanás nélkül, szemben a benzinnel, amely kifolyva sokáig ég meggyújtva környezetét
Köszönöm a figyelmet! Kapcsolat: Dr. Inzelt György inzeltgy@chem.elte.hu Elektrokémiai és elektroanalítikai laboratórium www.fuelcell.hu Kriston Ákos info@fuelcell.hu Faragó István, Szabó Tamás Alkalmazott Analízis tanszék http://www.cs.elte.hu/applanal/hun/index_hun.html szabot@cs.elte.hu Köszönetnyilvánítás: Szabó Tamás, Inzelt György, Magyar Vilamos Művek, National Instruments