Transcript Vandenilio saugojimas - vandenilio energetikos technologijų centras

VANDENILIO ENERGETIKOS
TECHNOLOGIJOS AUTOMOBILIAMS
Dr. Darius Milčius
Medžiagų bandymų ir tyrimų laboratorijos
vadovas
Lietuvos energetikos institutas
1
Turinys
1.
Kodėl vandenilis?
2.
Vandenilio energetika;
3.
Vandenilio gavyba;
4.
Vandenilio kuro elementai;
5.
Vandenilio saugojimas transporte;
6.
Vandenilio saugojimo technologijų transporte ateities vizija;
7.
Dabartiniu metu taikomos vandenilio technologijos transporte;
8.
Lietuvoje vykdomi tarptautiniai projektai vandenilio energetikos srityje
9.
Vandenilio energetikos mokymų programa
2
Energijos sąnaudos. EK (JRC IoE) duomenys
3
Vandenilis
4
Vandenilis transporte
2H2 + O2
2H2 + O2
variklis
Kuro
elementas
2H2O + Šiluma
2H2O + Elektros energija
5
Vandenilio energetika
Biomasė
Transportas
Hidro
Vėjo
Saulės
Didelis efektyvumas
ir patikimumas
.
Nafta
Anglis
Natūralios
dujos
Su anglies Seguestracija
Atominė
Stacionari
generacija
ARTĖJANTI Į NULINĘ
EMISIJĄ
6
Vandenilio energetika
7
Vandenilio energetinė sistema
G. Sandrock, in HANDBOOK OF FUEL CELLS, 2003,
Vol. 3, Part 2, pp. 101-112
8
Vandenilio gavyba
9
Vandenilio kuro elementas
Naudingas galingumas
Išmetimas
Iš oro
Kuras
Elektrolitas
Deguonies įvadas
Vandenilio
įvadas
Anodo arba kuro
elektrodas
Katodas arba oro
elektrodas
10
Vandenilio kuro elementas
Tipas
Protonų
mainų
membranos
(PEMFC)
Kietakūnio
oksido
elektrolito
(SOFC)
Elektrolitas
Polimeras,
protonų mainų
membranos
Darbinė
temperatūra
50-80 0C
Keramikos; YSZ 600-1000 0C
ir perovskitai
Naudingumo
koeficientas
40-50 %
Kuras
Negrynas
vandenilis
metanolio
iš
Gamtinės dujos ar 45-60 %
ciklo
(kombinuoto
propanas
sistemose gali siekti
70-80%)
11
Vandenilio saugojimas
4 kg vandenilio. Louis Schlapbach, Andreas Zuttel. Nature 2001.
12
Vandenilio saugojimas: “FREEDOM CAR” tikslai
Savybės
Vandenilio tankis (svorio procentais)
Matavimo vnt.
Tikslas
%H
6 (2.4)
Vandenilio tankis (tūrinis)
kg H2/m3
33
Kaina
USD/kg H2
167
ºC
-40 – +50
Darbinė temperatūra
(110)
Paleidimo laikas
s
15
Ilgaamžiškumas
ciklai
500
Užpildymo laikas
min
< 5 (60)
13
Vandeniliu varomas FC autobusas Route 25 nuo Oxford Circus,
via. Mile End Road (QMUL), 5 Ilford, East London.
14
Automobilis su kuro elementu 70 MPa).
Pripildymo stotis Powertech (BC Hydro of
Canada)
Ford Model U - H2 ICE – Hibridinis auto
Dynatech (70 MPa) dujų saugojimas
15
Vandenilio saugojimas
16
Vandenilio saugojimas
Vandenilio saugojimas slėgiminiuose induose
17
Vandenilio saugojimas
Suskystintas vandenilis :
(Virimo taškas esant 1 atm:
-252.8°C, 20K)
Slėgiminiai indai : 500-1000 bar
18
Vandenilio saugojimas
suskystintas vandenilis
19
Vandenilio saugojimas
MgH2 gardelė
20
Vandenilio saugojimas
Hidridai
LiH
PdH0,6
Mg H2
TiH2
VH2
FeTiH2
Mg2NiH4
LiAlH4
Mg(AlH4)2
Tūrinis tankis, 1022
atomų/cm3
Gravimetrinis tankis,
svorio %
5,
4,
6,
9,
11,
6,
5,
5,
7,
12,
0,
7,
4,
3,8
1,
3,
10,
9,
Tūrinis ir gravimetrinis vandenilio tankis metalų hidriduose
21
Anglies nanostruktūros H2 saugojimui
Buckyballs
Multi-Wall
Nanotubes
Withers, Fullerene S&T, 1997
Single-Wall
Nanotubes
Chambers et al. J. Phys. Chem. B, 1999
22
Nanomedžiagos vandenilio saugojimui
+H jonai
Gniuždantys
įtempimai
H prisotintas
paviršiaus sluoksnis
Gniuždantys
įtempimai
Padėklas
Ribos tarp
nanokristalų
Kanalai tarp
koloidinių struktūrų
- Vandenilio atomai
….............. - H prisotintas paviršiaus sluoksnis
23
Procesų modeliavimas
Relokacija
Paviršinė
vakansija
Adatomas
a
1
2
3
~
~
Relaksacijos
srautai
~
~
K
K + 24
1
Hidrinimas vandenilio plazmoje
Vandenilio dujos
Plazma
~ 2.000-10.0000C
+
H
H2
H
Mg, Al dangos
Padėklas
25
Vandenilio įpurškimo sistemos: CHEC HFI
26
Vandenilio įpurškimo sistemos
27
Patirtis:
Lietuvos energetikos instituto ir Sandia nacionalinės laboratorijos (JAV) projektas
„Metalų ir jų lydinių, skirtų vandeniliui saugoti, sintezė, panaudojant fizikinius
dangų nusodinimo metodus“. Projektas finansuotas Lietuvos Respublikos biudžeto
ir JAV energijos departamento lėšomis;2003 m.
Lietuvos energetikos instituto ir Sandia nacionalinės laboratorijos (JAV) projektas
„Kompozicinis ir struktūrinis kanalizuoto magnio-aliuminio hidrido plokštelių
hidrinimo/dehidrinimo savybių tyrimas“. Projektas finansuotas iš Lietuvos
Respublikos biudžeto ir JAV energijos departamento lėšomis; 2004 m.
Tarptautinės energijos agentūros sutarties 17 užduotis: „Kietos ir skystos būsenos
vandenilio saugojimo medžiagos: projektas HC-10 „Metalų ir jų lydinių, skirtų
vandeniliui saugoti, sintezė, panaudojant fizikinius dangų nusodinimo
metodus“.Nuo 2002 m.
Šiaurės Europos energijos tyrimų programos tinklas: „Nauji metalo hidridai
vandenilio saugojimui“ (LEI šiame projekte dalyvauja nuo 2004 m.)
28
BP6 (šeštosios bendrosios mokslinių tyrimų programos) projektai:
SSA projektas NENNET „Aukštos kokybės mokslo tinklas, jungiantis
nanomokslo, medžiagotyros ir energetikos tyrimus Lietuvoje“. Dalyvauja
nuo 2004 m.;
SSA projektas FET-EEU „Ateities energijos technologijos besiplečiančioje
Europos Sąjungoje“. Dalyvauja nuo 2005 m.;
Marie Curie vandenilio saugojimo mokymo tinklas HyTRAIN. Dalyvauja
nuo 2005 m.; šio projekto metu (LEI, VDU ir EK JRC Institute for Energy)
paruoš ES doktorantą (prancūzą – Emmanuel Wirth). Doktorantas 20052006 metais bus LEI; 2006 – 2007 JRC IoE ir 2007-2008 LEI, ir VDU
ginsis disertaciją.
IP vandenilio saugojimo technologijų projektas NESSHY. Dalyvauja nuo
2005 m.
SSA vandenilio saugojimo technologijų srityje HYSIC. Dalyvauja nuo
29
2006
VANDENILIO ENERGETIKOS
TECHNOLOGIJŲ MOKYMO
ORGANIZAVIMAS
Nr. ESF/2004/2.5.0-K01-045
30
Įgyvendinimo laikotarpis: 2005.03.02 - 2008.02.29
Projekto vykdytojai:
Koordinatorius –
Lietuvos energetikos institutas
Partneris –
Vytauto Didžiojo Universitetas
31
Pagrindinis šio projekto tikslas:
pakelti mokslininkų ir tyrėjų kvalifikaciją bei paruošti naujus
specialistus vandenilio energetikos technologijų srityje, siekiant kad
Lietuvoje atliekamų mokslinių tyrimų kokybė atitiktų greitai
augančius suinteresuotų visuomenės grupių (verslas, švietimas ir kt.)
poreikius bei vykdomi tyrimai atitiktų ES lygį, t.y. taptų
konkurencingi ES mastu.
32
Kursai:
Vandenilio energetika: fizika, technologija,
įrengimai;
Plazminės technologijos;
Naujos medžiagos vandenilio saugojimui;
Paviršiaus elektrochemija;
Vandenilio energetikos ekonomika;
Vandenilio energetika: gamtosauginiai aspektai.
33
Laboratoriniai darbai:
Plonasluoksnių metalinių lydinių, skirtų vandenilio saugojimui gavimas
fizikiniais metodais;
Plonasluoksnių metalinių lydinių prisotinimas vandeniliu, panaudojant
joninius – plazminius metodus;
Metalų ir jų lydinių struktūros kitimas vandenilio adsorbcijos metu;
Vandenilio kiekio, adsorbuoto metalų lydiniuose kompleksinis
nustatymas;
Aktyvių elementų, skirtų vandenilio kuro celėms sintezė;
Aktyvių elementų, skirtų vandenilio kuro celėms savybių analizė;
Membranų, skirtų vandenilio gavimui sintezė;
Vandenilio gavimas iš biodujų, panaudojant plonasluoksnes membranas;
Vandenilio energetika: 1 kWh kainos paskaičiavimas;
Vandenilio energetika: kenksmingų aplinkai teršalų susidarymo kokybinis
ir kiekybinis įvertinimas.
34
Kitos veiklos:
Tarpdisciplininių mokymo kursų, kviečiant dėstytojus iš užsienio
organizavimas. Numatoma organizuoti 1 savaitės tęstinius kursus
kiekvienais
metais,
akcentuojant
įvairius
vandenilio
energetikos/plazminių/nano technologijų aspektus.
Stažuotės Poitiers, Stokholmo, Oslo universitetų laboratorijose
(5 asmenys/metus/20 dienų).
35
Projekto vadovas:
Dr. Darius Milčius
Medžiagų bandymų ir tyrimų laboratorijos vadovas
Lietuvos energetikos institutas
Breslaujos 3 , LT - 44403 Kaunas
Tel. 8 (37) 401909
Mob.8 (687) 80491
Fax: 8 (37) 35 12 71
Email: [email protected]
Projekto tinklapis:
www.hydrogen.lt
36
Ačiū už dėmesį!
37