200
Cel 2012 rok średnia emisja CO2 130 g/km
180
Åšrednia emisja CO2 w 2008 roku 153,7 g/km
160
ALTERNATYWNE
140
120
y
RÓDA
A ENERGII 4 16
y
RÓDA
A ENERGII 4 16
g/km g/km
100
I NAP
DÓW
Åšrednia emisja CO2 w Europie
w 2007/2008 z floty pojazdów
Alternatywne z
ródła energii Alternatywne z
ródła energii pojazdów
samochodowych
z
ródła nieodnawialne z
ródła odnawialne
 Kryzys energetyczny w roku 1973:
ropa, gaz, węgiel energia jądrowa wiatr, woda, słońce biomasa
" wzrost cen ropy naftowej,
" wzrost cen wszystkich paliw,
" względy ochrony środowiska,
energia elektryczna
" rozwój techniki
" rozwój techniki
+ woda
Ò! wzrost zainteresowania niekonwencjonalnymi
z
ródłami i technologiami wytwarzania energii
wytwarzanie wodoru
ogniwo paliwowe
wodór
benzyna,
energia z
LNG biopaliwa
olej
LPG metanol
gazowy ciekły akumulatora
napędowy CNG
H2 H2
Przyszłościowe technologie
Przyszłościowe technologie
Rodzaje energii i przyszłe z
ródła napędów
dla rozwoju automobilizmu
dla rozwoju automobilizmu
y
ródła energii Postacie energii Wykorzystanie
H2FC-HV XFC-HV XX-HV
H2FC-HV XFC-HV XX-HV
G-HV D-HV CNG-HV XXI
G-HV D-HV CNG-HV XXI
wiek
wiek Ropa naftowa Siniki spalinowe
Paliwa
ZI ZS
ciekłe
Silniki gazowe
Technologia HV
Technologia HV Węgiel
LPG / CNG
Paliwa Hybrydy
gazowe
Gaz ziemny szeregowe
Hybrydy
ZI ZS CNG HV
ZI ZS CNG HV
XX/XXI wiek
XX/XXI wiek równoległe
Biomasa
Energia
elektryczna
Technologia Pojazdy
Inne rodzaje energii
elektryczne
słoneczna wiatru wodna
ZI/ZS
Wodór
Ogniwa paliwowe
Energia nuklearna
XIX/XX wiek
XIX/XX wiek
Parowe
Parowe
EV ZI
EV ZI
1
188,4
185
176,7
161,7
160,6
158,8
152,9
151,1
149,1
148,8
147,8
146,4
144,9
142,7
142,4
142,2
141,9
138,1
137,3
133,7
Emisja CO
2
[g/km]
2008
2007
Fiat
Ford
Opel
BMW
Toyota
Citroen
Renault
Peugeot
Mercedes
Volkswagen
r
k
Akumulatory
Napęd elektryczny
MBDOE - millions of barrels per day of oil equivalent - milion baryłek dziennie w ekwiwalencie ropy
MSW - odpady komunalne (Municipal Solid Waste)
Zużycie energii na świecie y
ródła energii na świecie
Zużycie ropy naftowej w regionach świata Populacja pojazdów LDV
Przewidywany udział w rynku pojazdów
z różnymi z
ródłami napędu
Unia Japonia USA
Europejska
3 4 12
40
48
63
63
94 9
94,9
91
99,2 96 91
60
50
25
2 5 1
5
2002 2008 2002 2008 2002 2008 2015
Ciągły wzrost ilości Ciągły wzrost ilości Zwiększający się popyt
pojazdów z sinikami ZS pojazdów hybrydowych na pojazdy hybrydowe
i z silnikami ZS
Pojazdy z silnikami ZS
Pojazdy z silnikami ZI
Podział pojazdów LDV ze względu na paliwo Hybrydy
2
Alternatywne z
ródła energii Alternatywne z
ródła energii
Dane dotyczące wyczerpujących się zasobów paliw
Åšwiatowe trendy rozwoju z
ródeł energii
tradycyjnych i okresu ich eksploatacji
w latach 1990  1997
Åšredni roczny % wzrostu
y
ródło energii
OKRES EKSPLOATACJI
(1990-97)
PALIWO ZASOBY W Gt
W LATACH
Wiatr 25,7
Węgiel
496 197
496 197
E i Å‚ 16 8
Energia słoneczna 16,8
kamienny
Biomasa 11,0
Węgiel
110 293
brunatny
Energia geotermiczna 3,0
Ropa naftowa 137 40 Gaz ziemny 2,1
Hydroelektrownie 1,6
Gaz ziemny 108 56
Ropa naftowa 1,4
Węgiel 1,2
Energia atomowa 0,6
Alternatywne z
ródła energii
Alternatywne z
ródła energii
Koszty wytwarzania energii - rzeczywiste i przewidywalne w centach USA
Większość energii pozyskuje się z paliw
za kWh
pochodzenia organicznego czyli
" węgla  około 30% energii produkowanej na świecie.
y
ródło energii \ Lata 1980 1990 2000 2030
Prognozy rozwoju:
Elektrownie na paliwa
p
8 8 8 8
8 8 8 8
konwencjonalne (ropa, węgiel)
" Niewielkim kosztem będzie można wydobyć około
Elektrownie wiatrowe 32 8 4 3 910 miliardów ton,
Ogniwa fotoelektryczne 339 30 10 4 " Przy większym nakładzie finansowym liczba ta
osiągnie nawet 1800 miliardów.
Ogrzewanie słoneczne 60 12 7 5
" Przy obecnym zużyciu tego paliwa, węgiel powinien
wystarczyć na zaledwie 200 lat.
Alternatywne z
ródła energii
Energia dziÅ›
Paliwa kopalne pokrywają 90% światowego
" ropa naftowej  zaspokaja obecnie 40%
zapotrzebowania na energiÄ™
zapotrzebowania na energiÄ™,
" gaz ziemny  około 20% wytwarzanej energii.
" 65% ropy naftowej należy do krajów Bliskiego Wschodu -
1/4 wszystkich złóż na świecie. Elektrownie wodne:
Elektrownie jÄ…drowe:
Węgiel: powszechnie
dostawy energii sÄ…
" Na terenie pozostałych krajów azjatyckich znajduje się
Na terenie pozostałych krajów azjatyckich znajduje się
uważane za przyszłość
ż ł ść
wykorzystywany w
k
ograniczone. Potrzeba
4% zasobów.
energetyki , teraz coraz
XIX wieku  nadal
bogatych zasobów
rzadsze z uwagi na
" W Ameryce A
acińskiej znajduje się 14% światowych zasila wiele elektrowni.
wodnych. Ta dziedzina
koszty i
złóż. ma słabe perspektywy
Gaz ziemny:
bezpieczeństwo.
rozwoju.
" USA ma do dyspozycji 4% tych zasobów. wykorzystywany przez
Gospodarstwa domowe:
Ropa naftowa: benzyna i
przemysł i
" Przy obecnym stanie jej zużywania za ok. 40 lat
dominują piece olejowe Pojazdy: oszczędność
olej napędowy stanowią
gospodarstwa domowe
wyczerpią się jej złoża i gazowe. Ogrzewanie paliwa nie jest
aż 41% paliwa dla
zaczyna dystansować
elektryczne jest powszechna,
samolotów, pociągów i
ropÄ™ naftowÄ….
kosztową alternatywą. szczególnie w
samochodów.
bogatych krajach.
3
Za 15 lat... Za 50 lat...
Ceny ropy naftowej wymuszą oszczędności. Nowe Koniec ery paliw kopalnych. Energia wiatru, słońca
rodzaje paliw nie będą jeszcze na tyle silne, by oraz paliwo wodorowe zaspokajają większość
wyeliminować ropę światowego zapotrzebowania energetycznego
Energia słoneczna:
Elektrownie jÄ…drowe:
Węgiel: jego zużycie
Wiatr: elektrownie
taniejÄ… baterie
wyposażone w
ograniczajÄ… nawet te
wiatrowe stajÄ… Ä™
jÄ… siÄ™
umożliwiające Wiatr: główne z
ródło
umożliwiające Wiatr: główne z
ródło
Węgiel: przestanie być Energia słoneczna: jest
Węgiel: przestanie być Energia słoneczna: jest
bezpieczne reaktory.
kraje, które najwięcej
najpopularniejszym
przetwarzanie światła elektryczności.
wykorzystywany. powszechnie
Udział energii jądrowej
go wykorzystywały.
z
ródłem energii. Elektrownie jądrowe:
słonecznego w energię.
wykorzystywana.
będzie jednak malał.
być może ożywią
Paliwo wodorowe:
Dostarczają jej zarówno
Pojazdy: popularność
Gaz ziemny: ceny gazu technologie nuklearnÄ….
 czysty wodór
gigantyczne elektrownie,
Wodór: ropę naftową i
zyskujÄ… wydajne silniki
rosną wolniej niż ceny
uzyskiwany z wody
jak i niewielkie baterie.
benzynowo- gaz ziemny przetwarza
ropy. Jego zużycie się Gospodarstwa domowe:
całkowicie zastąpił
się na paliwo Ropa naftowa: stała
elektryczne.
zwiększa. Gospodarstwa domowe: paliwo wodorowe
Pojazdy: napędzane
ropÄ™ naftowÄ….
wodorowe. Jeżdżą na się przeżytkiem
superszczelne okna zastąpiło olej i gaz.
paliwem wodorowym
Ropa naftowa: choć nim niektóre minionej epoki. Gaz ziemny:
utrzymują ciepło.
nie emitujÄ…
nie tania, nadal jest
samochody. infrastruktura gazowa
Ogrzewanie włącza się
szkodliwych spalin.
wykorzystywana.
służy do przesyłania
w czasie ostrych zim.
paliwa wodorowego.
Alternatywne z
ródła energii
Zasoby ropy naftowej na świecie
 Podział niekonwencjonalnych z
ródeł energii:
18,8
Europa Zachodnia
odnawialne
44,0
Daleki Wschód i Oceania
nieodnawialne
55,1
Ameryka Północna
 Odnawialne z
ródła energii elektrycznej:
58,9
Europa Wschodnia
energia słoneczna,
74,9
Afryka
energia wiatru,
energia wiatru,
89,5
Ameryka Środk. i Połud.
pływy morskie,
675,6
Bliski Wschód
fale morskie i energia cieplna oceanów.
0 100 200 300 400 500 600 700 800
 y
ródła nieodnawialne:
Zasoby [mld baryłek]
wodór,
Dominacja Arabii Saudyjskiej.
ogniwa paliwowe.
Na zachodniej półkuli dominuje Wenezuela.
Stany Zjednoczone są największym importerem ropy na świecie.
Alternatywne z
ródła energii
Tylko niewielki procent
(>1%) energii słonecznej jest
 Energia wewnętrzną ziemi (geotermiczna):
aktywnie wykorzystywany
gejzery sÄ…z
ródłem nieodnawialnym, (głównie w fotosyntezie i
energii wiatrowej).
energia gorących skał jest energią odnawialną.
99% z 27*1.000.000.000 MW
(megawata) energii marnuje
 Rodzaje ograniczeń w ich stosowaniu:
siÄ™.
technologiczne  ze względu na postać ich
Åšwiatowe zapotrzebowanie
wynosi obecnie
występowania i możliwości praktycznego
0 01*1 000 000 000 MW
0,01*1.000.000.000 MW.
wykorzystania,
ekonomiczne  związane z dużymi kosztami ich
stosowania,
Zapasy konwencjonalnych
polityczne lub prawne  związane z możliwościami
z
ródeł energii oraz ich
dywersji w przypadku elektrowni jÄ…drowych,
społeczna akceptacja to najważniejszy problem obecne światowe zużycie
energetyki jÄ…drowej.
4
Nazewnictwo
Pojazdy zasilane paliwami alternatywnymi
(AFV  Alternative Fuel Vehicle), to pojazdy przeznaczone
do zasilania, co najmniej jednym z paliw alternatywnych,
a w szczególności:
dedicated  pojazdy zasilane jednopaliwowo; posiadajÄ…
niższe wskaz
niki emisji, gdyż parametry pracy silnika są
niższe wskaz
niki emisji, gdyż parametry pracy silnika są
P li lk h l
Paliwa alkoholowe
optymalizowane pod kÄ…tem jednego rodzaju paliwa;
bi-fuel  pojazdy posiadajÄ…ce dwa zbiorniki paliwa
(benzynowy albo z olejem napędowym) i  zależnie od
typu  zbiornik na propan lub gaz ziemny; rodzaj
zasilania (pojedynczy lub łączny) jest przełączany, np.
przez kierowcÄ™;
Nazewnictwo
dual fuel  pojazdy, które używają kombinacji paliw
alternatywnych i konwencjonalnych; zalicza siÄ™ do nich:
pojazdy zasilane benzyną lub olejem napędowym i
paliwem alternatywnych (w jednym zbiorniku);
P li lk h l
Paliwa alkoholowe
flex fuel  pojazdy, które mogą być zasilane benzyną
lub  zależnie od typu pojazdu metanolem (M85) lub
etanolem (E85); pojazdy te posiadajÄ… jeden zbiornik, w
którym paliwa te mogą być mieszane ze sobą.
Paliwa alkoholowe - właściwości
Metanol
Metanol może być wytwarzany z gazu ziemnego lub
przez gazyfikacjÄ™ biomasy
" mniejsza wartość opałowa,
" mniejsze teoretyczne zapotrzebowanie powietrza do spalania,
" większa odporność na spalanie stukowe, co pozwala stosować
większe stopnie sprężania,
" lepsza zapalność (mniejsza energia zapłonu) co powoduje że
" lepsza zapalność (mniejsza energia zapłonu), co powoduje, że
mieszanki alkoholowo-powietrzne mogą być uboższe, czyli
sprawność ogólna silnika może być nieco większa,
" wiÄ™ksza prÄ™dkość pÅ‚omienia (o ok. 20%÷30%), co wywoÅ‚uje
skutek jak wyżej oraz daje możliwość zastosowania wyższych
prędkości obrotowych,
" dużo wyższe utajone ciepło parowania, co przyczynia się do
trudności w odparowaniu paliwa w gaz
niku oraz do jego
oblodzenia,
5
Metanol - Benzyna
Paliwa alkoholowe - właściwości
100 100
42
80 40 80
32
42
38
34
42 % 32%
32
42
60 60
" niższa temperatura wrzenia niż temperatura końca
40 30
30
odparowania benzyny sprawia, że podgrzewane alkohole 40 40
36
28
28
38 34
26 26
całkowicie odparowują wcześniej niż benzyna, 24 24
20 20 22 22
20
20
" alkohole nie mieszają się z benzyną i olejem napędowym (z
alkohole nie mies ają się ben ną i olejem napędo m (
0 0
wyjątkiem butanolu) czyli należy stosować rozpuszczalnik,
500 10001500200025003000350040004500 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Engine Speed (RPM) Engine Speed (RPM)
stabilizator lub emulgator, aby otrzymać stabilną mieszankę
paliwowo-alkoholowÄ…, METHANOL BENZYNA
" alkohole są higroskopijne, a więc przechowywane w
" 33% wyższa sprawność
kontakcie z powietrzem przejmują od niego wilgoć,
" Wyższa moc
" alkohole rozpuszczają niektóre metale i powodują
przyspieszonÄ… korozjÄ™
Sprawności silników
Etanol - Benzyna
100
100
38
80
80
40%
32
34
32%
32
34
60
60
40
36
38
30
30
40
40
28
8
28
28
26 26
24 24
20
20 22 22
20
0 0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Engine Speed (RPM) Engine Speed (RPM)
Etanol Benzyna
" 25% wyższa sprawność
Porównanie właściwości metanolu Alkohol etylowy oraz jego
i paliw ropopochodnych mieszaniny z benzynÄ…
 wysoka emisja przez parowanie
zwiększone
 niższa wartość opałowa
zużycie paliwa
 utrudniony rozruch silnika w niskich
temperaturach
 niska smarność
niska smarność
zmniejszona
i j
trwałość aparatury
 korozyjne oddziaływanie na metale
wtryskowej
 roztwarzające działanie na cynk, ołów, glin i
mosiÄ…dz
 destrukcyjne oddziaływanie na niektóre
elastomery i tworzywa sztuczne
konieczne jest
 niestabilność mieszaniny
stosowanie
 mniejsze rozmiary tworzonych w procesie
stabilizatorów lub
spalania cząstek stałych
emulgatorów
6
Estry kwasów tłuszczowych
olejów roślinnych
możliwość
+ wysoka liczba cetanowa
opóz
nienia wtrysku
ESTRY KWASÓW
ESTRY KWASÓW
+ zmniejszenie emisji CO, HC, PM, SO2 w  obniżenie NOx
spalinach oraz zadymienia spalin
TA
USZCZOWYCH
TA
USZCZOWYCH
+ obniżenie emisji CO2
+ zmniejszone działanie toksyczne i drażniące na
+ zmniejszone działanie toksyczne i drażniące na
organizm ludzki
OLEJÓW ROŚLINNYCH
OLEJÓW ROŚLINNYCH
OLEJÓW ROŚLINNYCH
OLEJÓW ROŚLINNYCH
+ dobra biodegradowalność
(FAME - Fatty Acid Methyl Esters)
(FAME - Fatty Acid Methyl Esters)
+ dobre własności smarne
mniejsze
+ mniejsza zawartość siarki
oddziaływanie na
+ obniżona hałaśliwość silnika
reaktory katalityczne
+ względnie wysoka temperatura zapłonu
bezpieczeństwo w
transporcie i
użytkowaniu
Estry kwasów tłuszczowych Estry kwasów tłuszczowych
olejów roślinnych olejów roślinnych
większe zużycie
 niższa wartość opałowa
 korozyjne oddziaływanie na metale
paliwa
 możliwy wzrost emisji NOx
wskazane
 podatność na skażenia mikrobiologiczne
stosowanie
 obniżenie przyspieszenia pojazdu
 wysoka higroskopijność
biocydów
 zwiększenie emisji aldehydów
 gorsza stabilność termooksydacyjna, niewskazane
wpływ na
wpływ na
dł ż
dłuższe
 wyższa lepkość
 znikoma ilość danych na temat długotrwałego
rozpylanie paliwa
przechowywanie
(setki tysięcy km) oddziaływania estrów na pracę
 możliwy wzrost maksymalnego ciśnienia spalania
i trwałość silnika
i maksymalnego ciśnienia wtrysku
 niezbadane skutki oddziaływania tych paliw na
 gorsze właściwości niskotemperaturowe
silniki samochodowe najnowszej generacji,
konieczność
 wzmożone rozcieńczanie oleju smarującego
szybkoobrotowe z wtryskiem bezpośrednim:
przed masowym
częstszych wymian
paliwem i większa ilość osadów
zastosowaniem
oleju
? Common Rail lub ? zaawansowane
konieczność
 obniżenie trwałości elementów wykonanych z
pompowtryskiwacze katalityczne układy
wykonania badań
typowych elastomerów i gum
(pwtr = 2100 bar) oczyszczania spalin
Zasilanie wielopaliwowe
Benzyna Etanol
Benzyna Etanol CNG
y
Paliwa roślinne
Paliwa roślinne
Bosch Flex-fuel Tri-fuel Bosch NG-Motronic
Hytan (H2/CH4) Biometan CNG Bioetanol Benzyna
Multi Fuel Volvo
7
Właściwości fizyko-chemiczne olejów
Zastosowanie
roślinnych
" Oleje roślinne z powodu swej zdolności do zapłonu,
Nazwa parametru Olej Olej Olej Olej
akumulacji energii i budowy chemicznej nadajÄ… siÄ™ bardziej
napędowy sojowy słoneczni- rzepakowy
do zasilania silników ZS.
kowy
Lepkość kinematyczna 50oC, 3,20 23,099 22,989 25,184
" Oleje roślinne zawierają 9-14% tlenu w kwasach
mm2/s
tłuszczowych. Jest to główny powód niskiej emisyjności
Gęstość, g/cm2 0,825 0,925 0,923 0,921
sadzy.
Skład elementarny
" Dzięki śladowej zawartości siarki jest możliwa, w optymalny
D i ki śl d j t ś i i ki j t żli t l
(przeciętnie) C 86 77 77 77
sposób, obróbka końcowa spalin za pomocą katalizatora
Udział masowy, %
utleniającego (zmniejszenie ilości HC i CO).
H13 12 12 12
O 1 11 11 11
" Cechą olei roślinnych (zależną od wzoru kwasu
Temperatura krzepnięcia, 0C = -5 -16...0 -18...-16 -12...0
tłuszczowego) jest wpływ na emisję NOx. W przypadku
Wartość opałowa, MJ/dm 35,3 - - 34,8
silników z komorą dzieloną nawet z RME (estrem metylu
Zawartość tłuszczu, % - 18,5 48 41
oleju rzepakowego) emisja NOx jest niższa niż z olejem
Ilość oleju z 1t nasion, kg - 76 467 398
napędowym. Poza tym możliwe jest stosowanie recyrkulacji
spalin.
Charakterystyki paliwowe olejów
roślinnych
Paliwa gazowe
LPG NG H
LPG, NG, H2
Charakterystyka zasilania gazowego
Zasilanie:
" propan-butan (gaz płynny, LPG),
" wysoka liczba oktanowa,
" łatwość mieszania się z powietrzem,
" gaz ziemny (NG, CNG).
" spalanie na ogół  bezdymne (mała emisja PM)
Pozostałe gazy:
" mniejsza masę spalin niż w przypadku paliw
ciekłych (np dla metanu o ok 25%)
ciekłych (np. dla metanu o ok. 25%)
" gaz generatorowy,
" szerokie granice zapłonu, dzięki czemu możliwe
jest spalanie mieszanek bardzo ubogich,
" gaz fermentacyjny,
" mniejsza wartość opałowa gazowych mieszanek
" gaz koksowniczy,
stechiometrycznych z powietrzem,
" gazy mają wysoką temperaturę samozapłonu,
" świetlny,
zastosowane do zasilania silników ZS wymagają
obcego z
ródła zapłonu. mają obecnie małe znaczenie.
8
Charakterystyka zasilania gazowego
Stosowanie paliw gazowych w skali światowej
- 1% wszystkich samochodów.
Pojazdy
" zasilane LPG - ok. 3,8 mln,
il LPG k 3 8 l
" zasilane gazem ziemnym - ponad 1 mln.
Spośród wszystkich samochodów zasilanych
gazem ponad 90% stanowiÄ… samochody
osobowe z silnikami o zapłonie iskrowym.
Wielkości charakterystyczne LPG
Wielkości charakterystyczne paliw gazowych
" Propan C3H8
" Butan C4H10
Skroplenie - w temp. 20oC - 8 bar.
Ciśnienie przy którym jest magazynowane
Ciśnienie przy którym jest magazynowane
w zbiornikach.
Więcej propanu (bardziej lotny) większe ciśnienia.
Okres zimowy - wzrost ilości propanu
Kanada 100% propanu
WÅ‚ochy tylko 30% propanu
Charakterystyka zasilania NG
Gdańsk
" Obecnie (2006 r.)
Olsztyn
Do zasilania silników samochodowych wykorzystuje
 750 pojazdów
Szczecin
się wyłącznie gaz ziemny wysokometanowy,
 13/22 stacje
Bydgoszcz
zawierający powyżej 90% metanu. Może on być
tankowania
Inowrocław
Poznań
Warszawa
magazynowany w pojez
dzie na dwa sposoby: Biała
" 2010 r. Siedlce
Podlaska
" w postaci sprężonej,
 30 nowych stacji
pod ciśnieniem 16-25 MPa Radom
 10% udziału
Wrocław Piotrków
Zgorzelec
Trybunalski
w rynku
(CNG  Compressed Natural Gas)
 sprzedaż
" w postaci ciekłej,
na poziomie Tychy Rzeszów
Gliwice Kraków
Przemyśl
w temperaturze  162°C
500 mln Nm3 Stacje ogólnodostępne
Kęty
Tarnów
(LNG  Liquified Natural Gas) Stacje wewnętrzne
Bielsko-Biała
Zakopane
Powstałestacje
(2006-2007)
Infrastruktura CNG w Polsce
9
Systemy wtrysku gazu ziemnego
wtryskiwacz
zasobnik oleju napędowego
Wtrysk
Wtrysk
niskociśnieniowy (ZI) dawka
wysokociśnieniowy (HPDI) zasobnik gazu
gazu
parownik
LNG
dawka
pilotujÄ…ca
(ON)
dawka gazu
CNG HCNG Bi-fuel Mono-fuel
pompa LNG
dawka pilotujÄ…ca
tłok
HPDI/CNG  Westport Inn. Inc.
Certyfikacja
Certyfikacja
a) mono- a) wodór
) ) dó
NG+Pilot CNG-DI
CARB 2006 [g/KM·h]
b) bivalent b) < 30% H2 -25%
CO2
HPDI
-20%
GHG NOx + NMHC 1,2
ZS
CO 0,1
-80%
PM
a) jeden a) jeden
PM 0,02
wtryskiwacz wtryskiwacz
-50%
NOx
b) ~10% pilot. b) świeca
c) brak świecy ceramiczna
0 20 40 60 80 100
żarowej 1200-1300oC
Zmiana [%]
Wtrysk bezpośredni HPDI - CNG
HCNG: 15/85  Ford Collins
Dozownik hytanu Dozownik CNG
w pojez
dzie w pojez
dzie
-8% Zasilanie silników LNG
HC
HCNG
Benzyna -83%
CO
Mikser/dozownik
-54% CNG
32-73%
NOx
NOx
H2 Kaskadowy układ
0 20 40 60 80 100
LNG ZS
magazynowania
Zmiana [%] Elektrolizer CNG
PM 67-99%
Osuszacz
H2O
69-83%
HCNG: 20/80  Westport Inn. Inc. NMHC
Sprężarka
-10 t/rok
GHG
HCNG
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
ZS
Gaz ziemny
-80%
PM Zmiana [%]
P = 0,13 MPa
Redukcja emisji
-65%
NOx
0 20 40 60 80 100
Zmiana [%]
Wtrysk HCNG - hytan
" Mono-fuel
 tylko CNG dedicated
Systemy transportu gazu ziemnego
" Bi-fuel
 CNG & benzyna
" Obecnie 4 generacja
 pętla zamknięta
(closed loop)
 lean burn
 wtrysk sekwencyjny
 Euro 3/4
240
220 S60 Multipla
200
200
E200
Berlingo NGT
180
160 Punto
C-MAX
140
120
Zafira
Combo
C3 Caddy
100
30 35 40 45 50 55 60 65 70
3
Prius ZI: 38 kW/dm3; 104 g/km
N /V [kW/dm ]
e ss
Prius CNG: 35 kW/dm3; 92 g/km
Zasilanie silników pojazdów osobowych
10
CO
2
[g/km]
Właściwości wodoru
Sposoby otrzymywania wodoru
Gęstość
gazowego 90g/m3
ciekłego 70,8 kg/m3 " Pozyskiwanie wodoru z paliw kopalnych
krystalicznego 88 kg/m3
" Elektroliza wody
Wartość opałowa 120 MJ/kg
węgiel 25 MJ/kg
i l 25 MJ/k
" Termochemiczny rozkład wody
benzyna 47 MJ/kg
Rozpuszczalność
" Fotokonwersja
dobra pallad, platyna, nikiel 870 obj. w 1 obj. palladu
" Otrzymywanie wodoru z biomasy
850 obj. w 1 obj. niobu
bardzo słaba woda 0,021 obj. w 1 obj. wody
Otrzymywanie wodoru
y
ródła produkcji wodoru
50% ropa naftowa
" Prawie 95% wodoru produkowanego na świecie
30% gaz ziemny
otrzymuje się z gazu ziemnego w reakcji półspalania
i konwersji tlenku węgla z parą wodną.
15% węgiel
5% z innych z
ródeł
" Mniejsze ilości pochodzą z:
w tym 0,5% z elektrolizy wody
" gazu wodnego otrzymywanego z węgla i wody
gazu wodnego otrzymywanego z węgla i wody
" z rozkładu elektrolitycznego wody.
Wykorzystanie wodoru (z 21 mln ton):
" Przypuszcza się, że w przyszłości wodór będzie
otrzymywany na dużą skalę przez elektrolizę wody 50% produkcja amoniaku
morskiej prÄ…dem elektrycznym wytwarzanym w
30% przeróbka ropy naftowej
elektrowniach słonecznych.
12% uwodornienie tlenku węgla
chłodzenie turbogeneratorów i spawanie metali
Magazynowanie wodoru
" w stanie gazowym przy wysokim,
dochodzącym do 700 barów ciśnieniu,
`
" w stanie płynnym przy ciśnieniu prawie
atmosferycznym, w bardzo niskich
temperaturach (-253°C),
" w postaci chemicznie zwiÄ…zanej, jako zwiÄ…zki
wodoru z metalami,
" włókna nanografitowe.
Stacje tankowania wodorem na świecie (272)
11
Mobilne stacje
Zbiorniki wodoru
Linia przesyłowa (LH2)
Elektrolizer pokładowy
Reformer pokładowy
Linia przesyłowa
1 10 100 1000 10000
dystrybucja [kg/dzień]
Zakresy produkcji wodoru przez różne
typy stacji
Stacje tankowania wodorem w Europie
Właściwości wodoru
Parametr Wodór
Wartość opałowa [MJ/kg] 121
Liczba oktanowa LOM 88
Zapotrzebowanie powietrza [kg/kg] 34
Gęstość [kg/m3] ciecz: 71; gaz: 0,082
Granice zapalności  05 10
Granice zapalności  0,5 10
Temperatura wrzenia [°C]  253
Ciepło parowania [kJ/kg] 450
Temperatura samozapłonu w powietrzu przy 510
ciÅ›nieniu atmosferycznym [°C]
Minimalna energia zapłonu dla  = 1 [mJ] 0,02
Parametry wodoru
10,0
9,5
LNG  ciekły gaz ziemny
Dystrybucja
8,0 7,0
LH2  ciekły wodór
CGH2  sprężony gazowy wodór
wodoru
6,0 4,8
4,0
1,4
2,0
0,4
10,0
7,4
8,0
6,0
3,7
4,0
1,5
1,2
2,0
0,5
0,0
Benzyna LNG LH2 CGH2 CGH2
- 160oC - 250oC 700 bar 200 bar
zb. kompozyt. zb. stalowy
Gęstość energetyczna wodoru
12
3
j
m
[kWh/dm ]
[kWh/kg]
Energia/objętość
Energia/masa
Zalety paliwa wodorowego:
" duży współczynnik dyfuzji H2 w powietrzu,
Wielkość Wodór Metan, gaz Benzyna
" duża zdolność do zapłonu,
ziemny
" duża szybkość spalania mieszanki wodorowej,
Wartość opałowa [MJ/kg] 119,6 50 44,5
" szerokie granice zapalności mieszanki
Temperatura samozapłonu [oC] 585 540 228-501
(możliwość stosowania regulacji jakościowej).
Temperatura płomienia [oC] 2045 1875 2200
Minimalna energia zapłonu [mJ] 0,02 0,29 0,24 Wady paliwa wodorowego:
Granice wybuchu [% obj.] 13,65 6,3-13,5 1,1-3,3
" duża skłonność do spalania stukowego,
" zdolność do rozkładu chemicznego olejów
smarujÄ…cych,
Porównanie właściwości niektórych paliw z
" mała gęstość energetyczna,
punktu widzenia bezpieczeństwa ich
" duże trudności z przechowywaniem.
użytkowania
Parametry ciekłego i sprężonego wodoru
Warunki magazynowania
2,5
BMW 750 hL
" Wodór magazynowany w stanie skroplonym wymaga
przechowywania w temp. poniżej 20,4 K, co powoduje
2,0
konieczność stosowania zbiorników dokładnie Ciekły wodór
(linia równowagi)
izolowanych termicznie.
Gazowy wodór
15
1,5
(280 K)
" W obecnie stosowanych zbiornikach kriogenicznych
straty wodoru nie przekraczajÄ… 1% na dobÄ™.
1,0
Punkt
" Przebieg tankowania ciekłego wodoru jest sterowany
końcowy fazy
mikroprocesorem i zachodzi z prędkością
ciekłej
0,5
ok. 1 dm3/min.
0
0,1 0,5 1 10 100
Ciśnienie [MPa]
Porównanie parametrów pojazdu i układów
przechowywania wodoru dla wartości 6,4 kg
100 dm3 LH2 6
100%
Zasięg
pojazdu
5
100 dm3 GH2/200 bar 22%
100 dm3 LH2 4 110 dm3
Objętość
zbiornika
3
495 dm3
100 dm3 GH2/200 bar
100 dm3 LH2 2 86 kg
Masa
Zasięg pojazdów:
zbiornika
1 >>610 kg
100 dm3 GH2/200 bar
" 300 km - H2
" 600 km - benzyna 0 20 40 60 80 100
Możliwości rozwoju silników spalinowych
13
3
o
m
[(kW·h)/dm ]
Objętościowa gęstość energii
Charakterystyka parametrów wtrysku silnika
benzynowego i wodorowego
wtrysk benzyny kanał dolotowy izolowany kanał dolotowy wtrysk kanał dolotowy
gazowego
pary
wodoru
powietrze powietrze powietrze powietrze Dziękuję za
benzyny
gazowy ciekły
uwagÄ™
wodór wodór
H2 powie- H2 powietrze H2 powietrze
powietrze
trze
wtrysk pośredni wtrysk pośredni wtrysk pośredni wysokociśnieniowy
ciekłego paliwa gazowego wodoru ciekłego wodoru bezpośredni wtrysk
gazowego wodoru
Paliwo 17 cm3 300 cm3 405 cm3 420 cm3
Powietrze 983 cm3 700 cm3 965 cm3 1000 cm3
Energia 3,5 kJ 3,0 kJ 4,0 kJ 4,2 kJ
% energii 100 % 85 % 115 % 120 %
14