Olen aiemmin arvostellut vetypolttokennoa auton energiamuuntimena hypetykseksi, mutta nyt Honda on saanut kehitettyä sen autoon teknisesti melko toimivaksi. Väittävätpä alkavansa myydäkin sitä ensi vuonna.
Haulla: [Honda FCX] tulee lisää tietoa, mutta aika niukasti teknisiä yksityiskohtia siltikin. Esim. hyötysuhdetietoa ei kovin helposti tule vastaan, mutta jossakin oli väite, että siinä 60% kemiallisesta potentiaalista muuttuisi liike-energiaksi (bensa-autoon verrattuna kolminkertainen hyötysuhde). Osa selitys tuossa on tietenkin jarrutusenergian takaisinsyöttö, mikä on helpohko toteuttaa sähköautossa, mutta polttomoottoriautossa lisäosia (jarrugeneraattorit, akut) vaativaa.
Pari vuotta sitten Hondan silloinen FCX oli hintaluokassa miljoona euroa. Jos ovat päässeet nyt 95% halvempaan versioon, niin ehkä se alkaa mennä kaupaksikin mainostarkoituksissa.
Haulla: [Honda FCX] tulee lisää tietoa, mutta aika niukasti teknisiä yksityiskohtia siltikin. Esim. hyötysuhdetietoa ei kovin helposti tule vastaan, mutta jossakin oli väite, että siinä 60% kemiallisesta potentiaalista muuttuisi liike-energiaksi (bensa-autoon verrattuna kolminkertainen hyötysuhde). Osa selitys tuossa on tietenkin jarrutusenergian takaisinsyöttö, mikä on helpohko toteuttaa sähköautossa, mutta polttomoottoriautossa lisäosia (jarrugeneraattorit, akut) vaativaa.
Pari vuotta sitten Hondan silloinen FCX oli hintaluokassa miljoona euroa. Jos ovat päässeet nyt 95% halvempaan versioon, niin ehkä se alkaa mennä kaupaksikin mainostarkoituksissa.
Vastaukset 14
Vanhimmat
kirjoittele ennemmin evoluutiosta ja luomisopista
Mistähän se vety tulee, ja millä hyötysuhteella se pakataan auton tankkiin? Tuollainen 20...25 % kokonaishyötysuhde on aivan realistinen.
Vetyautojen käytössä on tietenkin erityisen tärkeää se, että käytettävä vety on halvasti tuotettua. Käytännössä ratkaisu tähän on loputon energianlähde aurinkovoima.
Tämänkaltaisissa laitoksissa
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_solar_thermal_power_stations
ja
http://www.solarpaces.org/Tasks/Task1/PS10.HTM
voidaan tuottaa huomattavan suuria määriä sähköä, jonka energialla elektrolyysin avulla vedestä saadaan vetyä. Ja vaikka prosessin hyötysuhde ei olisikaan kuin 10%, niin silti ilmaisen "raaka-aineen" eli auringon valon ansiosta prosessi tulee olemaan taloudellisesti kannattavaa.
mb:[Ja vaikka prosessin hyötysuhde ei olisikaan kuin 10%, niin silti ilmaisen "raaka-aineen" eli auringon valon ansiosta prosessi tulee olemaan taloudellisesti kannattavaa.]
Uskon, että olet molekyylibiologi (-;
Onhan auringonvaloa ja tuulta ollut ilmaiseksi ihmiskunnan käytössä aina. Silti ei kumpikaan ole ollut sähköntuotannossa yleisesti kilpailukykyisiä, vaan ovat tarvinneet tukea yms. Eli ne laiteinvestoinnit voivat pilata "ilmaisen tuotteen".
Mutta onhan Hondan vetypolttokennoauto kuitenkin merkittävä askel, kun se osoittaa polttokennon olevan teknisesti toimiva (riittävän tehokas ja pieni) autossa. Kun autosta ei ollut hintatietoja, hieman epäilen, että noista aiemmista kustannuksista oltaisiin vielä tultu paljoakaan alas. Muutama kappale autoja Hondan kannattaa myydä silti tappiollakin, kun sillä on suuri huomioarvo. Myyhän esim. VW Bugatti Veyronia kaiketi tappiollisesti jonkun kappaleen.
Jos vety on huoltiksella verottomalta hinnaltaan jotain kymmenen kertaa kalliimpaa kuin bensa (samalle energiasisällölle laskettuna), se voi olla jo "kilpailukykyistä". Kulutushan olisi vain kolmannes ja bensassahan on veroa n. 3/4. Ja ainakin ruuhkaisissa suurkaupuneissa vain vettä pakokaasuna tuottava auto on suositeltava vaihtoehto, niin että tuo veroetukin olisi ymmärrettävissä.
Seinäsähköllä kulkeva kaupunkiauto saattaisi silti olla kokonaisedullisempi niin ympäristön kuin kukkaronkin kannalta, jolloin vetyautoille jäisi vielä kapeampi markkinarako, jos ollenkaan. Akkusähköautossahan ei tarvitsisi tuhlata sähköä vedyn tuottoon, eikä polttokennon lämittämiseen. Lisäksi se olisi yksinkertaisempi, kun polttokennoautossakin on akut, mutta akkuautossa ei ole polttokennoa eikä vetysäiliötä. "Polttoaineen" jakeluverkosto on nyt jo melko tarkkaan asutuksen kattava jne.
Mikäli löydetään/kehitetään hyvin edullisia vedyn lähteitä, taloudellinen kilpailutilanne muuttuu polttoaineen osalta, mutta ei vielä kulkineen osalta.
Tuolla 10% hyötysuhteella tarkoitin sitä energiankäytön hyötysuhdetta, mikä saadaan auringon valosta siirrettyä auton liikuttamiseen. Loppujen lopuksi on kuitenkin varsin epäolennaista millä hyötysuhteella prosessi toimii, tärkeintä on aina että prosessi on taloudellisesti kannattavaa kun kaikki investoinnit ja käyttöön kuluvat resurssit yms. on otettu huomioon. Koska kukaan tällä palstalla ei kuitenkaan tiedä näistä vetyvoimaloiden talousarvioista, niin niistä keskusteleminen lienee toisiarvoista.
Vedyn käytössä sähköön verrattuna on kuitenkin se etu, että vetyä voidaan kuljettaa hyvin pitkien matkojen päähän, toisin kuin sähköä. Paineistetussa tankissa vety säilyy muuttumattomana rahtauksen ajan, mutta sähköä ei voi pakata kontteihin ja kuljettaa mantereelta toiselle.
Toinen vedyn tuoma etu sähköön nähden on sen paino. Tällä hetkellä kun ei vielä olla onnistuttu valmistamaan niin tehokkaita akkuja autoihin, että niillä voitaisiin kulkea pitkiä matkoja. Vastaavan energiamäärän sisältävä vety sen sijaan voidaan pakata huomattavasti pienempään ja kevyempään säiliöön.
Vedyn kannalta epäedullinen asia on kuitenkin toimivan jakeluverkoston rakentaminen. Vetyä tuskin voidaan jakaa suoraan kaikkiin kotitalouksiin kaasuputkia pitkin, eikä jakeluputkistoja välttämättä voida rakentaa edes huoltoasemille. Jos huoltamot joutuisivat täyttämään tankkinsa tankkiautojen kanssa, kuten nykyisin bensalla tehdään, niin silloin vetyautoilu ei välttämättä tule ikinä lyömään itseään läpi. (Saatan kyllä olla tässä asiassa väärässäkin.)
olisi, jos ensin ottaisit asioista selvää. Sähköä on siirretty akuissa toiselle puolelle maapalloa ja avaruuteen ja meren pohjalle ja ties minne.
Energiamäärä 50 kg painavassa lyijyakussa on luokkaa
10 MJ.
Vastaavan painoisessa vetypullossa on energiamäärä, yllätys, yllätys, aivan samaa suuruusluokkaa.
Sähköakun lataamiseen ja purkamiseen ei haaskata suurtakaan osaa energiasta. Sen sijaa vetyakun lataaminen ja purkaminen vie suurimman osan alkuperäisestä käytettävissä olevasta energiasta.
Siis mitä järkeä on pelleillä jollain vedyllä????
Luuletko sinä tosiaan että tulevaisuudessa ruvetaan näpertelemään jollain 50 kg akuilla? Niitäkö sitten kuljeteltaisiin konttikaupalla ympäri maailmaa, vai mitä sinä yrität sanoa? Kun uusia voimalaitoksiakaan ei kuitenkaan tulla rakentamaan ihan joka notkoon ja niemen nokkaan, niin mistä tuo akkujen lataamiseen tarvittava sähkö saataisiin? Olitko ajatellut vetää uusia voimalinjoja entisten lisäksi, vai millä tavoin sähkön jakelu suunnitelmissasi toteutettaisiin?
Vedyn käytössä on se hyöty, että sitä voidaan varastoida sitä mukaa kun sitä voimalaitoksessa tuotetaan. Varastoitu kaasu voidaan kuljettaa säiliöissä minne tahansa, tai se voidaan siirtää kaasuputkien avulla vaikka maasta toiseen. Sähköä ei voida samalla tavalla jättää "isoihin" akkuihin odottamaan käyttöä, kun puhutaan voimalaitosten mittakaavasta. Tästä syystä näkisin, että tulevaisuudessa vety voisi olla käyttökelpoinen "sekundääri-energianlähde".
Mitä sitten tulee noihin energiamääriin, niin ehkä sinunkin kannattaisi ottaa asioista vähän enemmän selvää, ennen kuin alat toisille vittuilemaan. Tässä laskelma:
Oletetaan että käytetään 30 l kaasupulloa, johon on paineistettu 200 bar vetykaasua.
Kaasun määrä 30 l * 200 bar / 1 bar = 6000 l.
6000 l / 22,4 l/mol = 267,7 mol
Vedyn palamisreaktio 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ/mol (wikipedia)
267,7 mol * 572 kJ/mol = 153 MJ
Milläköhän tavalla sinä sitten olit sitä vetykaasua pakkaamassa, kun tästä laskelmasta saadaan energiamääräksi ainakin 15x enemmän? Lisäksi kannattaa huomata, että tuo 200 bar paine ei vielä ole kovinkaan suuri, sillä jo nyt on onnistuttu valmistamaan kaasupulloja, jotka kestävät 700 bar paineen. Myös se kannattaa pitää mielessä, että nykyisin käytössä olevissa kaasupulloissa vetykaasun painon suhde koko pullon painoon on suuruusluokkaa 2%. Komposiittipulloilla ja korkeamman paineen käytöllä varastointikapasiteetti voidaan saada jo 13 %:iin, jolloin vedyn käyttö autoissa yms. tulee entistä tehokkaammaksi.
Lähde kaasupullojen mahdollisuuksista http://www.tkk.fi/Units/AES/courses/crspages/Tfy-56.170_03/Tfy-56.170_03-Loppuraportti.pdf
Linkittämäsi seminaariesitelmät olivat ihan mainio tietoisku vetytaloudesta ja sen vaikeuksista.
Esim. koko vetyketjun saasteettomuus taitaa olla enemmän legendaa kuin todellisuutta, mutta juuri siinä ruuhkaisessa kaupunkiliikenteessä se saaste jää muualle, mikä on etu sekin, vaikka vety olisi tuotettu "fossiilisesti".
Yllättävän heikosti menestyviltä (teknis-taloudellisesti) vaikuttivat mikrobiologiset vetysysteemit. Karkeasti ajateltuna se ehkä kuvastaa koko biosfäärin kokonaisergiataloutta, missä pääasiallinen potentiaalienergia on yhteyttämisessä syntyneen ilmakehän hapen ja yhteyttämisessä syntyneen pelkistyneen hiilen (verrattuna CO2:n) välillä (tai miksei ilman ja maan välillä). Tuohon päälinjaan vedyntuotanto on vastavirtaa ja pääsääntöisesti energiataloudellisesti (eliölle tai ekosysteemille) kilpailukyvytöntä tai kannattamatonta. Jos happea on läsnä, kaasumainen vety toimisi toisena "napana", mutta kaasumaisuutensa vuoksi on hankalampaa varastoida ja käyttää kuin vaikka sokeri. Jos sopivia ulkoisia hapettimia ei ole läsnä, vedystä ei saa energiaa, mutta se on aineenvaihdunnan (tuotannon) jätettä eräissä tilanteissa.
Siis äkkipäätä sanottuna kemiallisesti sidottu vety (metanoli?) olisi "luonnollisempi" tapa hoitaa vetytalous kuin kaasumaisen vedyn käyttö. Onhan tässä toki paljon eroa inhimillisessä teknologiassa solujen nestekidenanoteknologiaan, ettei sitä voine ihan varmasti sanoa, onko "luonnollinen" vaihtoehto paras. Ja kierrätettävä hiilitalous olisi kuitenkin vielä "luonnollisempi" kuin vetytalous.
Vedynhän ei ole pakko olla vetynä vaan vetyhän voi olla sitoutuneena johonkin muuhun aineeseen, josta se sitten voidaan käyttää. Fossiilisissa polttoineissa vety on sitoutunut hiileen ja tämä porukkaa nyt sitten huolestuttaakin. Vetyhän voitaisiin sitoa myös vaikka typpeen jolloin saadaan ammoniakkia NH3. Tuo ammoniakin muodostumisreaktio on eksoterminen, mutta sen tuottama lämpö on vain noin 1/7 siitä lämmöstä mikä saadaan kun vety yhtyy happeen ja saadaan H2O. Veden muodostuksessa tarvitaan kuitenkin vain kaksi vetyatomia kun ammoniakissa niitä on kolme, joten tämä vain parantaa ammoniakin energiasisältöä. Tuo ylimääräinen typpi tuottaa lisäpainoa polttoaineelle, mutta mahdollistaa kaasun nesteytyksen kaasupullossa noormaalissa lämpötiloissa, joten sama määrä energiaa voidaan pakata pienempään pulloon. Ammoniakilla toimiva polttokenno on varmasti kehitteillä ja ammoniakin valmistus ilman typestä on keksitty jo ainakin 70 vuotta takaperin.
Miten sitä voi laskea noin pahasti väärin! Tuossa reaktioyhtälössähän on selvästi kerroin 2 vedyn edessä, joten reaktiossa vapautuva energia on tietenkin puolet pienempi yhtä moolia vetyä kohden. Lasketaan varastoitu energiamäärä uudelleen käyttäen 2% ja 13% varastointikapasiteetteja:
50 kg painava kaasupullo, jonka kokonaispainosta 2% vetykaasua = 1 kg.
1000 g / 2,016 g/mol = 496 mol
496 mol * 286 kJ/mol = 141 MJ
13% varastointikapasiteetilla 50 kg säiliössä 6,5 kg vetyä:
6500 g / 2,016 g/mol = 3224 mol
3224 mol * 286 kJ/mol = 922 MJ
Nykyisin vedyn avulla saadaan siis 14x enemmän energiaa käyttöön kuin akuilla (olettaen että sähköttelijän tieto akkuun varastoituvasta energiamäärästä 10 MJ / 50 kg akku pitää paikkansa). Ja tulevaisuudessa kevyemmällä säiliöllä vedyn avulla voidaan saada jopa 92x enemmän energiaa varastoitua, kuin mitä saataisiin vastaavan painoiseen akkuun.
Mitä tuohon akun ja vetysäiliön energiasisältöön tulee, niin vertailusi lienee oikealla seinällä. Akku näyttäisi olevan selvästi painavampi ratkaisu, olipa se sitten vaikka Li-ioniakku.
http://en.wikipedia.org/wiki/Recharging_batteries
Olennaista etua ei akulle tule vielä siitäkään, että vedystä saadaan vain osa sähköksi, kun akusta lienee laskettu 100% mukaan(?) tai ainakin vähän paremmalla hyötysuhteella. (Voi toki olla toisinpäinkin, jos akkua ei voikaan purkaa kuin puolilleen?)
Missä sitten sähköautossa akku alkaa päästä mukaan kisaan, on se, että vetyautossa painoon pitää laskea polttokenno, mitä akuautossa ei tarvita. Kuvittelisin, että akun käyttöikä on polttokennoa pitempi, joten toinen (taloudellinen) etu voisi tulla tästä.
Teoreettiseti tuolla näkyisi olevan Li-S -akku, joka kepittäisi energia/massa -suhteellaan ainakin nuo 200 barin vetysäiliöt. Se vaan ei taida olla todellisuutta, ainoastaan teoriaa.
Valtameren yli ei sähköä alettane kuljettamaan, vetyä ehkä voidaan kuljettaakin, jos se lyö läpi. Tosin sitä sähköntuotannon raaka-ainetta (uraania?) voitaneen siirrellä halvemmalla kuin vetyä niin että tuo siirrettävyysetu ei ehkä ole merkittävä. Mutta huomioden jo valmis sähköntuotanto- ja jakelukapasiteetti, akkusähköautolla on tiettyä etumatkaa valmiusasteessa vetypolttokennosähköautoon nähden.
Suomen oloissa vanha hukkaenergiaa tuottava polttomoottori on eräässä suhteessa hyvä: siitä saadaan talvella helposti lämpöä auton sisätiloihin nestejäähdytyksen ansiosta. Polttokennosta se lienee jo vähän vaikeampi (systeemi ei tarvinne omaa nestejäähdystystä?) ja akuista ei ehkä synny edes riittävästi hukkalämpöä. Webasto-tyyppinen öljylämmitin sitten tarpeen?
(Neste-kaasu -lämmönvaihdin on pienempi ja kevyempi kuin kaasu-kaasu -lämmönvaihdin. Edellinen on tavallinen auton lämppäri. Jälkimmäinen tyyppi olisi ehkä mahdollinen lisävaruste polttokennoautossa.)
http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell
---------------
The tank-to-wheel efficiency of a fuel cell vehicle is about 45% at low loads and shows average values of about 36% when a driving cycle like the NEDC (New European Driving Cycle) is used as test procedure.[12] The comparable NEDC value for a Diesel vehicle is 22%.
It is also important to take losses due to production, transportation, and storage into account. Fuel cell vehicles running on compressed hydrogen may have a power-plant-to-wheel efficiency of 22% if the hydrogen is stored as high-pressure gas, and 17% if it is stored as liquid hydrogen.
---------------
Yllättävän pieniä näyttävät olevan nuo hyötysuhteet polttokennoissa. Toisaalta loput energiasta häviää lähinnä hukkalämpönä, joka voidaan ottaa talteen ja käyttää vaikka auton lämmittämiseen.
---------------
Solid-oxide fuel cells produce exothermic heat from the recombination of the oxygen and hydrogen. The ceramic can run as hot as 800 degrees Celsius. This heat can be captured and used to heat water in a combined heat and power (CHP) application. When the heat is captured, total efficiency can reach 80-90%. CHP units are being developed today for the European home market.
---------------
http://world.honda.com/FuelCell/FCX/
http://world.honda.com/FuelCell/FCX/specifications/
---------------
Vehicle weight 1,670 kg
Tank capacity 156.6 l 3.75kg
Max. pressure when full approx 350 atm
---------------
Jatketaan vielä laskuharjoituksia :-)
Auton tankissa vetyä 3,75 kg / 2,016 g/mol = 1860 mol
Energiaa 1860 mol * 286 kJ/mol = 531 MJ
Hyödynnettävissä oleva energiamäärä "tank-to-wheel efficiency" 36%...45% * 531 MJ = 191...239 MJ
Saman energiamäärän sisältävä Li-ion akku painaisi
191...239 MJ / 0,47...0,72 MJ/kg = 266...509 kg.
("wikipedia, Recharging_batteries" taulukosta "Energy density").
Vastaava lyijyakku painaisi
191...239 MJ / 0,14 MJ/kg = 1368...1710 kg.
Ja vastaava Li-S akku (3360 Wh/kg = 12 MJ/kg)
191...239 MJ / 12 MJ/kg = 16...20 kg !!!
Noin suurta energiamäärää ei voitaisi mitenkään säilöä lyijyakkuihin, sillä koko auton paino on nyt vajaa 1700 kg ja se tulisi lähes tuplaantumaan lyijyakkujen painosta. Li-S akut näyttäisivät olevan vetyä ja polttokennoa käyttökelpoisempia autossa, mutta ne akut pitäisi ensin saada suunnittelupöydiltä kaupalliseen tuotantoon...
Ikävä kyllä auton valmistaja ei kerro yksittäisten osien tarkkoja painoja, mutta jos oletetaan että kaasupullon valmistuksessa on käytetty "TKK esitelmän" mukaista uutta teknologiaa, niin varastointikapasiteetti voisi olla noin 10 %, jolloin käytettyjen pullojen paino olisi noin 40 kg. Myöskään polttokennon painosta ei ole kerrottu mitään. Se olisi kyllä mielenkiintoista tietää, jotta voitaisiin arvioida vetypullojen ja polttokennon yhteispainoa litium-ioni akkujen painoon.
diesel-koneiden hyötysuhde on niin hyvä, että auton moottorin jäähdytysveden lämpö ei riitä pitämään autoa lämpimänä, vaan on otettava käyttöön erillinen lisälämmitin, "webasto" tms. Nykyään lisälämmitin on käytännössä välttämätön.
Vetyautossa häviöitä on niin paljon, että lämpöä voidaan puhaltaa vaikkapa harakoille sekä tuotanto- että käyttövaiheessa.
Suosittelen energian varastointia vety-yhdisteenä, esimerkiksi metaanina, ammoniakkina tai etanolina. Viimeksi mainuttu on kaikkein helpoin, hiilivetyjä on valmistettu jo kauan ennen ihmisen ilmestymistä maapallolle, ja etanolin tuotanto ei vaadi ihmistä ollenkaan.
Arveletko, etteivät typen palamistuotteet huolestuta tätä "porukkaa"? Lisäksi, ammoniakin reaktio alkuneistaan on toki eksoterminen, mutta käytännössä hidas tasapainoreaktio, joka joudutaan pakottamaan tuotteiden puolelle korkeassa paineessa (30MPa) ja kohtuullisen nopeuden tähden myös korkeassa lämpötilassa (500*C). Siltikin saanto on ehkä 25%. Siitä on hyöty kaukana.