Vodík jako alternativní ekologické palivo. palivové články a vodíkové hospodářství

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Vodík jako alternativní ekologické palivo. palivové články a vodíkové hospodářství"

Jozef Janda
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Vodík jako alternativní ekologické palivo palivové články a vodíkové hospodářství

2 Charakteristika vodíku vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru na Zemi je třetím nejrozšířenějším prvkem po kyslíku a křemíku vodíkový atom má velkou ionizační energii (1311 kj/mol)

3 Charakteristika vodíku ATOMOVÉ VLASTNOSTI vodík (H 2 ) deuterium (D 2 ) tritium (T 2 ) Relativní atomová hmotnost 1,00794(7) 2, , jaderné spinové kvantové číslo 0,5 1 0,5 magnetický moment jádra 2, , ,9788 NMR frekvence (při 2,35 tesla) / Mhz NMR relativní citlivost (konstantní pole) jaderný kvadrupólový moment / (10-28 m 2 ) 100,56 15, ,68 1,000 0, ,21 0 2, radioaktivní stabilita stabilní stabilní β - t 1/2 =12,35 let FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI vodík (H 2 ) deuterium (D 2 ) tritium (T 2 ) Teplota tání [K] 13,957 18,73 20,62 Teplota varu [K] 20,39 23,67 25,04 Teplo tání [kj/mol] 0,117 0,197 0,250 Výparné teplo [kj/mol] 0,904 1,226 1,393 Kritická teplota [K] 33,19 38,35 40,6 Kritický tlak [Mpa] 1,315 1,665 1,834 Disociační teplo [kj/mol] (při 298,2 K) Energie nulového bodu [kj/mol] 435,88 443,35 446,9 25,9 18,5 15,1 Mezijaderná vzdálenost [pm] 74,14 74,14 74,14

4 Příprava a výroba vodíku nejvíce se využívá metody zplyňování uhlí touto metodou se vyrobí 90% produkce další perspektivní metody jsou: - elektrolýza vody - termické štěpení vody - zplyňování biomasy (především odpadní)

5 Příprava a výroba vodíku výrobu lze realizovat reakcí vody nebo zředěných kyselin s elektropozitivními kovy reakce může být explozivní vhodným zdrojem vodíku je elektrolýza okyselené vody s použitím platinových elektrod pro výrobu malého množství plynu se využívá tzv. vodíkový generátor zpracovává se směs metanolu a vody při teplotě 400 C (metanol krakuje na vodík a oxid uhelnatý; vodní pára reaguje s oxidem uhelnatým a vzniká oxid uhličitý a vodík)

6 Doprava a skladování vodíku výroba vodíku je vázána na tyto zdroje energie: - tepelné (jaderné) - elektrické (vodní) - solární při nerovnoměrném rozmístění zdrojů je uvažováno s dálkovým transportem zkapalněný vodík

7 Doprava a skladování vodíku Další možnosti transportu vodíku: potrubní rozvod plynného vodíku - vysokotlaký -středotlaký - nízkotlaký plynovod

8 Vodík a bezpečnost směs vodíku se vzduchem je výbušná využívají se detektory hořlavých plynů zaznamenávají již 10% dolní mez výbušnosti směsi přísná bezpečnostní opatření při výrobě, skladování a distribuci

9 Vodíková energetika v současné době konkurují vodíku tyto zdroje energie: - metanol - biopaliva z obnovitelných zdrojů konkurence těchto paliv je přechodná předpokládá se využití vodíku v mnoha energetických oblastech: - letectví - automobilový průmysl - výroba elektrické energie

10 Přeměna vodíku na elektrickou energii Součásti katalytické reakce: vodík kyslíková elektroda vodíková elektroda polymerová membrána vodík je vázán v hydridu železa - metalhydridu

11 Palivové články princip činnosti elektrochemický zdroj stejnosměrného proudu pracuje na obráceném principu elektrolýzy vody: vodík je přiváděn k anodě (dochází ke katalytické přeměně oxidace na proton a elektron) 2 H 2 4 H e - proton přechází ke katodě na katodě reaguje proton s kyslíkem a elektronem za vzniku vody O H 2 O + 4 e 4 OH - H + + OH - H 2 O na obou elektrodách vzniká rozdíl napětí asi 1V palivový článek obsahuje několik cel v sériovém zapojení

12 Palivové články princip činnosti

13 Palivové články - rozdělení Typ článků Pracovní teplota [ C] Elektrolyt rozdělení podle pracovních teplot Nízkoteplotní články alkalické roztok hydroxid membránové polymerická membrána Vysokoteplotní články fosforečné kyselina fosforečná uhličitanové roztavené uhličitany keramické pevné oxidy Označení Typ Elektrolyt Účinnost AFC alkalické roztok hydroxidu PEMFC polymerické polymerická membrána PAFC s kyselinou fosforečnou kyselina fosforečná η el = 40 % rozdělení podle použitého elektrolytu MCFC SOFC karbonátové s tuhým elektrolytem roztavené uhličitany pevné oxidy η el = 60 % η el = 40 %

14 Palivové články alkalické poprvé byly využity jako energetické zdroje v kosmických lodích Apollo mají nejrychlejší kinetiku katodové kyslíkové reakce mají vysokou účinnost a energetickou kapacitu mohou využívat jen čistý vodík dodávaný kyslík musí být zbaven kysličníku uhličitého

15 Palivové články kyselé (kyselinové) jsou vyráběny v širokém výkonovém pásmu (1 kw až 5 MW) kapalný elektrolyt má korozívní účinky pomalá kinetika katodové reakce použití hlavně ve formě statických generátorů elektrické a tepelné energie

16 Palivové články články s tavenými karbonáty nepotřebují pro reakce při vysokých teplotách katalyzátory elektrodových reakcí mohou používat reformovaná paliva dosahují malé účinnosti a energetické kapacity statické zdroje elektrické a tepelné energie (10 kw až 10 MW)

17 Palivové články membránové (keramické) jejich vývoj začal nejpozději mají pevný nekorozívní elektrolyt iontovýměnnou membránu jednoduchá konstrukce nejrychlejší kinetika anodové oxidace vodíku vysoká účinnost vysoká energetická kapacita nejsou citlivé na kysličník uhličitý reformovaná paliva minimální nároky na údržbu vhodné pro pohony dopravních prostředků

18 Palivové články membránové (keramické) existují tzv. regenerativní membránové palivové články při dodávce paliva vyrábějí elektrickou energii nebo při dodávce energie mohou vyrábět vodíka kyslík elektrolýzou vody využívá se např. energie solární a větrná možnost realizace tzv. hybridních článků nevýhodou je cena těchto článků

19 Využití palivových článků v současnosti hlavně jako zdroj energie při kosmických letech v poslední době se objevují realizace statických zdrojů současný instalovaný výkon přesahuje 50MW automobilový průmysl kombinovaná výroba tepelné a elektrické energie

20 Výhody využití palivových článků neprodukují žádné látky zatěžující životní prostředí obnovitelný zdroj vysoká účinnost je možné je přetížit bez nebezpečí havárie rychlý náběh na plný výkon výhodné je využití článků od výkonu 50 kw až několik MW nevyžadují složitou údržbu a obsluhu

21 Nevýhody využití palivových článků vysoké investiční náklady, až 5000 USD/kW vysoká cena vstupního paliva nízké stejnosměrné napětí cca 0,7 V na článek

Podobné dokumenty

OBSAH. 3.0 Druhy palivových článků, elektrolyty, teploty, paliva, emise. 6.0 Porovnání palivových článků s konvenčními způsoby výroby energie

OBSAH. 3.0 Druhy palivových článků, elektrolyty, teploty, paliva, emise. 6.0 Porovnání palivových článků s konvenčními způsoby výroby energie 2 PALIVOVÉ ČLÁNKY OBSAH 1.0 Úvod 2.0 Princip činnosti palivového článku 3.0 Druhy palivových článků, elektrolyty, teploty, paliva, emise 4.0 Provozovaná zařízení s palivovými články 5.0 Výhled využití