A hidrogén és a metanol, mint energiatárolási lehetőség.

Az előadások a következő témára: "A hidrogén és a metanol, mint energiatárolási lehetőség."— Előadás másolata:

1 A hidrogén és a metanol, mint energiatárolási lehetőség

2 Azt már tudjuk, és az előző előadások is taglalták, hogy a jelenlegi közlekedési eszközeink jelentős szerepet játszanak az éghajlatváltozás előidézésében. - 1 -

3 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. - 2 -

4 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. - 3 -

5 Én most csak a járműhajtás szempontjából vizsgálom a tárolókat, elméleti és gyakorlati energiatartalmuk, áruk és veszélyességük szerint. - 4 -

6 A hidrogén energiája 37,52 kWh/kg 1.A hidrogénnel működő tárolóknak három alapvető típusa van. a. Komprimációs elven működő 200-300-750 atm nyomáson - 5 -

7 Az elérhető energiasűrűséget az alábbi ábra mutatja: - 6 - 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.

8 b) Folyékony hidrogénnel működő rendszerek. - 7- Itt a gázt –260 o C alatt cseppfolyósítjuk, és –252 o C (forráspont) alatt tartjuk.

9 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. - 8 -

10 Nem kisebb, mint a komprimált hidrogénes palacké. A hűtés energiaigénye kb. 75%-a a hidrogén energiájának. Karambol esetén robbanásveszélyes. - 13 -

11 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.

12 c/1 Hidrogén elnyeletése valamilyen szilárd közegben. Általában alkalmazott a metálhidrid elnyeletőszer. Itt elérhető 1,5-2% hidrogén tartalom, amely kb. 150-200 atmoszférás tárolónak felel meg súlyban. - 15 -

13 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. - 16 -

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

15 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. - 18 -

16 Előnye: Teljesen biztonságos a tartály nem tud felrobbani. Sokkal olcsóbb a fémhidridnél. Probléma: Nincs kellően kifejlesztve Mivel kevésbé ismert néhány ábrát mutatunk be. - 19 -

17

18

19 2. Metanolos rendszerek - 22 - A metanol CH 3 OH szobahőmérsékleten folyékony. Energiatartalma 6,29kWh/kg teljes bontásnál.

20 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. - 23 -

21 - 24 - 3. Akkumulátoros energiatárolók. a) Ólomakkumulátor Elméleti energiasűrűsége 520Wh/kg. Gyakorlati energiasűrűsége: 40-45Wh/kg. Előnye: Régi, megbízható, reciklizálható, olcsó, tömeggyártásban levő. Probléma: Alacsony energiasűrűség, max 700-900 ciklus élettartam. Már nem használják gépkocsi hajtásra.

22 b) Ni-MeH akkumulátor Elméleti energiasűrűség: 650Wh/kg Gyakorlati energiasűrűség: 50-55Wh/kg Előnye: Tömeggyártásban levő, jól ciklizálható (800-1200 ciklus). Probléma: Alacsony energiasűrűség, drágább, ritka földfémeket tartalmaz. Csak hibrid hajtásra használják.

23 c. Lithium (LiFePO 4 ) akkumulátor. Elméleti energiasűrűsége: 1200-1400Wh/kg Gyakorlati energiasűrűsége: 80-120Wh/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 400-500km hatótáv kell(mint a Tesla), az autó ára 25-30MFt.

24 Energiatároló súlya a teljes jármű súlyához képest 600 km hatótávra - 26 - Tesla gépjármű elektromos Toyota Mirai hidrogénes

25 Honda Clarity hidrogénes Mercedes 63AMG hagyományos

26 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 25765015Tüzelő anyag elem 5000 óra Áram 50 veszélyes H2 gáz folyékony 25445015u.aÁram 50 veszélyes Metanol25232015u.aÁram 50 Kevésbé veszélyes Benzin25111420Motor 3500 óra 25 Kevésbé veszélyes Ólomsavas 25~ 40070025~ 700754 600 Ni-MH2525050040~ 120065 20 000 LiFe PO425210200100800-2000 * 75 ~35000 Ni-Cd2540062550~ 200065 15 000 H 2 fejlesztő tároló 258017017~ 1200 * 3000 Áram 60 Hidrogén 94 4 600 * kísérleti érték/kevéssé veszélyes

27 Összefoglaló Az energiatárolók szempontjából, saját véleményem szerint:

28 1. Nem hiszek az 500-600 km hatótávolságú akkumulátoros autók elterjedésében még Li akkumulátorokkal sem, mivel: - - túl drágák, és nem lesznek olcsóbbak - túl nehéz a akkumulátor

29 2. Nem hiszek a komprimált és folyékony hidrogénnel működő autók széles körű elterjedésében, mivel: - A tüzelőanyag elem túl drága -A hidrogén palack 300-700 atm túlnyomással veszélyes, főleg egy baleset esetén -Minden hidrogénes tároló közül csak a HTTE-vel működő autót lehetne beengedni egy mélygarázsba.

30 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.

31 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.

32 Köszönöm megtisztelő figyelmüket!