Vozidlo na palivové články - Fuel cell vehicle
_with_the_factory-installed_option.jpg)
.jpg)
Palivový článek vozidla ( FCV ), nebo palivového článku elektrických vozidel ( FCEV ) je elektrické vozidlo , které používá palivový článek , někdy v kombinaci s malou baterií nebo superkondenzátoru , k síle jeho palubní elektromotor . Palivové články ve vozidlech generují elektrickou energii obecně pomocí kyslíku ze vzduchu a stlačeného vodíku . Většina vozidel s palivovými články je klasifikována jako vozidla s nulovými emisemi, která emitují pouze vodu a teplo. Ve srovnání s vozidly s vnitřním spalováním centralizují vodíková vozidla znečišťující látky v místě výroby vodíku , kde se vodík obvykle získává z reformovaného zemního plynu . Přeprava a skladování vodíku může také vytvářet znečišťující látky.
Palivové články byly použity v různých typech vozidel včetně vysokozdvižných vozíků , zejména ve vnitřních aplikacích, kde jsou jejich čisté emise důležité pro kvalitu ovzduší, a ve vesmírných aplikacích. První komerčně vyráběný automobil na vodíkové palivové články, Hyundai ix35 FCEV , byl představen v roce 2013, Toyota Mirai následovala v roce 2015 a poté vstoupila na trh Honda. Palivové články jsou vyvíjeny a testovány u nákladních automobilů, autobusů, lodí, motocyklů a jízdních kol, kromě jiných druhů vozidel.
V prosinci 2020 bylo na celém světě prodáno 31 225 cestujících FCEVS poháněných vodíkem. Jižní Korea je zemí s největším počtem cestujících FCEV (10 041 kusů), následují Spojené státy (9 135), Čína (5 546) a Japonsko (4 100). V roce 2020 existovala omezená vodíková infrastruktura a v USA bylo veřejně dostupných méně než padesát vodíkových čerpacích stanic pro automobily, ale plánuje se více vodíkových stanic, zejména v Kalifornii. Kritici pochybují, zda bude vodík pro automobily účinný nebo nákladově efektivní ve srovnání s jinými technologiemi s nulovými emisemi, a v roce 2019 The Motley Fool vyslovil názor, že „je těžké zpochybnit, že sen o vodíkových palivových článcích je pro cestujícího téměř mrtvý. trh s vozidly “.
Popis a účel palivových článků ve vozidlech
Všechny palivové články se skládají ze tří částí: elektrolytu, anody a katody. V zásadě funguje vodíkový palivový článek jako baterie, která vyrábí elektřinu, která může pohánět elektromotor. Místo nutnosti dobíjení lze však palivový článek znovu naplnit vodíkem. Různé typy palivových článků zahrnují polymerní elektrolyt membránou (PEM) palivové články, přímé palivové články methanol , fosforečné kyseliny, palivové články , roztaveným uhličitanem palivové články , oxidu pevné palivové články , reformovaný methanol palivových článků a regenerační palivové články.
Dějiny
Koncept palivového článku poprvé předvedl Humphry Davy v roce 1801, ale vynález prvního pracovního palivového článku má na svědomí chemik, právník a fyzik William Grove. Groveovy experimenty s tím, čemu říkal „plynová voltová baterie“, dokázaly v roce 1842, že elektrický proud lze vyrobit elektrochemickou reakcí mezi vodíkem a kyslíkem přes platinový katalyzátor. Anglický inženýr Francis Thomas Bacon rozšířil Groveovu práci a vytvořil a předváděl různé alkalické palivové články v letech 1939 až 1959.
Prvním moderním vozidlem s palivovými články byl upravený zemědělský traktor Allis-Chalmers , vybavený 15 kilowattovým palivovým článkem, kolem roku 1959. Vesmírný závod studené války vedl k dalšímu rozvoji technologie palivových článků. Projekt Gemini testoval palivové články, aby poskytovaly elektrickou energii během vesmírných misí s lidskou posádkou. Vývoj palivových článků pokračoval programem Apollo . Elektrické energetické systémy v kapslích a lunárních modulech Apollo používaly alkalické palivové články. V roce 1966 vyvinula společnost General Motors první silniční vozidlo s palivovými články, Chevrolet Electrovan . Měl palivový článek PEM , dosah 120 mil a maximální rychlost 70 mph. Byla tam jen dvě sedadla, protože komora palivových článků a velké nádrže s vodíkem a kyslíkem zabíraly zadní část dodávky. Byl postaven pouze jeden, protože projekt byl považován za nákladově neúnosný.
General Electric a další pokračovali v práci na palivových článcích PEM v 70. letech minulého století. Stohy palivových článků byly v 80. letech stále omezeny hlavně na vesmírné aplikace, včetně raketoplánu . Uzavření programu Apollo však poslalo mnoho odborníků z oboru do soukromých společností. V devadesátých letech se výrobci automobilů zajímali o aplikace palivových článků a byla připravena předváděcí vozidla. V roce 2001 byly představeny první 700 barové (10 000 PSI) vodíkové nádrže, které zmenšily velikost palivových nádrží, které by mohly být použity ve vozidlech, a prodloužily dojezd.
Aplikace
Pro všechny druhy dopravy existují vozidla s palivovými články. Nejrozšířenějšími vozidly na palivové články jsou automobily, autobusy, vysokozdvižné vozíky a manipulační vozidla.
Automobily
Honda FCX Clarity koncept byl zaveden v roce 2008 pro leasingové zákazníky v Japonsku a Jižní Kalifornii a vysadit do roku 2015. Od roku 2008 do roku 2014, Honda pronajala celkem 45 FCX jednotek v USA. V té době bylo vydáno více než 20 dalších prototypů a předváděcích vozů FCEV, včetně GM HydroGen4 a Mercedes-Benz F-Cell .
Hyundai ix35 FCEV palivové články vozidlo bylo k dispozici pro pronájem od roku 2014 do roku 2018, kdy bylo 54 jednotek pronajaté. V roce 2018 představil Hyundai model Nexo .
.jpg)
Prodej modelu Toyota Mirai vládním a firemním zákazníkům začal v Japonsku v prosinci 2014. Ceny začínaly na 6 700 000 ¥ (~ 57 400 USD ) před zdaněním a vládní pobídkou ve výši 2 000 000 ¥ (~ 19 600 USD ). Bývalý předseda Evropského parlamentu Pat Cox odhadoval, že Toyota zpočátku přijde o zhruba 100 000 dolarů za každý prodaný Mirai. V prosinci 2017 dosáhl celosvětový prodej 5 300 Mirais. Nejprodávanějšími trhy byly USA s 2900 kusy, Japonsko s 2100 a Evropa s 200.
Cell Honda Clarity Fuel byl vyroben od roku 2016 do roku 2021. 2017 Clarity měl nejvyšší kombinaci a ekonomiku města palivo hodnocení mezi všemi buněčnými vozy s vodíkovými palivovými články hodnocených EPA ten rok, s kombinovanou město / dálnice ratingu 67 mil na galon benzínu ekvivalent (MPGe) a 68 MPGe při jízdě ve městě. V roce 2019 Katsushi Inoue, prezident společnosti Honda Europe, uvedl: „Nyní se zaměřujeme na hybridní a elektrická vozidla. Možná přijdou automobily na vodíkové palivové články, ale to je technologie pro další éru.“
Do roku 2017 společnost Daimler ukončila vývoj FCEV s odvoláním na klesající náklady na baterie a rostoucí sortiment elektromobilů.
Úspora paliva
Následující tabulka porovnává spotřebu paliva EPA vyjádřenou v mílích na galon ekvivalentu benzínu (MPGe) pro dva modely vozidel na vodíkové palivové články hodnocené podle EPA k září 2021 a dostupné v Kalifornii.
| Porovnání spotřeby paliva vyjádřené v MPGe u vozidel s vodíkovými palivovými články k dispozici k prodeji nebo k pronájmu v Kalifornii a hodnoceno americkou agenturou pro ochranu životního prostředí od září 2021 |
|||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Vozidlo | Modelový rok | Kombinovaný úspora paliva |
Město úspora paliva |
Dálnice úspora paliva |
Rozsah | Roční cena paliva |
|
| Hyundai Nexo | 2019-2021 | 61 mpg-e | 65 mpg-e | 58 mpg-e | 380 mil (610 km) | ||
| Toyota Mirai | 2016–20 | 66 mpg-e | 66 mpg-e | 66 mpg-e | 312 mil (502 km) | ||
| Toyota Mirai | 2021 | 74 mpg-e | 76 mpg-e | 71 mpg-e | 407 mil (647 km) | ||
| Poznámky: Jeden kg vodíku má zhruba stejný energetický obsah jako jeden americký galon benzínu. | |||||||
Seznam vyrobených modelů
| Seznam moderních komerčně vyráběných automobilů, dodávek, dodávek a SUV na palivové články (1990 -současnost) |
||||
|---|---|---|---|---|
| Modelka | Výroba | Původní MRSP (2) /Pronájem za měsíc (aktuální $) |
Rozsah |
Komentáře |
| Modely mimo výrobu | ||||
 |
2002-2007 | 11 500 USD |
až 190 mi (310 km) |
První vozidlo s palivovými články, které bylo schváleno pro americké silnice Agenturou pro ochranu životního prostředí a Kalifornskou radou pro letecké zdroje , s následným leasingem v Kalifornii. Schváleno také pro japonské silnice japonským ministerstvem země, infrastruktury a dopravy . Přibližně 30 pronajatých v oblasti Los Angeles a Tokiu . Leasing se později rozšířil na 50 států. |
 |
2003-2006 | neznámý |
Původně byl plánován pronájem v 50 státech, nakonec byl pronajat pouze v Kalifornii , na Floridě a v Kanadě. | |
 |
2003-2013 | 1 000 000 ¥ (8850 USD) |
Pronajato podnikům a vládním subjektům v Japonsku a Kalifornii . | |
 |
2005-2007 | neznámý |
až 110 mi (180 km) |
100 pronajatých po celém světě. |
 |
2007-2009 | Pronajato v Kalifornii a New Yorku . | ||
 |
2008-2015 | 600 USD |
později 240 mil (390 km) a 231 mil (372 km) |
Pronajato ve Spojených státech, Evropě a Japonsku. |
 |
2010-2014 | 850 USD |
Pronajato v jižní Kalifornii . | |
 |
2014–2018 | 599 USD |
Pronajato v Jižní Koreji , Kalifornii , Evropě a Vancouveru (někdy označováno jako „Tucson“). | |
_at_Tokyo_Motor_Show_2015.jpg) |
2016–2021 | 58 490 $ |
Prodává se v Japonsku, jižní Kalifornii, Evropě. Celkový prodej 1 900 vozidel. | |
| Modely ve výrobě | ||||
).jpg) |
2015 – současnost | 49 500 USD |
Prodává se v Japonsku, Kalifornii , Evropě a Québecu . V roce 2021 dosáhly celosvětové prodeje od svého vzniku 11 000 kusů. | |
 |
2018 - současnost | 58 300 USD |
Prodává se v Jižní Koreji, Kalifornii a Evropě. | |
Palivové články poháněné reformátorem ethanolu
V červnu 2016 Nissan oznámil plány na vývoj vozidel s palivovými články poháněných spíše ethanolem než vodíkem . Nissan tvrdí, že tento technický přístup by byl levnější a že by bylo snazší nasadit palivovou infrastrukturu než vodíkovou infrastrukturu. Vozidlo by zahrnovalo nádrž obsahující směs vody a ethanolu, která je přiváděna do palubního reformátoru, který jej rozděluje na vodík a oxid uhličitý. Vodík je poté přiváděn do palivového článku z pevného oxidu . Podle společnosti Nissan by kapalným palivem mohla být směs ethanolu a vody v poměru 55:45.
Autobusy
Existují také předváděcí modely autobusů a v roce 2011 bylo po celém světě rozmístěno více než 100 autobusů s palivovými články . Většinu těchto autobusů vyráběly společnosti UTC Power , Toyota , Ballard , Hydrogenics a Proton Motor. Autobusy UTC nashromáždily více než 970 000 km jízdy. Autobusy na palivové články mají o 30-141% vyšší spotřebu paliva než autobusy na naftu a autobusy na zemní plyn. Autobusy na palivové články byly nasazeny ve městech po celém světě, přestože projekt Whistler v Britské Kolumbii byl v roce 2015 ukončen. The Fuel Cell Bus Club je globální úsilí o spolupráci ve zkušebních autobusech na palivové články. Mezi pozoruhodné projekty patří:
- 12 autobusů s palivovými články bylo nasazeno v kalifornské oblasti Oakland a San Francisco Bay.
- Společnost Daimler AG s třiceti šesti experimentálními autobusy poháněnými palivovými články Ballard Power Systems dokončila v roce 2007 úspěšnou tříletou zkoušku v jedenácti městech.
- V Kalifornii byla nasazena flotila autobusů Thor s palivovými články UTC Power , kterou provozuje SunLine Transit Agency.
- První prototyp autobusu na vodíkové palivové články v Brazílii byl nasazen v São Paulu . Autobus byl vyroben v Caxias do Sul a vodíkové palivo mělo být vyráběno v São Bernardo do Campo z vody elektrolýzou . Program nazvaný „ Ônibus Brasileiro a Hidrogênio “ (brazilský vodíkový autobus) zahrnoval tři autobusy.
Vysokozdvižné vozíky
Vozík palivový článek (také nazýván vozík palivový článek nebo palivový článek vysokozdvižný vozík) je palivový článek poháněné průmyslové vysokozdvižné vozíky používá ke zvedání a materiály používané v dopravě. Většina palivových článků používaných ve vysokozdvižných vozících je poháněna palivovými články PEM .
V roce 2013 bylo v USA při manipulaci s materiálem použito více než 4 000 vysokozdvižných vozíků s palivovými články, z nichž pouze 500 obdrželo finanční prostředky od DOE (2012). Flotily palivových článků provozuje velké množství společností, včetně Sysco Foods, FedEx Freight, GENCO (u Wegmans, Coca-Cola, Kimberly Clark a Whole Foods) a HEB Grocers. Evropa předvedla 30 vysokozdvižných vozíků na palivové články s Hyliftem a rozšířila je o HyLIFT-EUROPE na 200 jednotek s dalšími projekty ve Francii a Rakousku. Společnost Pike Research v roce 2011 uvedla, že vysokozdvižné vozíky poháněné palivovými články budou do roku 2020 největším tahounem poptávky po vodíkovém palivu.
Vysokozdvižné vozíky poháněné palivovými články PEM poskytují významné výhody oproti vysokozdvižným vozíkům poháněným ropou, protože nevytvářejí žádné místní emise. Vysokozdvižné vozíky s palivovými články mohou pracovat na celou 8hodinovou směnu na jednu nádrž vodíku, lze je natankovat za 3 minuty a mají životnost 8–10 let. Vysokozdvižné vozíky poháněné palivovými články se často používají v chladírenských skladech, protože jejich výkon není snižován nižšími teplotami. V konstrukci jsou jednotky FC často vyráběny jako náhrady za zasunutí.
Motocykly a jízdní kola
V roce 2005 vyrobila britská firma Intelligent Energy vůbec první fungující motocykl na vodíkový pohon s názvem ENV (Emission Neutral Vehicle). Motocykl pojme dostatek paliva na čtyři hodiny jízdy a na 160 km v městské oblasti maximální rychlostí 80 km/h (50 mph). V roce 2004 vyvinula společnost Honda motocykl s palivovými články, který využíval zásobník Honda FC Stack. Existují další příklady kol a jízdních kol s motorem na vodíkové palivové články. Suzuki Burgman získalo v EU schválení „celého typu vozidla“. Tchajwanská společnost APFCT provádí živý pouliční test s 80 skútry s palivovými články pro Taiwans Bureau of Energy pomocí palivového systému od italské společnosti Acta SpA.
Letadla
Vědci a průmysloví partneři společnosti Boeing v celé Evropě provedli v únoru 2008 experimentální letové zkoušky letounu s lidskou posádkou poháněného pouze palivovým článkem a lehkými bateriemi . Demonstrátor letounu s palivovými články, jak se mu říkalo, používal hybridní systém palivových článků/ lithium-iontové baterie Proton-Exchange Membrane (PEM) k napájení elektromotoru, který byl spojen s konvenční vrtulí. V roce 2003 byl letecky převezen první vrtulí poháněný letoun poháněný výhradně palivovým článkem. Palivový článek byl jedinečný design zásobníku FlatStack, který umožňoval integraci palivového článku s aerodynamickými povrchy letadla.
Existovalo několik bezpilotních letadel poháněných palivovými články (UAV). Horizon palivový článek UAV nastavit rekordní vzdálenost pilotovaný malé UAV v roce 2007. Armáda je hlavně zájem o tuto aplikaci, protože nízká hladina hluku, nízkou tepelnou podpisu a schopnost dosáhnout vysokou nadmořskou výšku. V roce 2009 Ion Tiger Naval Research Laboratory (NRL) využil palivový článek na vodíkový pohon a letěl 23 hodin a 17 minut. Boeing dokončuje testy na Phantom Eye, vysokohorské, dlouhé vytrvalosti (HALE), které se bude používat k provádění výzkumu a sledování létání na 20 000 m (65 000 stop) po dobu až čtyř dnů v kuse. Palivové články se také používají k poskytování pomocné energie pro letadla, nahrazují generátory fosilních paliv, které byly dříve používány ke spouštění motorů a napájení elektrických potřeb na palubě. Palivové články mohou letadlům pomoci snížit emise CO 2 a dalších znečišťujících látek a hluk.
Lodě
První loď na světě s palivovými články HYDRA používala systém AFC s čistým výkonem 6,5 kW. Na každý litr spotřebovaného paliva průměrný přívěsný motor produkuje 140krát méně uhlovodíků produkovaných průměrným moderním vozem. Motory s palivovými články mají vyšší energetickou účinnost než spalovací motory, a proto nabízejí lepší dojezd a výrazně snížené emise. Island se zavázal přeměnit svou obrovskou rybářskou flotilu tak, aby do roku 2015 využívala palivové články k poskytování pomocné energie a případně k dodávce primární energie do svých lodí. Amsterdam nedávno představil svůj první člun poháněný palivovými články, který převáží lidi po městských kanálech.
Ponorky
První ponornou aplikací palivových článků je německá ponorka typu 212 . Každý typ 212 obsahuje devět palivových článků PEM rozmístěných po celé lodi, přičemž každý z nich poskytuje elektrickou energii mezi 30 kW a 50 kW. To umožňuje, aby Typ 212 zůstal ponořen déle a je obtížnější je detekovat. Ponorky poháněné palivovými články se také snáze navrhují, vyrábějí a udržují než ponorky poháněné jaderným pohonem.
Vlaky
.jpg){kind=spacer}
V březnu 2015 China South Rail Corporation (CSR) předvedla v montážním závodě v Qingdao první tramvaj na vodíkové palivové články na světě. V sedmi čínských městech bylo vybudováno 83 mil tratí pro nové vozidlo. Čína měla v plánu v příštích pěti letech utratit 200 miliard jüanů (32 miliard dolarů) na zvýšení tramvajových tratí na více než 1 200 mil.
V roce 2016 debutoval Alstom Coradia iLint , regionální vlak poháněný vodíkovými palivovými články. Byl navržen tak, aby dosahoval 140 kilometrů za hodinu (87 mph) a ujel 600–800 kilometrů (370–500 mi) na plnou nádrž vodíku. Vlak vstoupil do služby v Německu v roce 2018 a očekává se, že bude testován v Nizozemsku od roku 2019.
Švýcarský výrobce Stadler Rail podepsal v Kalifornii v roce 2024 v rámci projektu Arrow rail smlouvu na dodávku vlaku na vodíkové palivové články v USA, vlaku FLIRT H2 .
Nákladní vozy
V roce 2020 začala společnost Hyundai vyrábět 34tunové nákladní kamiony poháněné vodíkem pod modelovým názvem XCIENT. Jsou schopni ujet 400 kilometrů (250 mi) na plnou nádrž a jejich naplnění trvá 8 až 20 minut.
V roce 2020 společnost Daimler oznámila koncepci kapalného vodíku Mercedes-Benz GenH2, jejíž výroba se očekává od roku 2023.
Vodíková infrastruktura
Eberle a Rittmar von Helmolt v roce 2010 uvedli, že výzvy zůstávají dřív, než se vozy s palivovými články stanou konkurenceschopnými vůči jiným technologiím, a uvádějí nedostatek rozsáhlé vodíkové infrastruktury v USA: V červenci 2020 bylo v USA 43 veřejně přístupných vodíkových tankovacích stanic. , 41 z nich se nacházelo v Kalifornii. V roce 2013 guvernér Jerry Brown podepsal AB 8, návrh zákona na financování 20 milionů dolarů ročně po dobu 10 let na vybudování až 100 stanic. V roce 2014 financovala Kalifornská energetická komise 46,6 milionu dolarů na výstavbu 28 stanic.
Japonsko získalo svoji první komerční vodíkovou čerpací stanici v roce 2014. Do března 2016 mělo Japonsko 80 vodíkových čerpacích stanic a japonská vláda si klade za cíl zdvojnásobit toto číslo na 160 do roku 2020. V květnu 2017 bylo v Japonsku 91 vodíkových čerpacích stanic. Německo mělo v červenci 2015 18 veřejných vodíkových čerpacích stanic. Německá vláda doufala, že do konce roku 2016 zvýší tento počet na 50, ale v červnu 2017 bylo otevřeno pouze 30.
Kódy a standardy
Podle globálních technických předpisů OSN pro kolová vozidla, konkrétně pokud jde o používání vodíku, existují mezinárodní normy, které definují aspekty techniky a celkové integrity, výkonu, bezpečnosti, životního cyklu součásti a různých dalších kategorií. Jedna pozoruhodná oblast těchto předpisů se týká systémů skladování stlačeného vodíku, které obvykle dosahují konce kvalifikované životnosti při používání 15 nebo méně let.
Programy USA
V roce 2003 americký prezident George Bush navrhl iniciativu Hydrogen Fuel Initiative (HFI). Cílem HFI byl další rozvoj vodíkových palivových článků a infrastrukturních technologií s cílem urychlit komerční zavádění vozidel s palivovými články. Do roku 2008 přispěly USA na tento projekt 1 miliardou dolarů. V roce 2009 Steven Chu , tehdejší americký ministr energetiky , prohlásil, že vodíková vozidla „nebudou v příštích 10 až 20 letech praktická“. V roce 2012 však Chu uvedl, že vidí auta s palivovými články ekonomičtěji proveditelná, protože ceny zemního plynu klesly a technologie reformy vodíku se zlepšily. V červnu 2013 Kalifornská energetická komise udělila 18,7 milionu dolarů na vodíkové čerpací stanice. V roce 2013 guvernér Brown podepsal AB 8, návrh zákona na financování 20 milionů dolarů ročně po dobu 10 let až pro 100 stanic. V roce 2013 oznámila americká DOE až 4 miliony dolarů plánovaných na „pokračující vývoj pokročilých systémů skladování vodíku“. 13. května 2013 zahájilo ministerstvo energetiky H2USA, která se zaměřuje na rozvoj vodíkové infrastruktury v USA.
Náklady
Do roku 2010 pokroky v technologii palivových článků snížily velikost, hmotnost a náklady na elektrická vozidla s palivovými články. V roce 2010 americké ministerstvo energetiky (DOE) odhadovalo, že náklady na automobilové palivové články klesly od roku 2002 o 80% a že takové palivové články by mohly být potenciálně vyráběny za 51 USD/kW, za předpokladu úspory velkoobjemových výrobních nákladů. Elektromobily na palivové články byly vyrobeny s „dojezdem více než 250 mil mezi tankováním“. Lze do nich natankovat za méně než 5 minut. Nasazené autobusy na palivové články mají o 40% nižší spotřebu paliva než autobusy na naftu. Program EERE Fuel Cell Technologies Program uvádí, že od roku 2011 dosahovaly palivové články účinnosti elektrického vozidla s palivovým článkem 42 až 53% při plném výkonu a životnosti přes 75 000 mil s méně než 10% degradací napětí, což je dvojnásobek oproti 2006. V roce 2012 společnost Lux Research, Inc. vydala zprávu, která dospěla k závěru, že „kapitálové náklady ... omezí adopci na pouhých 5,9 GW“ do roku 2030, což poskytne „téměř nepřekonatelnou překážku adopce, s výjimkou specializovaných aplikací“. Luxova analýza dospěla k závěru, že do roku 2030 dosáhnou stacionární aplikace palivových článků PEM 1 miliardy dolarů, zatímco trh s vozidly včetně vysokozdvižných vozíků s palivovými články dosáhne celkem 2 miliard dolarů.
Zásah do životního prostředí
Dopad vozidel na palivové články na životní prostředí závisí na primární energii, s níž byl vodík vyráběn. Vozidla s palivovými články jsou šetrná k životnímu prostředí pouze tehdy, když byl vodík vyráběn z obnovitelné energie . Pokud je tomu tak, auta na palivové články jsou čistší a účinnější než auta na fosilní paliva. Nejsou však tak účinné jako bateriová elektrická vozidla, která spotřebovávají mnohem méně energie. Automobil s palivovými články obvykle spotřebuje 2,4krát více energie než bateriový elektromobil, protože elektrolýza a skladování vodíku je mnohem méně účinné než používání elektřiny k přímému nabíjení baterie.
V roce 2009 používala motorová vozidla většinu ropy spotřebované v USA a produkovala více než 60% emisí oxidu uhelnatého a asi 20% emisí skleníkových plynů ve Spojených státech, avšak výroba vodíku pro hydrokrakování se používala u vedoucí výroby benzínu v rámci svého průmyslového využití byl zodpovědný za přibližně 10% celkových emisí skleníkových plynů. Naproti tomu vozidlo poháněné čistým vodíkem vypouští několik znečišťujících látek, přičemž produkuje hlavně vodu a teplo, ačkoli výroba vodíku by vytvářela znečišťující látky, pokud by vodík použitý v palivovém článku nebyl vyráběn pouze z obnovitelné energie.
V analýze Well-to-Wheels z roku 2005 DOE odhaduje, že elektrická vozidla na palivové články využívající vodík vyráběný ze zemního plynu povedou k emisím přibližně 55% CO 2 na míli vozidel se spalovacím motorem a budou mít přibližně o 25% nižší emise než hybridní vozidla . V roce 2006 Ulf Bossel uvedl, že velké množství energie potřebné k izolaci vodíku z přírodních sloučenin (voda, zemní plyn, biomasa), balení lehkého plynu kompresí nebo zkapalněním, přenos nosiče energie k uživateli plus energie ztracená při je přeměněn na užitečnou elektřinu s palivovými články, ponechává kolem 25% pro praktické využití. “Richard Gilbert, spoluautor knihy Transport Revolutions: Moving People and Freight without Oil (2010), podobně uvádí, že výroba plynného vodíku končí použitím některých energie, kterou vytvoří. Poté se energie pohltí přeměnou vodíku zpět na elektřinu v palivových článcích. “„ To znamená, že do elektromotoru dosáhne pouze čtvrtina původně dostupné energie “... Takové ztráty při přeměně • Dobře se vyrovnejte například s dobíjením elektrického vozidla (EV), jako je Nissan Leaf nebo Chevy Volt, ze zásuvky ve zdi. “Analýza všech vozidel s vodíkovými palivovými články z roku 2010 od Argonne National Laborato Ry uvádí, že obnovitelné cesty H2 nabízejí mnohem větší výhody skleníkového plynu. Tento výsledek byl nedávno potvrzen. V roce 2010 americká publikace DOE Well-to-Wheels předpokládala, že účinnost jediného kroku stlačení vodíku na 6250 psi (43,1 MPa) na čerpací stanici je 94%. Studie z roku 2016 v listopadovém čísle časopisu Energy vědců ze Stanfordovy univerzity a Technické univerzity v Mnichově dospěla k závěru, že i za předpokladu místní výroby vodíku je „investice do plně elektrických bateriových vozidel ekonomičtější volbou pro snížení emisí oxidu uhličitého, především kvůli jejich nižším nákladům a výrazně vyšší energetické účinnosti. “
Kritika
V roce 2008 profesor Jeremy P. Meyers v časopise Electrochemical Society Interface napsal: „Zatímco palivové články jsou účinné ve srovnání se spalovacími motory, nejsou tak účinné jako baterie, a to především kvůli neúčinnosti reakce na redukci kyslíku ... [T] hej, mají největší smysl pro provoz odpojený od sítě, nebo když může být palivo dodáváno nepřetržitě.Pro aplikace, které vyžadují časté a relativně rychlé spouštění ... kde jsou nulové emise požadavkem, jako v uzavřených prostorách, jako je sklady a kde je vodík považován za přijatelný reaktant, [palivový článek PEM] se stává stále atraktivnější volbou [pokud je výměna baterií nepohodlná] “. Praktické náklady na palivové články pro automobily však zůstanou vysoké, dokud objem výroby nezahrnuje úspory z rozsahu a dobře rozvinutý dodavatelský řetězec. Do té doby jsou náklady zhruba o jeden řád vyšší než cíle DOE.
Také v roce 2008 Wired News uvedl, že „odborníci říkají, že bude trvat 40 let nebo více, než bude mít vodík smysluplný dopad na spotřebu benzinu nebo globální oteplování, a my si nemůžeme dovolit tak dlouho čekat. Mezitím se palivové články odklánějí zdroje z bezprostřednějších řešení. “ Časopis Economist v roce 2008 citoval Roberta Zubrina , autora knihy Energy Victory , ze slova: „Vodík je„ jen o nejhorším možném palivu vozidla ““. Časopis poznamenal, že většina vodíku se vyrábí reformou páry, která vytváří alespoň tolik emisí uhlíku na míli, jako některé dnešní benzínové vozy. Na druhou stranu, pokud by bylo možné vodík vyrábět pomocí obnovitelné energie, „bylo by určitě jednodušší jednoduše použít tuto energii k nabíjení baterií plně elektrických nebo plug-in hybridních vozidel“. List Los Angeles Times v roce 2009 napsal: „ Ať se na to díváte z jakéhokoli úhlu, vodík je mizerný způsob pohybu aut.“ List The Washington Post se v listopadu 2009 zeptal: „[W] hy, chtěli byste ukládat energii ve formě vodíku a poté tento vodík použít k výrobě elektřiny pro motor, když elektrická energie již čeká na odsávání ze všech zásuvek Amerika a uložena v autobateriích ...? "
Motley Fool v roce 2013 uvedl, že „stále existují nákladově nepřekonatelné překážky [pro vodíková auta] související s přepravou, skladováním a hlavně výrobou“. Rudolf Krebs z Volkswagenu v roce 2013 řekl, že „bez ohledu na to, jak skvěle vyrábíte samotná auta, fyzikální zákony brání jejich celkové účinnosti. Nejúčinnějším způsobem, jak přeměnit energii na mobilitu, je elektřina“. Upřesnil: „Vodíková mobilita má smysl pouze tehdy, když používáte zelenou energii“, ale ... musíte ji nejprve převést na vodík „s nízkou účinností“, kde „ztratíte asi 40 procent počáteční energie“. Poté musíte vodík stlačit a skladovat pod vysokým tlakem v nádržích, které spotřebovávají více energie. „A pak musíte převést vodík zpět na elektřinu v palivovém článku s další ztrátou účinnosti“. Krebs pokračoval: „Nakonec z původních 100 procent elektrické energie skončíte s 30 až 40 procenty.“
V roce 2014 vypočítal futurista elektrických automobilů a energetiky Julian Cox emise produkované vozidly na vodíkové palivové články v reálném cyklu poháněnými na míle EPA v kombinovaném cyklu a od agregovaných údajů od testovaných subjektů zapsaných do dlouhodobé studie NREL FCV USA DOE . Zpráva představila oficiální data, která vyvracejí tvrzení obchodníků o jakýchkoli inherentních výhodách vodíkových palivových článků v porovnání s hnacími ústrojími ekvivalentních konvenčních benzínových hybridů a dokonce i běžných vozů s malým motorem s rovnocenným výkonem hnacího ústrojí kvůli intenzitě emisí výroby vodíku ze zemního plynu . Zpráva prokázala ekonomickou nevyhnutelnost pokračujícího využívání metanu při výrobě vodíku v důsledku efektu vypínání nákladů vodíkových palivových článků na obnovitelné kilometry v důsledku ztrát při přeměně elektřiny na a z vodíku ve srovnání s přímým využitím elektřiny v běžném elektrickém vozidle. Analýza je v rozporu s marketingovými tvrzeními výrobců vozidel zapojených do propagace vodíkových palivových článků. Analýza dospěla k závěru, že veřejná politika ve vztahu k vodíkovým palivovým článkům byla uvedena v omyl falešnými ekvivalenty velmi velkých, velmi starých nebo velmi výkonných benzínových vozidel, která přesně neodrážejí volby technologií snižování emisí, které jsou snadno dostupné mezi nižšími náklady a stávajícími spotřebitelům jsou k dispozici novější varianty vozidel. Cox napsal v roce 2014, že výroba vodíku z metanu "je výrazně intenzivnější na uhlík na jednotku energie než uhlí. Zaměňování fosilního vodíku z hydraulického štěpení břidlic pro environmentálně udržitelnou energetickou cestu hrozí podporou energetických politik, které zředí a potenciálně vykolejí globální úsilí." čelit změně klimatu kvůli riziku odklonu investic a zaměření se na technologie vozidel, které jsou ekonomicky kompatibilní s obnovitelnou energií. “ The Business Insider v roce 2013 uvedl:
Čistý vodík lze získat průmyslově, ale vyžaduje energii. Pokud tato energie nepochází z obnovitelných zdrojů, pak auta s palivovými články nejsou tak čistá, jak se zdá. ... Další výzvou je nedostatek infrastruktury. Čerpací stanice musí investovat do schopnosti tankovat vodíkové nádrže, než se FCEV stanou praktickými, a je nepravděpodobné, že to mnozí udělají, i když je dnes na cestách tak málo zákazníků. ... Srovnání nedostatku infrastruktury jsou vysoké náklady na technologii. Palivové články jsou „stále velmi, velmi drahé“.
V roce 2014 bývalý úředník ministerstva energetiky Joseph Romm napsal tři články, v nichž uvedl, že vozidla FCV stále nepřekonala následující problémy: vysoké náklady na vozidla, vysoké náklady na palivo a nedostatek infrastruktury pro dodávky paliva. Prohlásil: „K překonání všech těchto problémů současně v příštích desetiletích by bylo zapotřebí několika zázraků.“ Navíc řekl: „FCV nejsou zelené“ kvůli unikajícímu metanu při těžbě zemního plynu a při výrobě vodíku, 95%, který se vyrábí procesem parního reformování. Došel k závěru, že obnovitelnou energii nelze ekonomicky použít k výrobě vodíku pro flotilu FCV „ani nyní, ani v budoucnosti“. Analytik společnosti GreenTech Media dospěl k podobným závěrům v roce 2014. V roce 2015 uvedla společnost Clean Technica některé nevýhody vozidel na vodíkové palivové články stejně jako Car Throttle . Další spisovatel Clean Technica uzavřel: „Přestože vodík může hrát roli ve světě skladování energie (zejména sezónního skladování), u běžných vozidel to vypadá jako slepá ulička.“
Analýza z roku 2017 publikovaná v Green Car Reports zjistila, že nejlepší vozidla na vodíkové palivové články spotřebovávají „více než třikrát více elektřiny na míli než elektrické vozidlo ... generují více emisí skleníkových plynů než jiné technologie hnacího ústrojí ... [a mají] velmi vysoké náklady na palivo ... S ohledem na všechny překážky a požadavky na novou infrastrukturu (odhadovaná cena až 400 miliard USD) se zdá, že vozidla s palivovými články budou v nejlepším případě specializovanou technologií s malým dopadem na americkou spotřebu ropy. V roce 2017 Michael Barnard, píšící do časopisu Forbes , vyjmenoval přetrvávající nevýhody automobilů s vodíkovými palivovými články a dospěl k závěru, že „zhruba do roku 2008 bylo zcela jasné, že vodík byl a bude nižší než technologie baterií jako úložiště energie pro vozidla. [B] y 2025 poslední zdržení by pravděpodobně mělo být odstoupení jejich snů o palivových článcích. “
Video společnosti Real Engineering z roku 2019 uvádí, že používání vodíku jako paliva pro automobily nepomáhá snižovat emise uhlíku z dopravy. 95% vodíku, který se stále vyrábí z fosilních paliv, uvolňuje oxid uhličitý a výroba vodíku z vody je energeticky náročný proces. Skladování vodíku vyžaduje více energie buď k ochlazení do kapalného stavu, nebo k jeho vložení do nádrží pod vysokým tlakem, a dodávka vodíku do čerpacích stanic vyžaduje více energie a může uvolňovat více uhlíku. Vodík potřebný k přesunu FCV na kilometr stojí přibližně 8krát tolik, než elektřina potřebná k přesunu BEV o stejnou vzdálenost. Také v roce 2019 Katsushi Inoue, prezident společnosti Honda Europe, uvedl: „Nyní se zaměřujeme na hybridní a elektrická vozidla. Možná přijdou automobily na vodíkové palivové články, ale to je technologie pro další éru.“ Hodnocení z roku 2020 dospělo k závěru, že vodíková vozidla jsou stále účinná jen z 38%, zatímco elektromobily na baterie mají 80% účinnost.
Viz také
- Vodíkové vozidlo
- Glosář pojmů palivových článků
- Palivový článek s membránou s protonovou výměnou
- Reformovaný metanolový palivový článek
- Pomocná energetická jednotka s palivovými články
- Asociace palivových článků a vodíku
Poznámky
Reference
Carr. „Moc a sláva: Zvláštní zpráva o budoucnosti energetiky“, strana 11. The Economist , 2008.
externí odkazy
- 2005 - Fueva Europa
- Heetebrij, Jan. „Vize udržitelné elektrické společnosti podporované elektrickými vozidly“ , Olino Renewable Energy, 5. června 2009
- Ulrich Hottelet: Státní financování hybridních snů , The Asia Pacific Times, říjen 2009
- Akční plán dopravy: Iniciativa městské elektrické mobility , OSN , klimatický summit 2014 , září 2014