Vodík k jako primárn rní zdroj energie pro elektromobily Petr Vysoký Dopravní fakulta ČVUT
Vodík palivo budoucnosti Sloučen ením m vodíku s kyslíkem kem dojde k uvolnění energie, odpadem je voda Vodík k není palivo, ale medium pro ukládání energie Vodík k je nutno vyrobit se značnými nými požadavky na energii (zejména tepelnou či i elektrickou) Fyzikáln lní a chemické vlastnosti vodíku vyvolávaj vají značné technologické komplikace při i jeho použit ití
Fyzikáln lní vlastnosti vodíku ve srovnání s jinými palivy
Vodíkov kové hospodářstv ství Výroba vodíku Transport vodíku Ukládání vodíku Použit ití vodíku jako zdroje energie pro dopravní prostředky Účinnost vodíkov kového pohonu a předpoklp edpokládané trendy
Vodíkové hospodářství Fosilní paliva Nukleární energie Obnovitelné zdroje elektr. energie Obnovitelné zdroje H 2 Odstranění uhlíku Elektrolýza Výroba Vodík Skladování a transport Distribuce Teplo Elektřina Doprava Užití
Základní způsoby výroby vodíku Reforming uhlovodíků pomocí vodní páry (zemní plyn, vodní plyn atd.) Metoda kvaerner Elektrolýza (vysokoteplotní elektrolýza) Rozklad vody ve vysokoteplotních jaderných reaktorech Fotolýza vody, fermentační procesy atd.
Současn asné způsoby produkce vodíku
Cenové relace z hlediska výroby H 2
Skladování a transport vodíku Stlačený vodík k v plynném m stavu (350 700 bar) Zkapalněný ný vodík k ( ( 252,9 0 C) Chemicky vázaný v vodík ve sloučenin eninách, ze kterých se uvolňuje uje zahřátím (hydridy kovů, komplexní hydridy)
Benzin NaH + H2O Porovnání způsob sobů ukládání vodíku Objem potřebný na kg vodíku 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 V [l/kg] 150b 950b 700b 1400b kapalný H2 LaNi5H6 FeTiH2 MgH2 Mg2NiH4 NaAlH4 Li-N-H NaBH4 + 2H2O
Názorné porovnání potřebn ebného objemu pro uložen ení 4 kg vodíku 48 m 3
Porovnání volumetrické a gravimetrické kapacity pro různr zné způsoby ukládání
Cenové relace z hlediska ukládání H2 $/kwh
Možnosti vodíkov kové infrastruktury
Transport stlačen eného vodíku Nutnost převážet obrovskou hmotnost tlakových nádob Trailer vezoucí 2000 3000 m 3 vodíku Trailer pro 6200 m 3 vodíku ( užitečný náklad pouze 540 kg vodíku)
Transport kapalného vodíku
Nádrž automobilu využívaj vající ukládání vodíku do hydridů
Tlakové nádoby z kompozitních materiálů Ocelové tlakové nádoby na 875 bar vycházejí 3 x těžší
Výroba nádrn drží a potrubí z kompozitních materiálů Výroba potrubí z kompozitů Struktura potrubí z kompozitů
Plnicí stanice se zásobnz sobníkem na kapalný vodík
Plnicí stanice s vlastní výrobou pomocí elektrolyzéru ru
Plnicí stanice s výrobnou vodíku
Bezpečnost vodíku Hindenburg 1937 Z 97 lidí na palubě 62 přežilo
Bezpečnost vodíku jako paliva Vodík k je díky d své malé specifické hmotnosti bezpečnější než uhlovodíkov ková paliva Vodík k nevytváří saze (ohrožen ení dýchacích cest)
Účinnost při p i použit ití plynného vodíku jako paliva pro palivový článek 30% ztráty ty při p i elektrolýze (0,7) 10% ztráty ty při p i stlačov ování (0,1) 13% ztráty ty při p i distribuci a transportu vodíku (0,13) 50% ztráty ty v palivovém článku při p i konverzi na elektrickou energii (0,5) 10% parazitní ztráty ty u palivového článku (0,1) 10% ztráty ty v měnim niči i a pohonu Výsledek η = 22%
Účinnost při p i použit ití kapalného vodíku jako paliva pro palivový článek 30% ztráty ty při p i elektrolýze (0,7) 35% ztráty ty při p i zkapalnění (0,65) 7% ztráty ty při p i distribuci a plnění (0,93) 50% ztráty ty v palivovém článku při p i konverzi na elektrickou energii (0,5) 10% parazitní ztráty ty u palivového článku (0,9) 10% ztráty ty v měnim niči i a pohonu (0,9) Výsledek η = 17 %
Pro porovnání Současný automobil s dieselovým motorem η = 25 % Možnosti dieselového pohonu η = 33 % Čistě elektrický pohon η = 65 %
Účinnost přímého p elektrického pohonu a elektrického pohonu zprostředkovan edkovaného vodíkem
Porovnání účinnosti různých typů pohonu
Porovnání účinnosti elektrického pohonu
Rozložen ení plnicích ch stanic v západnz padní Evropě
Skandinávsk vská vodíková dálnice
Plnicí stanice pro vodík k v Kalifornii
Vodík k jako zásobnz sobník k energie v odlehlých krajinách
U nás n Neratovice Ostrava
Příklad na závěrz
Příklad na závěrz Letiště Frankfurt 520 letadel/den z toho 50 jumbo Jumbo tankuje 130t kerosinu Převedeno na vodík k 50t kapalného H 2 / jumbo Celkem 2500t kapalného nebo 36 000 m 3 plyn. H 2 Pro výrobu elektrolysou 22500 m 3 vody a 8GWh Pro obsloužen ení další ších letadel 20 GWh + 54 000 m 3 54 000m 3 H 2 O/24 hod průtok 21m 3 /s Průtok Otavy v Písku P či i Berounky v Plzni