A hidrogén és a metanol, mint energiatárolási lehetőség

Azt már tudjuk, és az előző előadások is taglalták, hogy a jelenlegi közlekedési eszközeink jelentős szerepet játszanak az éghajlatváltozás előidézésében

Amennyiben vizsgáljuk, miért nem sikerült a mai napig alapvetően helyettesíteni a belsőégésű robbanómotorokat, látjuk, a legfontosabb probléma az energiatárolás, ezen belül a tárolt energia sűrűségének kérdése

A különböző mértékegységek összehasonlítása céljából én egységesen a Wh/kg és, ahol szükséges, a Wh/m 3 értékeket számolom, mert a 3,6KJ = 1kWh szorzóval könnyen át számolható

Én most csak a járműhajtás szempontjából vizsgálom a tárolókat, elméleti és gyakorlati energiatartalmuk, áruk és veszélyességük szerint

A hidrogén energiája 37,52 kWh/kg 1.A hidrogénnel működő tárolóknak három alapvető típusa van. a. Komprimációs elven működő atm nyomáson - 5 -

Az elérhető energiasűrűséget az alábbi ábra mutatja: A hidrogént itt adottnak vesszük, előállításával nem foglalkozunk. Ezen az elven működnek például a nagyvárosi hidrogén-busz kísérletek, de nagyon sok más. Előnye: Gyors palackcsere. Probléma: Balesetek esetén a gázrobbanás lehetősége. Viszonylag csekély energiasűrűség.

b) Folyékony hidrogénnel működő rendszerek Itt a gázt –260 o C alatt cseppfolyósítjuk, és –252 o C (forráspont) alatt tartjuk.

Az energiatartalom 563kWh/m 3, vagyis közel a duplája a 700atm-re sűrítettnél Előnye: Gyorsan tölthető, jobb energiasűrűség. Probléma: A hőntartás miatt a szigetelő súlya

Nem kisebb, mint a komprimált hidrogénes palacké. A hűtés energiaigénye kb. 75%-a a hidrogén energiájának. Karambol esetén robbanásveszélyes

Ráadásul a BMV által készített kísérleti autókból 2 hét alatt megszökött a hidrogén (melegedés), és a hidrogén folyékony utántöltése sem egyszerű. Fejleszti még a Toyota is.

c/1 Hidrogén elnyeletése valamilyen szilárd közegben. Általában alkalmazott a metálhidrid elnyeletőszer. Itt elérhető 1,5-2% hidrogén tartalom, amely kb atmoszférás tárolónak felel meg súlyban

Előnye: Jobb tölthetőség Probléma: A metálhidrid ritka földfémeket tartalmaz, ezért nagyon drága, főleg Kínában fellelhetőek az alapanyagok Ez is igényel 10-25atm túlnyomást. Az alapanyaga is gyúlékony, ezért szállítása veszélyes

c/2 Itt megemlítjük az Accusealed Kft által kifejlesztett hidrogén termelő-tároló berendezést (HTTE). -17-

Ennek hidrogén tároló képessége megegyezik a metálhidriddel (2-2,5%), viszont itt áram segítségével vizet bontunk, és a bontóedényben tároljuk a gázt, melyet ellenárammal lehet felszabadítani

Előnye: Teljesen biztonságos a tartály nem tud felrobbani. Sokkal olcsóbb a fémhidridnél. Probléma: Nincs kellően kifejlesztve Mivel kevésbé ismert néhány ábrát mutatunk be

2. Metanolos rendszerek A metanol CH 3 OH szobahőmérsékleten folyékony. Energiatartalma 6,29kWh/kg teljes bontásnál.

Lépésenként: CH 3 OH - HCOH (formaldehid) – HCOOH (hangyasav) - 1/2O 2 CO 2 +H 2 O (széndioxid+víz) A térfogategységre számolt energiája 1048kWh/m 3, ez kb. a fele a benzinnek. Ezzel szemben jól tárolható, nem drága, a tárolóedényt is számolva a hidrogénnél tízszer jobb a gyakorlati energiasűrűsége. Egyetlen komoly hátránya, hogy nincs még megoldva a tüzelőanyag rendszere, fejlesztést igényel

Akkumulátoros energiatárolók. a) Ólomakkumulátor Elméleti energiasűrűsége 520Wh/kg. Gyakorlati energiasűrűsége: 40-45Wh/kg. Előnye: Régi, megbízható, reciklizálható, olcsó, tömeggyártásban levő. Probléma: Alacsony energiasűrűség, max ciklus élettartam. Már nem használják gépkocsi hajtásra.

b) Ni-MeH akkumulátor Elméleti energiasűrűség: 650Wh/kg Gyakorlati energiasűrűség: 50-55Wh/kg Előnye: Tömeggyártásban levő, jól ciklizálható ( ciklus). Probléma: Alacsony energiasűrűség, drágább, ritka földfémeket tartalmaz. Csak hibrid hajtásra használják.

c. Lithium (LiFePO 4 ) akkumulátor. Elméleti energiasűrűsége: Wh/kg Gyakorlati energiasűrűsége: Wh/kg Előnye: Magasabb energia- sűrűség, kitűnő startkészség. Probléma: Magas ár, töltése csak megfelelő töltővel, kényes. Nem vizes elektrolit. Ezzel működik pl. a Tesla autó. Ha valóban km hatótáv kell(mint a Tesla), az autó ára 25-30MFt.

Energiatároló súlya a teljes jármű súlyához képest 600 km hatótávra Tesla gépjármű elektromos Toyota Mirai hidrogénes

Honda Clarity hidrogénes Mercedes 63AMG hagyományos

25 kWh kapacitású energiatárolók összehasonlító adatai Típus Kapacitás kWh Méret m 3/1000 Súly kg ± 20 % Terhel- hető- ség kW Élet- ciklusszám 80 % DOD ill óra Hatásfok % Ár USD Megjegyzés/ veszélyesség H2 gáz 700atm Tüzelő anyag elem 5000 óra Áram 50 veszélyes H2 gáz folyékony u.aÁram 50 veszélyes Metanol u.aÁram 50 Kevésbé veszélyes Benzin Motor 3500 óra 25 Kevésbé veszélyes Ólomsavas 25~ ~ Ni-MH ~ LiFe PO * 75 ~35000 Ni-Cd ~ H 2 fejlesztő tároló ~ 1200 * 3000 Áram 60 Hidrogén * kísérleti érték/kevéssé veszélyes

Összefoglaló Az energiatárolók szempontjából, saját véleményem szerint:

1. Nem hiszek az km hatótávolságú akkumulátoros autók elterjedésében még Li akkumulátorokkal sem, mivel: - - túl drágák, és nem lesznek olcsóbbak - túl nehéz a akkumulátor

2. Nem hiszek a komprimált és folyékony hidrogénnel működő autók széles körű elterjedésében, mivel: - A tüzelőanyag elem túl drága -A hidrogén palack atm túlnyomással veszélyes, főleg egy baleset esetén -Minden hidrogénes tároló közül csak a HTTE-vel működő autót lehetne beengedni egy mélygarázsba.

3. Valószínűnek tartom a hibrid rendszerek további terjedését, mivel az energiatárolók (akkumulátorok) így kisebb súlyúak és olcsóbbak. A nagytávolságú hajtó rendszer lehet robbanómotor is generátort hajtva.

4. A metanolos (etanolos) hajtás tüzelőanyag elemmel vagy nélkül valószínű. 5. A menet közbeni áramfelvétellel működő rendszerek (pl. hurkok az útban) akkumulátorral vagy biztonságos hidrogén tárolóval (pl. HTTE) lehetnek a jövő hajtásai.

Köszönöm megtisztelő figyelmüket!