2004.12.05.

1

Dr. Emőd István

Múlt

• 1860 az első működőkétütemű (Lenoir),

• 1876-ban első működőnégyütemű (Otto) belsőégésű motor gázüzemű volt.

• 1894 Franciaország: Elsőautóverseny (PARIS-RUEN, 126 km) győztes: de DionBouton gőzautó, 17 km/óra átlagsebességgel.

2004.12.05.

2

Dr. Emőd István

Ekkor a verseny még nyílt volt!

• 1899-ben az első 100 km/h-nál gyorsabb autó: villamos hajtásúautó volt.

• 1900-ban az USA-ban 4192 autót gyártottak : 1681 gőzautót,1575 villamoshajtású és 936 benzinmotoros autót.

2004.12.05.

3

Dr. Emőd István

Miért kell alternatívát keresni?

FORRÁSOK KIMERÜLÉSE

KÖRNYEZET-SZENNYEZÉS

2004.12.05.

4

Dr. Emőd István

Kőolaj-előfordulások kimerülése

2004.12.05.

5

Dr. Emőd István

Személygépkocsi-állomány

1000 lakosra eső személygépkocsik száma (2001-ben)•Monaco 686 Magyarország 236•Olaszország 565 Törökország 67•Németország 529 Kína 5,9

Automobil-Rervue 2002

2004.12.05.

6

Dr. Emőd István

Szigorodó előírások(személygépkocsi-motor)

2004.12.05.

7

Dr. Emőd István

Az üvegházhatás mértéke

2004.12.05.

8

Dr. Emőd István

Milyen lehetőségek vannak?

Közvetlenbefecsk.

A környezetbarátautó

Dízel-motor

Benzin-motor

Villamosés hibrid-

hajtás

T.anyag-cella

Alternatívhajtó-anyag

LPG

CNG

Biohajtó-anyagok

Szegénykeverék

Elektr.szabályozás

Commonrail

Soros

Pár-huzamos

Kombinált

Hidrogén

(Akku)

Villany-motor

2004.12.05.

9

Dr. Emőd István

Alternatív lehetőségek értékelési szempontjai

Hatásfok

Előállításiköltségek

Térfogat/energia

Tömeg/energia

Előfordulás

Infrastruktúra

Töltési idő

Biztonság

Zajkibocsátás

Környezet-szennyezés

Ezeken kívül:hatósugár

üzembiztonság

divat

stb.

2004.12.05.

10

Dr. Emőd István

Az ideális kombináció

1. Hajtóanyag:HIDROGÉN• előállítás: vízből

nap-, szélenergiával (?)

• égéstermék: víz

2. Energiaátalakítás:TÜZELŐANYAG-CELLA• jó hatásfok (~60 %)• kis hőmérséklet (~80 °C)

3. Járműhajtás:VILLANYMOTOR• nulla szennyezés

2004.12.05.

11

Dr. Emőd István

Átmeneti megoldások

Belsőégésű motor• földgázüzemű• hidrogénüzemű

Hibridhajtás• belsőégésű +

villanymotor

Villamos hajtás• folyékony hajtóanyaggal

(reformer) üzemelőtüzelőanyag-cellával

2004.12.05.

12

Dr. Emőd István

Miért nem?

Energiasűrűség(W⋅h)/kg

Hatásfok*%

Élettartamciklus

Önkisülés %/nap

Ólom 30…50 80 300…1500 0,4 Nikkel/kadmium 45…65 70 2000 1 Nikkel/fémhidrid 60…70 70 1000 2 Nikkel/vas 40…60 60 500…2000 2 Nikkel/cink 55…85 70 500 1 Cink/bróm 70…80 75 300…1000 2 Nátrium/kén 100…140 85 200…1000 0,1 Nátrium/nikkelklorid 90…130 80 800…1500 ? Benzin >10000 ~100 ~0

Akkumulátor

•korlátozott mennyiség (a kőolaj-feldolgozás mellékterméke)•nehezebb a levegőnél robbanásveszély

Propán-bután gáz (LPG)* tárolási hatásfok

2004.12.05.

13

Dr. Emőd István

Az átmeneti megoldások

• környezetszennyezésük kicsi, de nem nulla• a nyersanyag-előfordulás véges• a gáznemű tüzelőanyagok tárolása nehézkes:

– gáz: nagy nyomás 200…400 bar – folyadék: kis hőmérséklet

-150 °C alatt (földgáz), -250 °C alatt(H2)

– fémhidridek• alkalmazásuk fokozatos átmenetet jelent az

ideális megoldás (H2 + tüzelőanyag-cella + villanymotor) irányába

2004.12.05.

14

Dr. Emőd István

Hibridhajtások

villamos gépbelsőégésű motorvillamosgép

akkumulátor

bolygómű

soro

spá

rhuz

amos

kom

biná

lt

2004.12.05.

15

Dr. Emőd István

Hibrid rendszerek (HEV)

SOROS

PÁRHUZAMOS

2004.12.05.

16

Dr. Emőd István

Hibridhajtás energiamérlege

2004.12.05.

17

Dr. Emőd István

Hibridautók

Benzinmotor 53 kW4000 1min

Villanymotor 33 kWMenetkész tömeg 1250 kgHasznos teher 395 kg

Végsebesség 160 kmhTesztfogyasztás 5,4 l/100km

Alapár kb. 6 500 000 Ft.Toyota Prius

2004.12.05.

18

Dr. Emőd István

A tüzelőanyag-cella története

• 1839: Az angol WilliamRobert Grove felfedezi a tüzelő-anyag-cella elvét.

• 1945: A második világháború után megkezdődik a tüzelőanyag-cellák műszaki fejlesztése.

• 1954: az angol FrancisT. Bacon munkája alapján űrkutatási (Gemini, Apollo, Spacelab) és

• katonai programok céljára használtak tüzelőanyag-cellát.

• 1970: tüzelőanyag-cellákvillamos erőművi blokkok és hőenergia központok részére.

• 1980: Járműhajtási célúkutatások kezdete.

• 1998: az első vásárolhatótüzelőanyag-cella (1500 US $/kW).

2004.12.05.

19

Dr. Emőd István

A tüzelőanyag-cella elve

• A fordított elektrolízis elve alapján működnek: Az elektrolízis során a vizet elektromos áramösszetevőire, azaz hidrogénre és oxigénrebontja. Ez a folyamat megfordítható, és így elektromos energia állítható elő.

• Ehhez szükséges:• - tüzelőanyag ( ebben az esetben hidrogén), • - két elektróda (pozitív és negatív) , valamint• - elektrolit (cseppfolyós vagy szilárd)• Járműhajtásra a protonáteresztő membrános

(PEM) tüzelőanyag-cella a legmegfelelőbb.

2004.12.05.

20

Dr. Emőd István

A tüzelőanyag-cella működése

• Hidrogént vezetnek az elektrolit(protonáteresző membrán) egyik oldalára és nedvesített levegőt a másik oldalra.

• A hidrogén ionizálódik, minden egyes molekula felhasad két elektronra és két pozitívan töltött hidrogén ionra, azaz protonra.

• A protonok a cellában lévő elektrolitonkeresztülvándorolnak.

2004.12.05.

21

Dr. Emőd István

Az elektrolitnem képeselektronokat vezetni, az elektronok, amelyek a negatív elektródnál felszabadulnak külső körön keresztül kell mozogniuk.

A kialakult elektromos feszültség-különbség teszi lehetővé a proton

számára az átjutást. A keletkezőáram – az elektronok külső moz-

gása -- az, ami hajtja a motort.

Az elektronok a pozitív elektródon az oxigénnel és a

protonnal egyesülve vizet képeznek.

Az áram keletkezése

2004.12.05.

22

Dr. Emőd István

A tüzelőanyagcella-rendszer

2004.12.05.

23

Dr. Emőd István

A tüzelőanyag-cella fejlődése

1994 NECAR 1.

A teljes rakteret elfoglalják a gépészeti berendezések

NECAR 4. (hidrogén) 1999

Mercedes

Mercedes

NECAR 5. (metanol) 2000

2004.12.05.

24

Dr. Emőd István

A rendszerváltás egyiklehetséges forgatókönyve

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Hagyományos b.é. motor

Általánosan vásárolható hibridautó

Általánosan vásárolható tüa.cellás autó

Általánosan vásárolható dízel tüa.cellás autó

B.é. motor hőenergia-visszanyeréssel

Első teljesen CO2-mentes autó

Első 0-emissziós b.é. motor

Első hozzáférhető tüa.cellás autó

Első benzines/dízeles tüa.cellás autó

Első b.é. motor hőenergia-visszanyeréssel

A H-tárolás megoldása

Ricardo

2004.12.05.

25

Dr. Emőd István

Pesszimista forgatókönyv ??