Transcript Samochody na wodór Zastosowanie Wodór w samochodach Historia Przechowywanie wodoru Wodór ma szanse stać się najważniejszym nośnikiem energii w najbliższej przyszłości. Ogniwa paliwowe produkują zeń energię elektryczną, bez.

Samochody na wodór
Zastosowanie
Wodór w samochodach
Historia
Przechowywanie wodoru
Wodór ma szanse stać się najważniejszym
nośnikiem energii w najbliższej przyszłości.
Ogniwa paliwowe produkują zeń energię
elektryczną, bez szkodliwych emisji, hałasu i w
sposób bardziej wydajny niż konwencjonalne
źródła energii. Wielką zaletą wodoru jako nośnika
energii jest możliwość otrzymywania tego paliwa
zarówno z kopalnych jak i odnawialnych źródeł
energii. Wodór jako wtórne źródło energii podnosi
poziom bezpieczeństwa energetycznego.
1766 – Henry Cavendisch odkrywa wodór
1783 – Pierwszy lot balonem napełnionym wodorem
1800 – Odkrycie zjawiska elektrolizy
1839 – Prototyp pierwszego na świecie ogniwa paliwowego
1898 – Pierwsza udana próba skroplenia wodoru
1928 – Rudolf Erren opatentował silnik spalinowy na paliwo wodorowe
1950 – Pierwszy traktor na paliwo wodorowe (moc 20 koni mechanicznych)
1965 – NASA stosuje ogniwa paliwowe w programie Apollo
1977 – Prototyp samochodu napędzanego ogniwami paliwowymi
1992 – Pierwsza bazująca na ogniwach paliwowych elektrownia o mocy 200kW
2001 – Pierwsza stacja umożliwiająca tankowanie wodoru do samochodów
osobowych, autobusów
2002 – Pierwsza instalacja produkująca jednocześnie prąd elektryczny oraz
wodór
2004 – Prototyp łodzi podwodnej napędzany ogniwami paliwowymi przechodzi
pomyślne testy
Wodór w normalnych warunkach jest gazem, więc jego objętościowa
gęstość energii jest bardzo słaba w porównaniu do ciekłych paliw jak
benzyna, czy ropa.
Istnieje jednak kilka sposobów na przechowywanie wodoru:
Sprężony gaz
Ciecz
Wodorek metalu
Wodór związany chemicznie
Wodór w strukturze węglowej
Gazowy wodór może zostać sprężony do wysokiego ciśnienia, w celu podwyższenia jego
gęstości energii. Podwajając ciśnienie w zbiorniku z grubsza biorąc podwaja się ilość
zgromadzonej w nim energii. Obecnie przechowywanie pod ciśnieniem 200 - 350 barów jest
technicznie możliwe. Jednakże, gęstość objętościowa pozostaje wciąż około 10 razy niższa
niż w przypadku benzyny. W przypadku zastosowań jezdnych to znacznie ogranicza zakres
działania. Wyjątkiem są autobusy miejskie, które mogą często tankować. Prototypowy zbiornik
wodoru z ciśnieniem do 700 bar został zaprezentowany przez GM/Opel. Kilku producentów
samochodowych stosuje ciśnieniowy zbiornik wodoru w swoich samochodach. 700 barowy
system został zbudowany we współpracy GM z Quantum Fuel Systems Technology
Worldwide, Inc.
Ciekły wodór musi być trzymany w około -250°C aby
uniknąć wrzenia. Gęstość energii jest znacznie wyższa
niż w przypadku sprężonego gazu, ale mnóstwo energii
trzeba zużyć, aby skroplić gaz i utrzymać go w tak
niskiej temperaturze. Pomimo tego, że skomplikowanie
układu czyni go bardziej odpowiednim do dużych ilości
i/lub odległości, producenci samochodowi, jak BMW i
GM usiłują umieścić w swoich samochodach zbiornik z
ciekłym wodorem oraz wodorowy silnik spalinowy lub
ogniwo paliwowe. Duża część badań nad skraplaniem
wodoru została przeprowadzona przy projektach
kosmicznych, gdzie wodór jest wykorzystywany jako
paliwo.
Wodorki metalu oferują wyższą gęstość objętościową energii niż ciekły
wodór. Stopy metali (na bazie np. magnezu, aluminium i metali ziem rzadkich)
adsorbują wodór w swojej strukturze tak, że cząsteczki gazu są ściśle
upakowane. Ładowanie wodoru wyzwala ciepło, a do uwolnienia wodoru jest
potrzebne. Główne wady to duży ciężar i cena materiału. Dodatkowym
problemem jest powolne napełnianie. Masa wodoru w wodorku nie przekracza
5% wag., więc ta metoda jest dobra do zastosowań, gdzie objętość, a nie
waga jest istotna. Przykładowo, w niektórych urządzeniach przenośnych
i specjalnych zastosowaniach jak wózki widłowe lub łodzie podwodne.
Wodór związany chemicznie (wodorki chemiczne) jest w pewnym
stopniu podobny do wodorków metali. Zgodnie z nazwą wodór jest
związany chemicznie. Gdy chemiczny wodorek zmieszamy z wodą,
powstaje wodór, np. jak w reakcji borowodorku sodu, NaBH4:
NaBH4 + 2H2O
4H2 + NaBO2
Reakcja jest odwracalna i powstający borotlenek sodu może zostać
ponownie “naładowany” do borowodorku sodu. NaH i LiBH4 to inne
przykłady stosowanych materiałów. Choć gęstość energii w
chemicznym wodorku jest wysoka, to wciąż występują problemy ze
skonstruowaniem całego systemu, zarówno techniczne jak i dotyczące
skali.
Struktury węglowe mogą być również wykorzystywane do przechowywania
wodoru.
Pewne
niezwykle
obiecujące
wyniki
przechowywania
w nanorurkach zaprezentowano w latach 90 XX w. Niestety wyniki te nie
były powtarzalne i najprawdopodobniej były błędne. Inna możliwość to
adsorbcja wodoru w pyle węglowym.
Ostateczny wybór formy przechowywania zależy od planowanego
zastosowania. Wielkie zbiorniki ciśnieniowe zasadniczo nie sprawiają
kłopotów w zastosowaniach stacjonarnych. Jednak w zastosowaniach
jezdnych lub przenośnych objętość jest kluczowa. Czas i zasięg działania są
ograniczane ilością paliwa i powinny być możliwie duże. Dodatkowo, wygoda
i całkowity koszt wpływa na wybór metody przechowywania.
Potencjalne zastosowania wodoru są
bardzo szerokie. Jako paliwo dla ogniw
paliwowych wodór może służyć do
produkcji
prądu
dla
szerokiego
spektrum sprzętu - od zastosowań
domowych do przemysłowych. Może
zastąpić gaz ziemny w turbinach
produkujących prąd elektryczny. Może
być również używany jako paliwo do
silników spalinowych w samochodach,
samolotach itd.
Podkreślić należy, iż ze względu na istnienie
szerokiego wachlarza możliwości pozyskania
wodoru (przy użyciu różnorodnych technologii
oraz surowców) gaz ten może być
produkowany zarówno w wielkich instalacjach
przemysłowych,
jak
i
w
niewielkich
generatorach
Samochody napędzane wodorem mogłyby
być wyjątkowo ekologicznym środkiem
transportu. Efektem spalania takiego paliwa
jest bowiem jedynie woda. Główną
przeszkodą na drodze do skonstruowania
takiego
pojazdu
jest
niemożność
skonstruowania zbiornika paliwa, który w
sposób bezpieczny i prosty dostarczałby
wodór.
Wykonał:
Robert Gaworzewski
Technikum Samochodowe
przy
Zespole Szkół Samochodowych
w Bydgoszczy
R.Szk.2008/2009