Najwa niejsze materia y
przysz o ci  cia a sta e.
WYK AD V
A. Kryzys energetyczny i nowe paliwa. Wodór jako
paliwo.
B. Dlaczego wodór? Troch historii. Stan obecny
zagadnienia. Przysz o .
C. Najwa niejsze problemy i wyzwania. Zalety
magazynowania w fazie sta ej. Jak moze pomóc teoria?
D. Ogniwa paliwowe: budowa, rodzaje i zastosowania.
THE DREAM
 I believe that one day hydrogen and oxygen,
which together form water, will be used either
alone or together as an inexhaustible source
of heat and light
(Jules Verne, The mysterious island, 1874)
Some history
16th century  F. B. Paracelsus first 1839  William Robert Grove invents fuel cell
(Swiss& )
described an air which bursts forth like the wind
1960  s  NASA searches for energy supplies for the
1671  Robert Boyle published a paper in which he spacecraft
described the reaction between iron filings and dilute
acids which results in the evolution of gas 1998  2000 Ballard Power Systems introduces 205 kW
fuel cells being used in six buses in the U.S. (Chicago)
1766  Henry Cavendish discovers  inflammable gas and Canada (Vancouver)
from metals
(Lavoisier gives the name for it in 1783)
May 1999  the first public liquid  hydrogen filling station
1783  J. A. C. Charles suggests using hydrogen in has been opened in at Munich Airport
balloons
Feb. 2001  Eur. Comm. funds the FUCHSIA Project
Nov.25, 1793  the first balloon is sent up from
British soil Feb. 2001  a six -month tour of a fleet of ten BMW
750hL liquid hydrogen powered sedans around the globe
1807  Dalton s theory of atoms i s published;
starts in oil producing Dubai (UAE)
was the symbol used for hydrogen
Aug. 2001  the first solar -powered hydrogen production
and fueling station in the Los Angeles area opened by
May 6, 1937  the Hindenburg tragedy
American Honda Motor Co.
Jan. 28, 1986  the Challenger space shuttle
catastrophe
2003  Toyota Motor Co. is poised to be the first to offer
a pure-hydrogen fuel cell vehicl e to a limited public
1980 s  numerous explosions in the diborane
factories
2010/2020  mass production of the fuel cell -powered
vehicles is expected
Dlaczego wodór?
Spalanie paliw kopalnych i innych:
gaz cieplarniany (CO2)
- w giel
inne zanieczyszczenia (SOx, NOx)
- ropa benzyna
wielka polityka: zmowy paliwowe,
- metan
wojny o rop
- opony z odzysku etc.
Energie odnawialne:
ograniczona ilo
- s oneczna
ograniczona geopolityka
- wiatru
kwestie zachowania krajobrazu
- geotermalna
- wodna
Energia j drowa:
zanieczyszczenia radioaktywne
- Reaktor nuklearny
ryzyko niekontrolowanego procesu
-  Zimna fuzja , synteza mionowa
Pros and Cons /Za i przeciw/
- Wodór jest najl ejszym pierwiastkiem o masie atomowej 1 u.
- Ciek y wodór ma bardzo ma g sto 0.07 g/ml.
- Zaleta jest taka e H zawiera 2.6 raza wi cej ni benzyna energii na jednostk masy.
- Wada jest taka e H zawiera 4 razy mniej ni benzyna energii na jednostk obj to ci.
15 gallon owy zbiornik paliwa zawiera 90 funtów benzyny; energetycznie
równocenny zbiornik H ma 60 gallonów, i wa y tylko 34 funty
- Gdy wodór jest spalany w
powietrzu, g ównym produktem jest
woda (produkcja niektórych
zwiazków N mo e by kontrolowana)
- Jezeli narastaj ce ogrzewanie sie
klimatu na ziemi poprzez wzrost
st enia CO2 oka e si by g ównym
problemem, wodór by by
wymarzonym paliwem.
Paliwa gazowe & ciek e a sta e
1937
1986
2001
?
Warto rynkowa zagadnienia ($$$)
W oparciu o prognoz ceny wodoru, przejmie on 5% rynku
ropy w 2010 r.
wiatowy rynek ropy to $ 700 mld rocznie
Przewidywany udzia wodoru to $ 35 mld p.a.
Baki ze sta ym materia em magazynuj cym H $ 5 mld p.a.
Wynalazek mog by byc licencjonowany lub sprzedany za
$ 1 mld p.a.
USA
EUROPE
Freedom /$ 150 mln incl.
$ 40 mln government share/
Fuchsia, Hystory,
JAPAN
Hymosses /$ 10 mln/
Protium /$ ???
mln/
Czysta ekonomia wodorowa przysz o ci
Produkcja H
" CH4 + 2 H2O CO2 + 4 H2
" fotoelektroliza wody, zielona energia
" aktywacja wi zania C H
H2 (gaz)
Magazynowanie H
" kriogeniczne zbiorniki
" reakcje chemiczne
wysokocisnieniowe
H2 (spr ony) H2 (ciecz) H (sta e zwi zki)
Spalanie H
H2/O2 Fuel cell Silnik hybrydowy
Pojazd o zerowej emisji
Efekty zwi kszonej
cyrkulacji wody w
przyrodzie = ???
Samochód przysz o ci: BMW 750 hL zaprezentowany podczas EURO
2000
" Wczoraj: BMW 750 hL (München 2000)
6 autobusów z ogniwami paliwowymi (Chicago & Vancouver 1999-2001)
" Dzi : pierwsze komercyjne modele (Honda & Toyota) (Japonia & California 2002/3)
" Jutro: tanie ogniwa paliwowe, tani H2 (USA & Kanada 2010)
Kto nie zajmie si tym tematem TERAZ, najprawdopodobniej
nie b dzie mia szansy zaja si nim w ogóle!
5 przykaza magazynowania wodoru w fazie sta ej
(i) Du a pojemno magazynuj ca: minimum 6.5 % wag H i
co najmniej 65 g H/l w materiale magazynuj cym;
(ii) Trozk = 60 120 oC;
(iii) Odwracalno termicznej absorpcji / desorpcji: niska
temperatura desorpcji H i niskie ci nienie absorpcji H
(ci nienie plateau rz du paru barów w temp. pokojowej),
lub latwo chemicznego przekszta cenia produktów
rozk adu ponownie w substraty;
(iv) Niska cena;
(v) Nietoksyczno , nieeksplozywno , chemiczna inertno itp.,
zwi zku magazynuj cego wodór.
Budowa Ogniwa Paliwowego (Fuel Cell).
ANODA /Pt Nafion® KATODA /Pt
Energia chemiczna Energia elektryczna
ma e straty cieplne, du a wydajno w por. z cyklem Carnota
Rodzaje ogniw paliwowych H2/O2:
- Alkaliczne (150 200 oC)  wymagaj u ycia bardzo czystego H2 i O2
- Na kwas fosforowy (150 200 oC)  g ównie rednie do du ych aplikacji
stacjonarnych
- Na sta y tlenek (1000 oC)  ogniwa ekstremalnie wysokotemperaturowe,
toleruj wzgl dnie zanieczyszczone paliwa wodorowe
- Z membran wymieniaj c proton (Proton Exchange Membrane) lub
polimerowo elektrolitow (Polymer Electyrolyte) Fuel Cell (60 100 oC) 
najbardziej rozwini ty rodzaj ogniw, najwi ksza ilo energii na jednostk
obj to ci ogniwa, najprawdopodobniej jedyny kandydat do zasilania
rodków transportu przysz o ci
- Na stopiony w glan (650 oC)  ogniwa wysokotemperaturowe, mog ce
u ywa bezpo rednio paliwa kopalnego, lub nawet CO
- Protonowo ceramiczne (700 oC)  u ywa bezpo rednio paliw kopalnych
- Bezpo rednie ogniwa metanolowe (50 100 oC)  przysz o w ma ych
zastosowaniach moblinych
- Zn/powietrze  niski koszt, wzgl dna nieodwracalno , u ycie w armii
Stacjonarne FC
Transport/bus FC
Przenosne FC Cell.Ph. FC
Laptop FC
Anchorage /Alaska/
Who does not pick up Hydrogen Storage subject NOW,
most probably would NOT have chance to work on it at all.