"Mullistava katalyytti leikkaa polttokennon hinnasta tuhansia
Houstonin yliopiston kemistiryhmä on kehittänyt vetypolttokennoja varten uuden platinapohjaisen katalyytin, joka on massayksikköön verrattuna neljästä kuuteen kertaa tehokkaampaa kuin pelkkä metallinen platina.
Keksintö vastaa yhteen isoimmista ongelmista, joita polttokennojen kaupallistamisessa on. Energiahävikkiä mittaava hyötysuhde on vetypolttokennoissa yleensä erittäin hyvä - kennossa jopa 60 prosenttia ja koko mekaanisessa järjestelmässä noin 40 prosenttia - mutta jalometallikatalyyttiä tarvitaan paljon ja se on erittäin kallista.
Nykyisellä tekniikalla pieneen autoon kuluisi platinaa noin 3 000 euron verran, mutta Peter Strasserin tutkimusryhmän keksintö typistää hintalapun reiluun 500 euroon.
Strasser hehkuttikin, että keksinnön myötä katalyysiin liittyvät ongelmat on ratkaistu. "Autoteollisuus on kysynyt neljä kertaa tehokkaamman katalyytin perään. Tässä on juuri tarvittu ratkaisu."
Koska katalyytti tarkoittaa kemikaalia, joka avustaa reaktiota, mutta ei itse kulu siinä, polttokennojen platina on moottorin rakentamiseen liittyvä kertainvestointi. Käsitettä 'katalyytti' ei tule sekoittaa myöskään katalysaattoriin, millä tarkoitetaan ainoastaan autojen pakokaasun katalyyttistä puhdistusta.
Platinakuorrutettuja nanokuulia
Strasserin tutkimusryhmän kohteena oli niin sanottuihin polymeerielektrolyyttimembraaneihin perustuva vetypolttokenno (PEMFC). Platinakatalyyttiä käytetään niissä katodilla eli elektrodilla, jossa happi pelkistyy hydroksidi-ioneiksi.
Keksinnön ideana oli alun perin tehdä katalyytistä niin hienojakoista kuin mahdollista, jotta pinta-ala ja siten reaktiivisuus saataisiin maksimoitua. Käytännössä tämä toteutettiin nanohiukkasin.
Palleroiden ydin muodostuu hiilestä, jonka päälle on kasvatettu kerros kupari-koboltti-platinalejeerinkiä. Platina saadaan kuitenkin rikastettua pintakerrokseen erityisellä vaihtovirtakäsittelyllä. Hiukkasten läpimittaa ei kerrottu Houstonin yliopiston tiedotteessa.
Tutkimustulosten mukaan pinta-alan lisääntyminen ei kuitenkaan riitä selittämään havaittua aktiivisuuden lisääntymistä. Strasser epäilee, että tärkeimpänä syynä on platina-atomien välimatka, joka on hänen nanohiukkastensa pinnalla hieman tavallista pienempi. Näissä oloissa happimolekyylit sitoutuvat metallin pinnalle juuri sopivan voimakkaasti.
Strasserin ja hänen kollegoidensa tulokset on julkaistu arvostetussa Angewandte Chemie -lehdessä erittäin tärkeänä paperina (VIP).
Tutkimusryhmä sai työtään varten mittavasti rahoitusta teollisuudesta ja Yhdysvaltain hallituksen energiaohjelmista. Tukijoihin kuuluvat muun muassa General Motors, Nasa ja USA:n energiaministeriö (DOE)."
http://www.tekniikkatalous.fi/doc.te?f_id=1254773
Autot / JututVetyauto kehittyy reippain harppauksin
09.11. - 22:33 (Luotu: 22:32)
Ekoa. Mittariston värit muuttuvat kuljettajan ajotavan mukaan. Mitä vihreämpi keskiosa on, sen taloudellisemmin kuljettaja ajaa.
Se on kaunis ja sulava, se kulkee lähes äänettömästi, se vaikuttaa jopa lopputuotteena viimeistellyltä eikä pelkältä kolisevalta kokeilukappaleelta. Mikä se on?
Se on Honda FCX -polttokennoauto, joka kulkee vetypolttoaineella ja tuottaa prosessin sivutuotteena pelkkää vettä.
FCX esiteltiin lähes samannäköisenä konseptimallina Tokion autonäyttelyssä 2005. Nyt, kaksi vuotta myöhemmin, kuorien alla on tapahtunut ja paljon.
Toiminnan kannalta keskeinen polttokenno on pienentynyt viidenneksen ja keventynyt kolmasosalla. Tehoa on tullut 14 kilowattia lisää.
Moottorin ja vaihteiston muodostama voimapaketti painaa 180 kiloa vähemmän kuin Hondan edellisen sukupolven vetyautossa.
Kylmäkäynnistyskyky on parantunut. Honda lupaa, että polttokennoauto toimii häiriöittä -30 asteen pakkasessakin.
Tehokkuus huipussaan
Honda FCX tarjoaa loistavia etuja. Vetyauton prototyypille luvataan 60 prosentin hyötysuhde. Tuon verran polttoaineen sisältämästä energiasta muuttuu liike-energiaksi.
Lukema on kolme kertaa parempi kuin bensiinimoottorilla ja kaksi kertaa korkeampi kuin nykyisillä hybridiautoilla.
FCX:ssä polttokenno on sijoitettu - edellismallista poiketen - pystyasentoon. Ratkaisu hyödyntää luonnollista painovoimaa, joka näin helpottaa sähköntuotannossa syntyvän veden ulosvirtausta kennostosta ja säilyttää polttokennoyksikön jännitetason entistä vakaampana.
Alustaratkaisu on tuonut lisää mahdollisuuksia sisätilojen suunnittelulle. Matkustamo ei paljon poikkea perinteisestä sedanista, vaikka istumapaikkoja on vain neljälle.
Tankilla 570 kilometriä
Radalla vetyauto kulkee ihailtavan vaivattomasti ja pehmeästi. Ero esimerkiksi viime keväänä kokeilemaani GM:n vastaavaan prototyyppiin on järisyttävä Hondan hyväksi.
Koska polttokennoauto on itse asiassa sähköauto, moottorin käyntiääntä ei juurikaan kuulu. Kaasupolkimen painallusta säestää ujellus kuin pienestä suihkumoottorista, kun vääntövahva moottori imaisee auton reippaaseen kiihdytysvauhtiin.
Polttokennon tuottama sähkövirta ladataan litium-ioniakkuihin. Samaa teknologiaa pienemmässä koossa käytetään muun muassa matkapuhelimissa.
Kasvanut akkukapasiteetti on lisännyt FCX:n toimintamatkaa 30 prosenttia. Motegissa kokeillulla mallilla se on Hondan mukaan nyt 570 kilometriä.
Sattumaa vai ei, mutta Toyota on ilmoittanut oman vetyautonsa ennätykseksi täsmälleen samat luvut.
http://www.aamulehti.fi/teema/autot/jutut/53120.shtml
"Bakteerit irrottavat puusta biovetyä
Yksi biopolttoaineiden merkittävistä ongelmista on energiankulutus. Sinänsä puhtaiden tuotteiden jalostus nielee pahimmillaan enemmän kuin puolet siitä energiamäärästä, jonka ne poltettaessa tuottavat.
Toinen pulma on se, että polttonesteitä suoraan selluloosasta valmistavat prosessit eivät ole vielä markkinakelpoisia. Selluloosan käyttö palauttaisi polttoaineiksi jalostettavat elintarvikkeet takaisin ruokamarkkinoille.
Pennsylvanian valtionyliopiston insinöörien ehdotus ongelmiin on biovety. Käyttämällä heikkoa sähkövirtaa ja mikrobeja he saivat irrotettua vetykaasuna talteen noin 99 prosenttia selluloosan sisältämistä vetyatomeista.
0,25 voltilla voitetaan 190 prosenttia
Ensimmäisissä kokeissa Bruce E. Loganin tutkimusryhmä käytti niin sanotun käänteisen mikrobielektrolyysin (MEC) lähtöaineena etikkahappoa. Kytkös selluloosaan on kuitenkin olemassa, sillä etikkahappoa muodostuu lopputuotteena selluloosan kemiallisessa käymisessä.
Osa vedystä on vapautunut jo etikkahapon muodostumisessa, mutta reaktiot eivät etene tavallisissa oloissa pidemmälle.
Sähkökemiallisessa kennossa mikrobit kuitenkin irrottivat vetyä myös etikasta, kun elektrodien välille kytkettiin 0,25 voltin jännite. Anodi ja katodi olivat grafiittia, mutta katodilla oli myös platinakatalyyttiä.
Biopolttoaineen tuottamiseksi jouduttiin siis tässäkin tapauksessa käyttämään ulkoista energianlähdettä, mutta kulutus oli verrattain pieni. Loganin mukaan energiantuotanto oli noin 290 prosenttia suurempi kuin kulutus, eli sähkökemian avulla voitettiin 190 prosenttia.
Kasvihuonetalouden kannalta prosessin vaikutus on kuitenkin nolla, sillä kasvien ilmakehästä sitoma hiilidioksidi vapautuu vedynmuodostuksessa kaasuna ilmaan.
Polttoaineita ja lannoitteita
Tulokset julkaistiin Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä. Asiasta kertoivat yliopiston tiedotteen ja Eurek Alert -uutispalvelun lisäksi lukuisat luonnontiedettä seuraavat internet-lehdet.
Tiedotteet ja artikkelit eivät paljastaneet, millä tavoin mikrobit oli saatettu kosketuksiin elektrodien kanssa.
Paitsi polttoainemarkkinoilla, Logan ennustaa mikrobielektrolyysille mahdollisia sovelluksia myös lannoitteiden paikallisessa valmistuksessa. Maatilan omasta jätteestä valmistetusta vedystä voidaan tehdä ammoniakkia ja siitä edelleen nitraatteja."
http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article47282.ece
Houstonin yliopiston kemistiryhmä on kehittänyt vetypolttokennoja varten uuden platinapohjaisen katalyytin, joka on massayksikköön verrattuna neljästä kuuteen kertaa tehokkaampaa kuin pelkkä metallinen platina.
Keksintö vastaa yhteen isoimmista ongelmista, joita polttokennojen kaupallistamisessa on. Energiahävikkiä mittaava hyötysuhde on vetypolttokennoissa yleensä erittäin hyvä - kennossa jopa 60 prosenttia ja koko mekaanisessa järjestelmässä noin 40 prosenttia - mutta jalometallikatalyyttiä tarvitaan paljon ja se on erittäin kallista.
Nykyisellä tekniikalla pieneen autoon kuluisi platinaa noin 3 000 euron verran, mutta Peter Strasserin tutkimusryhmän keksintö typistää hintalapun reiluun 500 euroon.
Strasser hehkuttikin, että keksinnön myötä katalyysiin liittyvät ongelmat on ratkaistu. "Autoteollisuus on kysynyt neljä kertaa tehokkaamman katalyytin perään. Tässä on juuri tarvittu ratkaisu."
Koska katalyytti tarkoittaa kemikaalia, joka avustaa reaktiota, mutta ei itse kulu siinä, polttokennojen platina on moottorin rakentamiseen liittyvä kertainvestointi. Käsitettä 'katalyytti' ei tule sekoittaa myöskään katalysaattoriin, millä tarkoitetaan ainoastaan autojen pakokaasun katalyyttistä puhdistusta.
Platinakuorrutettuja nanokuulia
Strasserin tutkimusryhmän kohteena oli niin sanottuihin polymeerielektrolyyttimembraaneihin perustuva vetypolttokenno (PEMFC). Platinakatalyyttiä käytetään niissä katodilla eli elektrodilla, jossa happi pelkistyy hydroksidi-ioneiksi.
Keksinnön ideana oli alun perin tehdä katalyytistä niin hienojakoista kuin mahdollista, jotta pinta-ala ja siten reaktiivisuus saataisiin maksimoitua. Käytännössä tämä toteutettiin nanohiukkasin.
Palleroiden ydin muodostuu hiilestä, jonka päälle on kasvatettu kerros kupari-koboltti-platinalejeerinkiä. Platina saadaan kuitenkin rikastettua pintakerrokseen erityisellä vaihtovirtakäsittelyllä. Hiukkasten läpimittaa ei kerrottu Houstonin yliopiston tiedotteessa.
Tutkimustulosten mukaan pinta-alan lisääntyminen ei kuitenkaan riitä selittämään havaittua aktiivisuuden lisääntymistä. Strasser epäilee, että tärkeimpänä syynä on platina-atomien välimatka, joka on hänen nanohiukkastensa pinnalla hieman tavallista pienempi. Näissä oloissa happimolekyylit sitoutuvat metallin pinnalle juuri sopivan voimakkaasti.
Strasserin ja hänen kollegoidensa tulokset on julkaistu arvostetussa Angewandte Chemie -lehdessä erittäin tärkeänä paperina (VIP).
Tutkimusryhmä sai työtään varten mittavasti rahoitusta teollisuudesta ja Yhdysvaltain hallituksen energiaohjelmista. Tukijoihin kuuluvat muun muassa General Motors, Nasa ja USA:n energiaministeriö (DOE)."
http://www.tekniikkatalous.fi/doc.te?f_id=1254773
Autot / JututVetyauto kehittyy reippain harppauksin
09.11. - 22:33 (Luotu: 22:32)
Ekoa. Mittariston värit muuttuvat kuljettajan ajotavan mukaan. Mitä vihreämpi keskiosa on, sen taloudellisemmin kuljettaja ajaa.
Se on kaunis ja sulava, se kulkee lähes äänettömästi, se vaikuttaa jopa lopputuotteena viimeistellyltä eikä pelkältä kolisevalta kokeilukappaleelta. Mikä se on?
Se on Honda FCX -polttokennoauto, joka kulkee vetypolttoaineella ja tuottaa prosessin sivutuotteena pelkkää vettä.
FCX esiteltiin lähes samannäköisenä konseptimallina Tokion autonäyttelyssä 2005. Nyt, kaksi vuotta myöhemmin, kuorien alla on tapahtunut ja paljon.
Toiminnan kannalta keskeinen polttokenno on pienentynyt viidenneksen ja keventynyt kolmasosalla. Tehoa on tullut 14 kilowattia lisää.
Moottorin ja vaihteiston muodostama voimapaketti painaa 180 kiloa vähemmän kuin Hondan edellisen sukupolven vetyautossa.
Kylmäkäynnistyskyky on parantunut. Honda lupaa, että polttokennoauto toimii häiriöittä -30 asteen pakkasessakin.
Tehokkuus huipussaan
Honda FCX tarjoaa loistavia etuja. Vetyauton prototyypille luvataan 60 prosentin hyötysuhde. Tuon verran polttoaineen sisältämästä energiasta muuttuu liike-energiaksi.
Lukema on kolme kertaa parempi kuin bensiinimoottorilla ja kaksi kertaa korkeampi kuin nykyisillä hybridiautoilla.
FCX:ssä polttokenno on sijoitettu - edellismallista poiketen - pystyasentoon. Ratkaisu hyödyntää luonnollista painovoimaa, joka näin helpottaa sähköntuotannossa syntyvän veden ulosvirtausta kennostosta ja säilyttää polttokennoyksikön jännitetason entistä vakaampana.
Alustaratkaisu on tuonut lisää mahdollisuuksia sisätilojen suunnittelulle. Matkustamo ei paljon poikkea perinteisestä sedanista, vaikka istumapaikkoja on vain neljälle.
Tankilla 570 kilometriä
Radalla vetyauto kulkee ihailtavan vaivattomasti ja pehmeästi. Ero esimerkiksi viime keväänä kokeilemaani GM:n vastaavaan prototyyppiin on järisyttävä Hondan hyväksi.
Koska polttokennoauto on itse asiassa sähköauto, moottorin käyntiääntä ei juurikaan kuulu. Kaasupolkimen painallusta säestää ujellus kuin pienestä suihkumoottorista, kun vääntövahva moottori imaisee auton reippaaseen kiihdytysvauhtiin.
Polttokennon tuottama sähkövirta ladataan litium-ioniakkuihin. Samaa teknologiaa pienemmässä koossa käytetään muun muassa matkapuhelimissa.
Kasvanut akkukapasiteetti on lisännyt FCX:n toimintamatkaa 30 prosenttia. Motegissa kokeillulla mallilla se on Hondan mukaan nyt 570 kilometriä.
Sattumaa vai ei, mutta Toyota on ilmoittanut oman vetyautonsa ennätykseksi täsmälleen samat luvut.
http://www.aamulehti.fi/teema/autot/jutut/53120.shtml
"Bakteerit irrottavat puusta biovetyä
Yksi biopolttoaineiden merkittävistä ongelmista on energiankulutus. Sinänsä puhtaiden tuotteiden jalostus nielee pahimmillaan enemmän kuin puolet siitä energiamäärästä, jonka ne poltettaessa tuottavat.
Toinen pulma on se, että polttonesteitä suoraan selluloosasta valmistavat prosessit eivät ole vielä markkinakelpoisia. Selluloosan käyttö palauttaisi polttoaineiksi jalostettavat elintarvikkeet takaisin ruokamarkkinoille.
Pennsylvanian valtionyliopiston insinöörien ehdotus ongelmiin on biovety. Käyttämällä heikkoa sähkövirtaa ja mikrobeja he saivat irrotettua vetykaasuna talteen noin 99 prosenttia selluloosan sisältämistä vetyatomeista.
0,25 voltilla voitetaan 190 prosenttia
Ensimmäisissä kokeissa Bruce E. Loganin tutkimusryhmä käytti niin sanotun käänteisen mikrobielektrolyysin (MEC) lähtöaineena etikkahappoa. Kytkös selluloosaan on kuitenkin olemassa, sillä etikkahappoa muodostuu lopputuotteena selluloosan kemiallisessa käymisessä.
Osa vedystä on vapautunut jo etikkahapon muodostumisessa, mutta reaktiot eivät etene tavallisissa oloissa pidemmälle.
Sähkökemiallisessa kennossa mikrobit kuitenkin irrottivat vetyä myös etikasta, kun elektrodien välille kytkettiin 0,25 voltin jännite. Anodi ja katodi olivat grafiittia, mutta katodilla oli myös platinakatalyyttiä.
Biopolttoaineen tuottamiseksi jouduttiin siis tässäkin tapauksessa käyttämään ulkoista energianlähdettä, mutta kulutus oli verrattain pieni. Loganin mukaan energiantuotanto oli noin 290 prosenttia suurempi kuin kulutus, eli sähkökemian avulla voitettiin 190 prosenttia.
Kasvihuonetalouden kannalta prosessin vaikutus on kuitenkin nolla, sillä kasvien ilmakehästä sitoma hiilidioksidi vapautuu vedynmuodostuksessa kaasuna ilmaan.
Polttoaineita ja lannoitteita
Tulokset julkaistiin Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä. Asiasta kertoivat yliopiston tiedotteen ja Eurek Alert -uutispalvelun lisäksi lukuisat luonnontiedettä seuraavat internet-lehdet.
Tiedotteet ja artikkelit eivät paljastaneet, millä tavoin mikrobit oli saatettu kosketuksiin elektrodien kanssa.
Paitsi polttoainemarkkinoilla, Logan ennustaa mikrobielektrolyysille mahdollisia sovelluksia myös lannoitteiden paikallisessa valmistuksessa. Maatilan omasta jätteestä valmistetusta vedystä voidaan tehdä ammoniakkia ja siitä edelleen nitraatteja."
http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article47282.ece
Vastaukset 4
Vanhimmat
"Bellave Shivaram ja Adam Phillips. Kuva: Dan Addison
Vetyä talteen tehokkaasti
Virginian yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uudentyyppisiä aineita, jotka imevät tehokkaasti vetyä. Aineet soveltuvat niin vedyn kuljetukseen kuin sen varastoimiseen, joten keksintö nopeuttanee saasteettomaan vetytalouteen siirtymistä.
"Useimmat käytössä olevat aineet täytyy jäähdyttää erittäin kylmiksi, jotta ne absorboisivat edes seitsemän-kahdeksan prosenttia painostaan vetyä. Nyt kehittämämme aineet sen sijaan absorboivat 14 prosenttia painostaan jo huoneenlämmössä", toteaa Adam Phillips yliopistonsa tiedotteessa.
"Aineemme tarjoavat materiaalia uuden sukupolven vetyvarastoihin", vakuuttaa myös kehitystyöhön osallistunut Bellave Shivaram.
Shivaramin mukaan uusien aineiden avulla nykyisistä vetypolttokennoista saisi kaksi kertaa tehokkaampia - tai kaksi kertaa pienempiä. Polttokennoissa muodostuu energian lisäksi vain vettä ja lämpöä, joten niitä pidetään puhtaana teknologiana.
Phillips ja Shivaram lisäävät, että näitä hiilen, titaanin, nikkelin ja raudan seoksesta koostuvia aineita on kaiken kukkuraksi helppo ja halpa valmistaa. Muuta he eivät suostu paljastamaan, sillä kaksikko kehittää keksintöään parhaillaan patenttiviranomaisten kanssa."
http://www.tiede.fi/uutiset/uutinen.php?id=3133
Miksi käyttää kallista polttokennoa muuttaakseen vety liikeenergiaksi 40% hyötysuhteella, kun vety voidaan muuttaa liikeenergiaksi halvemmalla ja paremmalla hyötysuhteella suoraan polttomoottorissa?
Polttokenno sähkömoottori vs. tänäinen konsepti?
Sähkömoottorit sijoitetaan auton pyöriin.
Massatuotannossa polttokennot ovat huokeita siinä kuin muukin tekniikka ja sitten se olennainen: TUOTEKEHITYS!
> Miksi käyttää kallista polttokennoa muuttaakseen vety liikeenergiaksi 40% hyötysuhteella, kun vety voidaan muuttaa liikeenergiaksi halvemmalla ja paremmalla hyötysuhteella suoraan polttomoottorissa?
No, on sinussa ainakin koomikon ainesta. Onhan näitä vetyä ottomoottorissa polttavia autoja ainakin BMW joskus esitellyt, mutta hommasta ei ole pienintäkään järkeä - silkkaa silmänlumetta.
Ottomoottorin hyötysuhteen saa kyllä puristettua 30 % paremmalle puolelle täydellä teholla, mutta harvemmimpa nykyisillä >100 hv koneilla ajetaan jatkuvasti lämä tiskissä.
Kaupunkiajossa tilanne on "hieman" heikompi. Esim. kulutus möhköautolla ruuhka-ajossa 10 l/100 km ja keskinopeus 35 km/h. Tuntia kohti bensaa palaa siis 3,5 litraa. Koska bensassa on energiaa 9 kWh/litra, keskimääräinen palamisteho on 31,5 kW. Taitaapa tästä mennä ihan vaan vähän suurempi osuus kuin 70 % harakoille, eikö vain?
Polttokennolla hyötysuhde menee just päinvastoin. Esim. 30 % täydellä teholla (jota tarvitaan vain hetkittäin) ja 50 % kevyellä kuormituksella. Elikkä maantiellä menee yhtä paljon kuin polttomoottorillakin, mutta kaupunkikulutus on kolmasosa bensarohmun kulutuksesta tjsp.