Kriston Ákos, Fuel Cell Hungary, ELTE Október 25. Gyır

A hidrogén és a városi közlekedés jövője és lehetőségei

Kriston Ákos, Fuel Cell Hungary, ELTE 2011. Október 25. Gyır

Tartalom

• Magunkról • Tüzelőanyag-cellák elmélete • Tüzelőanyag-cellák a közlekedésben • Gyakorlati tapasztalatok • Városi közlekedési rendszer hidrogén alapon – Carsharing • Gazdasági számítások 2011. Október 25. Gyır

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

2011. Október 25. Gyır

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 H2 / km Végsebesség: 55 km/óra Hatótáv: 85 km Egy kilométer megtétele 30 forintba kerül. CO2 kibocsátás zéró.

A járműben két, 10 protoncserélő membrános egységből álló tüzelőanyagcella szolgáltatja az energiát. A hidrogén két, TiFeHx hidrid alakban tároló, 38,4 cm hosszúságú, 8,9 cm átmérőjű tartályban van a járműben. 2011. Október 25. Gyır

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

2011. Október 25. Gyır http://www.fuelcell.hu/fchu_engine/index.php/hu/recomend/

Új kogenerációs stack-ek és rendszer


6

Rendszer működése – 2 kW folyamatos

10 9

Hőmérséklet / °C

50

8 7

40

6 30

5 4

20

3 2

10

1 0

0 1

1001

2001

3001

4001

5001

6001

Idő / másodperc


Hidrogrogén palack nyomás / bar

60

PEM cellák felépítése, működése


A tüzelőanyag-cella szíve, a MEA anód

katód

O2, air

H2, ta.

szén szemcsék

„Gázáramlási ” csatornák Gázdiffuziós réteg l ~250 µmµm 100-300

„Katalizátor ” µ ~25 m

gázvízzel telített transzport mikropórusok mezopórusok Pt- nanorészecskék

Polimer membrán 25-200 µ m


Tüezlőanyag-cellák a közlekedésben


Űrkutatás


Egyetemi projektek


Újabb modellek


FC, hidrogénes járművek


Energiaátalakítás ηta. elem

Tüzelőanyag kémiai energiája

Tüzelőanyag-elem elméleti (reverzibilis) hatásfoka

Hatásfok, % ((Fűtőertékre)

100

η=100 %

Elektromos energia

ηta.cella =-∆Gr/∆Hr

80

60 Hőerőgép Carnot hatásfoka

40

η =(Tf-Ta)/Tf

η~100 %

20

0

200

600

1000

ηhőe rőgép

1400

Hőmérséklet, oC, (Tta. cella ill. Tf Carnot)

Hőenergia

Mechanikai energia (munka) 2011. Október 25. Gyır

Elméleti energia sűrűségek


Összehasonlítás


Teljesítménysűrű űrűség / W kg-1

Technológiai problémák

Energiasűrűség / Wh kg-1 Chem. Rev, 104, 4245 (2004)


18

Tank-to-wheel


Globális kép - H2 fuel cell a MEGOLDÁS

Olajfogyasztás

CO2 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 2011. Október 25. Gyır

Bevételek – szolgáltatás ára Cég

Típus

Autoshare I-GO Zipcar

ICE car ICE car ICE car, Hybrid Car2Go Smart Velib Bike Westend** Bike Bringohinto.hu BEV HY-GO™ (terv) FC

Város

Óradíj

Átlag seb. Átlag költ. km/h $ / km

Toronto Chicago Toronto

$6.50 $6.75 $10.75

50 50 50

$0.13 $0.135 $0.215

Emisszió CO2 g / km 230 230 110-230

ULM, DE Paris Budapest Margitsziget

$13.86 $1.40* $2.0 $15.0

50 10 10 10

$0.277 $0.14 $0.2 $1.5

110-230 0 0 N/A

Budapest

$8.75

50

$0.175

35***


28

Érzékenységvizsgálat


29

Költségek – bevételek elemzése


30

Hidrogén előállítás – terjesztés

Centralizált

Decentralizált 2011. Október 25. Gyır

31

Alkalmazott hidrogén tárolás 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

1.5

0.15 + 0.54

2

4

Típus

TH!NK

HY-GO

Riversimple

Think 2011. Október 25. Gyır

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 2011. Október 25. Gyır

Köszönöm a figyelmet! Kapcsolat: • Dr. Inzelt György [email protected] Elektrokémiai és elektroanalítikai laboratórium www.fuelcell.hu • Kriston Ákos [email protected] • Faragó István, Szabó Tamás Alkalmazott Analízis tanszék http://www.cs.elte.hu/applanal/hun/index_hun.html [email protected] Köszönetnyilvánítás: Szabó Tamás, Inzelt György, Magyar Vilamos Művek, National Instruments 2011. Október 25. Gyır

Kriston Ákos, Fuel Cell Hungary, ELTE Október 25. Gyır

Recommend Documents