„Nemzeti innováció a hazai e-mobilitásban” Jedlik Ányos Klaszter Konferencia Budapest, 2014. december 2.
Hidrogén tüzelőanyag-cellás járműhajtás az E-mobilitás szerves része Tompos András, Margitfalvi József, Hirth Ferenc
I. Tüzelőanyag-cellák működése Dr. Tompos András MTA TTK Anyag- és Környezetkémai Intézet
Mik azok a Tüzelőanyag-cellák? A tüzelőanyag-cellák olyan eszközök, amelyekben az anyagokban rejlő kémiai energia egy lépésben elektromos energiává és hővé alakul.
Mik azok a Tüzelőanyag-cellák? - A tüzelőanyag-cellában az áramtermelő folyamat valamilyen tüzelőanyag (többnyire hidrogén, metanol, etanol, butanol, metán) elektrokémiai oxidációja. - A tüzelőanyag-cellák annyiban különböznek a galvánelemektől, hogy működésük közben az áramtermelő reakcióban résztvevő anyagokat folyamatosan táplálják be, a keletkező termékeket pedig elvezetik, így, szemben a galvánelemekkel, nem "merülnek ki". - Tüzelőanyaggal kell feltölteni egy, a cellához kapcsolódó tartályt.
Tüzelőanyag-cella működése Katalizátor (anód)
Katalizátor (katód) Proton vezető membrán
Hidrogén betáplálás
A víz távozik
Elektromos áram
[email protected]
Oxigén a levegőből
+
www.hfc-hungary.org
Tüzelőanyag-cella felépítése
Anyagtudományi problémák -
Elektrokatalizátorok A tüzelőanyag-cellák előállítási költségének jelentős részét teszi ki az elektrokatalizátorokban alkalmazott Pt ára.
-
Bipoláris lemezek A jelenleg kereskedelmi forgalomban kapható bipoláris lemezek nem gyárthatóak költséghatékonyan, mivel azokat csak lemez előgyártmányból marással tudják kialakítani
-
Polimer elektrolit membrán Protonvezetés
-
Áttörő anyagtudományi fejlesztések szükségesek
Nagyáteresztő kísérleti eszközök és kombinatorikus módszerek alkalmazása
Elektrokatalizátorok tervezése -
Nagyáteresztő optikai szűrés -
Kinin indikátor
-
Metanol elektrooxidációja során H+ képződik: pH csökkenés
-
A kinin térszerkezete megváltozik a savas közegben és fluoreszkál az UV fényben
-
Fluoreszcens jel detektálása CCD kamerával
Protonvezető membránok tervezése Nagyáteresztő protonvezetőképesség mérés
II. Tüzelőanyag-cellák az E-mobilitásban Dr. Margitfalvi József Magyar Hidrogén és Tüzelőanyag-cella Egyesület
Tüzelőanyag-cella: elektrokémiai áramforrás Az előzőekben átfogó képet kaptunk a tüzelőanyag-cella (TC) működési elvéről. - A TC villamos áramot (DC) termel a HTC autó egy villamos
hajtású jármű - COM(2010) 186 - „Európai stratégia a tiszta és energia-hatékony
járművekről” - E-mobilitás EU-s értelmezése: tisztán akkumulátoros (BEV),
tölthető hibrid (PHEV) és hidrogén tüzelőanyag-cellás jármű (FCEV = fuel cell electric vehicle)
[email protected]
+
www.hfc-hungary.org
Hogy lesz a tüzelőanyag-cellából hajtáslánc? Tüzelőanyag-cella TC köteg Hajtáslánc
[email protected]
+
www.hfc-hungary.org
Tüzelőanyag-cellás gépkocsi Hidrogén tartály
Elektromos szabályozás
Villany- motor
FCEV = hibrid jármű: tüzelőanyagcella és akkumulátor
Tüzelőanyagcella köteg +kiegészítők
Forrás: Honda Motor Co., Inc.
Akkumulátor
Tüzelőanyag-cella köteg és kiegészítők szerelése
Forrás: Hydrogenics Inc. (Canada)
Tüzelőanyag-cella köteg és kiegészítők
Forrás: Hyundai Motor, Inc.
Piaci tendenciák: FCEV járművek és H2 töltőállomások -
ma már nem több évtizedes „távlat” (Hyundai ix35, 2014-2015)
-
Toyota Mirai (FCEV) kereskedelmi forgalomban: 2014 dec. 15(!): Japán 2015 ősz: USA, EU
-
további FCEV szereplők: Daimler-Mercedes, Honda, BMW, Nissan, Volvo 2015-2019 között fokozatos piacra lépés
-
FCEV főbb jellemzők: - hatótávolság 500+ km (Toyota Mirai: 650 km) - töltési idő: 3-5 perc (teljes tank, 700 bar) - zéró lokális kibocsátás (csak vízgőz) - közel zéró zajkibocsátás - hidrogén előállítás elektrolízissel: VER kiszabályozás segítése (pl. völgy időszak) - biztonságos(!) - hibrid jármű: kisebb akkumulátort tartalmaz - ár: megfizethető (~BEV)
[email protected]
+
www.hfc-hungary.org
Piaci tendenciák: FCEV járművek és H2 töltőállomások
[email protected]
+
www.hfc-hungary.org
H2 töltőállomások: a jelen és közeljövő tervei 2015
2015 végére Németországban 50 db H2 töltőállomás lesz.
Európa jelenlegi legnagyobb H2 töltőállomása Hamburg belvárosában (HafenCity) biztonságos(!)
Jelenleg Európában több, mint 60 H2 kút működik, a legközelebbi Ausztriában (Bécs, Shuttleworthstraße).
[email protected]
+
www.hfc-hungary.org
Nagy-Britannia: 15 db H2 töltőállomás 2015 végéig 65 db H2 töltőállomás 2020 végéig 1150 db H2 töltőállomás 2030
Hydrogen mobility road maps: - Skandináv országok - Kalifornia / USA - Japán
Egyéb alkalmazási területek: HTC alapú anyagmozgatás Mercedes-Benz US International Inc. (Kalifornia, USA)
~200 db HTC targoncaflotta egyetlen telephelyén 14 db telephelyi hidrogén diszpenzer eddig 200 000 alkalommal hidrogén tankolás BMW: Spartanburg (South Carolina, USA) 230 db HTC targoncaflotta egyetlen telephelyén 8 db telephelyi hidrogén diszpenzer
A világon jelenleg: ~1,5-2 millió (!) hidrogéntankolás/év biztonságosan
BEV vs. PHEV vs. FCEV ?? Nem egymást kizáró alternatívák ! Ezek a hajtásláncok bizonyos tekintetben egymással „versengő” megoldások, de alapvetően egymást kiegészítő, egymást segítő alternatívák. Konkrét példán bemutatva a jövőt: multi-energia töltőállomások , pl. Berlin, TOTAL töltőállomás „Tankolható” üzemanyagok: - benzin, dízel (esetleg: E85, CNG, LPG… ) - villamos energia (gyorstöltővel is) - hidrogén Szereplők: - TOTAL Deutschland GmbH - Daimler AG - Linde AG - RWE Effizienz GmbH - Federal Ministry of Transport
Átadási ceremónia, 2014.09. Kép: NOW GmbH.
Világcégek a HFC technológiákban Téves vélekedés: hidrogén és tüzelőanyag-cellás technológiákat, járműveket csak kis, „amatőr”, „garázscégek” fejlesztenek. A valóság: nagy világcégek invesztálnak HFC technológiákba Az FCH JU (Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking) ipari tagjai például:
III. A KONTAKT-Elektro Kft. PEM típusú tüzelőanyag-cellákra épülő fejlesztéseinek bemutatása Hirth Ferenc Kontakt-Elektro Kft.
A CÉG BEMUTATÁSA A KONTAKT-Elektro Kft. fő tevékenységei a villamos berendezés gyártáshoz és az ipari elektronikához kötődnek. Közel 10 éve keltették fel a figyelmünket a tüzelőanyag-cellák. Stack és komponens, valamint alkalmazások fejlesztésébe is belekezdtünk. Telephelyünk
H2 labor
[email protected]
+
www.hfc-hungary.org
ALKALMAZÁS FEJLESZTÉS LEHETŐSÉGEI
Szünetmentes tápegységek
Kombinált hő-és áramfejlesztők
Telepített áramforrások
[email protected]
+
www.hfc-hungary.org
Mobil alkalmazások
Hordozható áramforrások
TÜZELŐANYAG-CELLA HAJTÁSÚ ELEKTROMOS BICIKLI Demonstrációs projekt Műszaki paraméterek: Motor-teljesítmény: 250W Üzemanyagcella-teljesítmény: 400W H2 palack-kapacitás: 2x300Nl Hidrogénfogyasztás: ~250Nl/h Üzemidő: ~2 óra Maximális sebesség: 20km/h Hatótávolság: ~60km (sík terepen) Súly: 55kg
[email protected]
+
www.hfc-hungary.org
HIDROGÉNÜZEMŰ ELEKTROMOS KISHAJÓ Műszaki paraméterek: A hajó mérete: 535 x 200 cm (hossz x szél) A hajó tömege: 250kg Szállítható személyek száma: 6 személy Maximális megengedett terhelés: 450kg Motorteljesítmény (névleges/csúcs): 2000/2500W Sebesség: ~8km/h Eredeti akkumulátortelep: 8db 6V / 220Ah Pb Eredeti akkumulátortelep össztömege: 250kg Üzemanyag-cellás tápellátás: FCS-3000-HYB Névleges teljesítménye: 2700W Fogyasztása @ 2400W: 2460liter/óra Onboard hidrogén mennyisége: 10800liter Hidrogénpalackok (cserélhetők): 6db 9liter@200bar Hidrogén-ellátó rendszer össztömege: 100kg
[email protected]
+
www.hfc-hungary.org
FC-UPS 2500 – TÜZELŐANYAG-CELLÁS SZÜNETMENTES TÁPEGYSÉG •2500w teljesítmény •hidrogén üzemanyag •PEM tüzelőanyag-cella •ultrakondenzátor puffer •üzem közben növelhető áthidaló idő •hosszú élettartam (UPS módban) •környezetbarát •csendes üzemelés •széles hőmérséklettartomány •nagy megbízhatóság •távmenedzsment •folyamatosan üzemeltethető
[email protected]
+
www.hfc-hungary.org
HI-ORCA Pécsi Tudomány Egyetem, Pollack Mihály Műszaki és Informatikai kar, Shell ECO Marathon csapata A KONTAKT-Elektro Kft. technikai támogatást nyújtott a tüzelőanyag-cella integrálásában.
2012
2013
2014
[email protected]
+
www.hfc-hungary.org
Köszönjük a figyelmüket!
[email protected] www.hfc-hungary.org
