Yakıt hücreli araç - Fuel cell vehicle

Foton BJ6123FCEVCH-1 yakıt hücresi veriyolu çalışıyor

Bir yakıt hücresi, araç ( FCV ) ya da yakıt hücresi elektrik araç ( FCEV ) bir bir elektrikli araç bir kullanan yakıt hücresi , küçük bir pille veya bazen kombinasyon halinde, süper kondansatörün gücüne, sayısallaştırıcı elektrik motoru . Araçlardaki yakıt pilleri genellikle havadaki oksijeni ve sıkıştırılmış hidrojeni kullanarak elektrik üretir . Çoğu yakıt hücreli araç, yalnızca su ve ısı yayan sıfır emisyonlu araçlar olarak sınıflandırılır . İçten yanmalı araçlarla karşılaştırıldığında, hidrojen araçları kirleticileri hidrojen üretim sahasında toplar.burada hidrojen tipik olarak dönüştürülmüş doğal gazdan elde edilir . Hidrojenin taşınması ve depolanması da kirleticiler oluşturabilir.

Yakıt hücreleri, forkliftler de dahil olmak üzere çeşitli araçlarda , özellikle temiz emisyonlarının hava kalitesi için önemli olduğu iç mekan uygulamalarında ve uzay uygulamalarında kullanılmıştır. İlk ticari olarak üretilen hidrojen yakıt hücreli otomobil Hyundai ix35 FCEV , 2013 yılında piyasaya sürüldü, ardından 2015 yılında Toyota Mirai ve ardından Honda pazara girdi. Yakıt hücreleri diğer araçların yanı sıra kamyonlarda, otobüslerde, teknelerde, motosikletlerde ve bisikletlerde geliştirilmekte ve test edilmektedir.

Aralık 2020 itibariyle, dünya çapında hidrojenle çalışan 31.225 yolcu FCCEVS satılmıştı. Güney Kore en fazla yolcuya sahip FCEV'ye (10.041 adet) sahip ülke olurken, onu ABD (9.135), Çin (5.546) ve Japonya (4.100) takip ediyor. 2020 itibariyle , ABD'de halka açık otomobiller için elliden az hidrojen yakıt istasyonu ile sınırlı hidrojen altyapısı vardı , ancak özellikle Kaliforniya'da daha fazla hidrojen istasyonu planlanıyor. Eleştirmenler, hidrojenin diğer sıfır emisyon teknolojilerine kıyasla otomobiller için verimli mi yoksa uygun maliyetli mi olacağından şüphe duyuyor ve 2019'da Motley Fool , "tartışması zor olan şey, hidrojen yakıt hücresi rüyasının yolcu için neredeyse ölü olduğudur. araç pazarı."

Araçlardaki yakıt hücrelerinin tanımı ve amacı

Tüm yakıt hücreleri üç bölümden oluşur: elektrolit, anot ve katot. Prensipte, bir hidrojen yakıt hücresi, bir elektrik motorunu çalıştırabilen elektrik üreten bir pil gibi işlev görür. Bununla birlikte, yeniden şarj etmek yerine, yakıt hücresi hidrojen ile yeniden doldurulabilir. Farklı yakıt pili türleri arasında polimer elektrolit membranlı (PEM) Yakıt Pilleri, doğrudan metanol yakıt pilleri , fosforik asit yakıt pilleri , erimiş karbonat yakıt pilleri , katı oksit yakıt pilleri , reforme edilmiş metanol yakıt pili ve Rejeneratif Yakıt Pilleri bulunmaktadır.

Tarih

1966 GM Elektrovan

Yakıt hücresi kavramı ilk olarak 1801'de Humphry Davy tarafından gösterildi , ancak çalışan ilk yakıt hücresinin icadı bir kimyager, avukat ve fizikçi olan William Grove'a atfedildi. Grove'un "gaz volta pili" olarak adlandırdığı şeyle yaptığı deneyler, 1842'de bir platin katalizör üzerinde hidrojen ve oksijen arasındaki elektrokimyasal reaksiyonla bir elektrik akımının üretilebileceğini kanıtladı. İngiliz mühendis Francis Thomas Bacon , Grove'un çalışmalarını genişleterek 1939'dan 1959'a kadar çeşitli Alkalin yakıt hücreleri yarattı ve sergiledi .

İlk modern yakıt hücreli araç, 1959 civarında 15 kilovatlık bir yakıt hücresiyle donatılmış modifiye edilmiş bir Allis-Chalmers çiftlik traktörüydü. Soğuk Savaş Uzay Yarışı , yakıt hücresi teknolojisinin daha da gelişmesini sağladı. Project Gemini, insanlı uzay görevleri sırasında elektrik gücü sağlamak için yakıt hücrelerini test etti. Apollo Programı ile yakıt pili gelişimi devam etti . Apollo kapsüllerindeki ve ay modüllerindeki elektrik güç sistemleri, alkali yakıt hücrelerini kullandı. 1966'da General Motors , ilk yakıt hücreli yol aracı olan Chevrolet Electrovan'ı geliştirdi . Bir PEM yakıt hücresine , 120 mil menzile ve 70 mil / saat azami hıza sahipti . Yakıt hücresi yığını ve büyük hidrojen ve oksijen tankları minibüsün arka kısmını kapladığı için sadece iki koltuk vardı. Proje maliyetli olduğu için sadece bir tane inşa edildi.

General Electric ve diğerleri 1970'lerde PEM yakıt hücreleri üzerinde çalışmaya devam ettiler. Yakıt hücresi yığınları, 1980'lerde, Uzay Mekiği de dahil olmak üzere, esas olarak hala uzay uygulamalarıyla sınırlıydı . Ancak Apollo Programının kapatılması birçok sektör uzmanını özel şirketlere gönderdi. 1990'lara gelindiğinde, otomobil üreticileri yakıt hücresi uygulamalarına ilgi duymaya başladı ve tanıtım araçları hazırlandı. 2001 yılında, araçlarda kullanılabilecek yakıt depolarının boyutunu azaltan ve menzili genişleten ilk 700 Bar (10000 PSI) hidrojen deposu gösterildi.

Uygulamalar

Tüm ulaşım modları için yakıt hücreli araçlar mevcuttur. En yaygın yakıt hücreli araçlar arabalar, otobüsler, forkliftler ve malzeme taşıma araçlarıdır.

otomobiller

Honda FCX Clarity konsept otomobil Japonya ve müşteriler tarafından kiralama için 2008 yılında tanıtıldı Güney Kaliforniya ve 2014 2008'den 2015 yılına kadar durdurulan Honda, ABD'de 45 FCX adet toplam kiralanan. GM HydroGen4 ve Mercedes-Benz F-Cell de dahil olmak üzere 20'den fazla FCEV prototipi ve gösteri arabası o zaman zarfında piyasaya sürüldü .

Hyundai ix35 FCEV Yakıt Hücresi araç 2014 54 ünite kiralanan edildi 2018, kiralanmak üzere kullanılabilir. 2018 yılında Hyundai tanıtıldı NEXO .

Satış Toyota Mirai devlet ve şirket müşterilerine 2014. Fiyatlandırma başladı Aralık ayında Japonya'da başladı ¥ 6.700.000 (~ US $ 57.400 vergi ve bir hükümet teşvik öncesi) ¥ 2,000,000 (~ US $ 19,600 ). Eski Avrupa Parlamentosu Başkanı Pat Cox , Toyota'nın başlangıçta satılan her Mirai için yaklaşık 100.000 dolar kaybedeceğini tahmin ediyordu. Aralık 2017 itibariyle, küresel satışlar toplamda 5.300 Mirais'e ulaştı. En çok satan pazarlar 2.900 adet ile ABD, 2.100 adet ile Japonya ve 200 adet ile Avrupa oldu.

Honda Clarity Yakıt Hücresi 2021 için 2016 den üretilmiştir 2017 Clarity 67 kombine şehir / otoyol derece ile, o yıl EPA tarafından puan tüm hidrojen yakıt hücreli araçların arasında en yüksek kombine ve şehir yakıt ekonomisi reytingleri galon benzin mil eşdeğeri (MPGe) ve şehir içi sürüşte 68 MPGe. 2019'da Honda Avrupa başkanı Katsushi Inoue, "Şu anda odak noktamız hibrit ve elektrikli araçlar. Belki hidrojen yakıt hücreli arabalar gelecek, ama bu gelecek çağın teknolojisi."

2017 yılına kadar Daimler, azalan pil maliyetlerine ve artan EV yelpazesine atıfta bulunarak FCEV geliştirmesini aşamalı olarak durdurdu ve hidrojenli otomobiller geliştiren otomobil şirketlerinin çoğu, odaklarını akülü elektrikli araçlara çevirdi.

Yakıt ekonomisi

Aşağıdaki tablo, EPA tarafından Eylül 2021 itibariyle derecelendirilen ve Kaliforniya'da mevcut olan iki hidrojen yakıt hücreli araç modeli için mil başına galon benzin eşdeğeri (MPGe) olarak ifade edilen yakıt ekonomisini karşılaştırmaktadır .

Hidrojen yakıt hücreli araçlar için MPGe cinsinden ifade edilen yakıt ekonomisinin karşılaştırılması

Kaliforniya'da satılabilir veya kiralanabilir ve Eylül 2021 itibarıyla ABD Çevre Koruma Ajansı tarafından derecelendirilmiştir

Araç Model yılı kombine

yakıt ekonomisi

Şehir

yakıt ekonomisi

otoyol

yakıt ekonomisi

Menzil Yıllık

yakıt maliyeti

Hyundai Nexo 2019-2021 61 mpg-e 65 mpg-e 58 mpg-e 380 mil (610 km)
Toyota Mirai 2016-20 66 mpg-e 66 mpg-e 66 mpg-e 312 mil (502 km)
Toyota Mirai 2021 74 mpg-e 76 mpg-e 71 mpg-e 402 mil (647 km)
Notlar: Bir kg hidrojen, kabaca bir ABD galonu benzinle aynı enerji içeriğine sahiptir.

Üretilen modellerin listesi


Ticari olarak üretilen modern yakıt hücreli otomobiller, kamyonetler, kamyonetler ve SUV'ların listesi
(1990'dan günümüze)
modeli Üretme Orijinal MRSP (2)
/Aylık Kira
(cari $)
Menzil
Yorumlar
Üretim dışı modeller
Honda FCX 01.JPG
Honda FCX-V4
2002-2007
Sadece
11.500 ABD Doları kiralama
160 mil (260 km)
- 190 mil (310 km)
Amerika yolları için Çevre Koruma Ajansı ve Kaliforniya Hava Kaynakları Kurulu tarafından onaylanan ilk yakıt hücreli araç , ardından Kaliforniya'da kiralama. Ayrıca Japonya Arazi, Altyapı ve Ulaştırma Bakanlığı tarafından Japon yolları için onaylanmıştır . Los Angeles bölgesinde ve Tokyo'da yaklaşık 30 kiralık . Leasing daha sonra 50 eyalete genişledi.
Ford Focus H2.JPG
Ford Focus FCV
2003-2006
Sadece kiralama
bilinmiyor
200 mil (320 km)
Başlangıçta 50 eyalette kiralanması planlandı, sonunda yalnızca Kaliforniya , Florida ve Kanada'da kiralandı .
Eastern Airport Motors 115 X-TRAIL FCV.jpg
Nissan X-Trail FCV 04
2003-2013
Sadece
1.000.000 Yen
(8.850 ABD Doları) kiralama
350 km (220 mil)
Japonya ve Kaliforniya'daki işletmelere ve devlet kurumlarına kiralanmıştır .
Mercedes-Benz A Sınıfı F-Cell front.jpg
Mercedes-Benz F-Cell (A-Serisi tabanlı)
2005-2007
Sadece kiralama
bilinmiyor
100 mil (160 km)
ile 110 mil (180 km) arası
100 dünya çapında kiralık.
Chevrolet Equinox Yakıt Hücresi.jpg
Chevrolet Ekinoks FC
2007-2009
Sadece kiralama
190 mil (310 km)
California ve New York'ta kiralandı .
FCX Netlik.jpg
Honda FCX Netlik
2008-2015
Sadece
600 ABD Doları kiralama
280 mil (450 km)
sonra 240 mil (390 km)
ve 231 mil (372 km)
Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa ve Japonya'da kiralanmıştır .
MB F-Cell Aachen.jpg
Mercedes-Benz F-Cell (B-Sınıfı tabanlı)
2010-2014
Sadece
850 ABD Doları kiralama
190 mil (310 km)
Güney Kaliforniya'da kiralık .
Hyundai ix35 yakıt hücresi.  Spielvogel.JPG
Hyundai ix35 FCEV
2014–2018
Kiralama sadece
599 ABD Doları
265 mil (426 km)
Güney Kore , Kaliforniya , Avrupa ve Vancouver'da (bazen "Tucson" olarak anılır) kiralanmıştır .
Honda CLARITY YAKIT HÜCRESİ (Garnet) Tokyo Motor Show 2015.jpg'de
Honda Berraklığı
2016–2021
Satış ve Kiralama
$58,490
300 mil (480 km)
Japonya, Güney Kaliforniya, Avrupa'da pazarlanmaktadır. Toplam satış 1.900 araç.
Üretimdeki modeller
Toyota MIRAI Z "Executive Package Advanced Drive" (ZBA-JPD20-CEDHS(M)).jpg
Toyota Mirai
2015–günümüz
Satış ve kiralama
49.500 ABD Doları
402 mil (647 km)
Japonya, Kaliforniya , Avrupa ve Québec'te pazarlanmaktadır . 2021 itibariyle, küresel satışlar başlangıcından bu yana 11.000 adedi aştı.
Hyundai Nexo Genf 2018.jpg
Hyundai Nexo
2018-günümüz
Satış ve kiralama
58.300 ABD Doları
370 mil (600 km)
Güney Kore, Kaliforniya ve Avrupa'da pazarlanmaktadır.

Bir etanol reformer tarafından desteklenen yakıt hücreleri

Haziran 2016'da Nissan , hidrojen yerine etanol ile çalışan yakıt hücreli araçlar geliştirme planlarını duyurdu . Nissan, bu teknik yaklaşımın daha ucuz olacağını ve yakıt ikmali altyapısının bir hidrojen altyapısından daha kolay uygulanacağını iddia ediyor. Araç, onu hidrojen ve karbon dioksite bölen yerleşik bir reformere beslenen su ve etanol karışımını tutan bir tank içerecektir. Hidrojen daha sonra bir katı oksit yakıt hücresine beslenir . Nissan'a göre sıvı yakıt, 55:45 oranında bir etanol-su karışımı olabilir.

Otobüsler

Mercedes-Benz yakıt hücreli otobüs.

Otobüslerin gösteri modelleri de var ve 2011'de dünya çapında 100'den fazla yakıt hücreli otobüs konuşlandırıldı. Bu otobüslerin çoğu UTC Power , Toyota , Ballard , Hydrogenics ve Proton Motor tarafından üretildi . UTC otobüsleri 970.000 km'den (600.000 mi) fazla sürüş biriktirmişti. Yakıt hücreli otobüsler, dizel otobüslere ve doğal gazlı otobüslere göre %30-141 daha yüksek yakıt ekonomisine sahiptir. 2015 yılında Whistler, British Columbia projesine son verilmiş olmasına rağmen, yakıt hücreli otobüsler dünyanın dört bir yanındaki şehirlerde konuşlandırıldı. Fuel Cell Bus Club , deneme yakıt hücreli otobüslerde küresel bir işbirliği çabasıdır. Önemli projeler şunları içerir:

  • Kaliforniya'nın Oakland ve San Francisco Bay bölgesinde 12 yakıt hücreli otobüs konuşlandırıldı.
  • Daimler AG , Ballard Power Systems yakıt hücreleri tarafından desteklenen otuz altı deney otobüsü ile 2007 yılında on bir şehirde üç yıllık başarılı bir denemeyi tamamladı.
  • UTC Power yakıt hücreli bir Thor otobüs filosu, SunLine Transit Agency tarafından işletilen California'da konuşlandırıldı.
  • Brezilya'daki ilk hidrojen yakıt hücreli otobüs prototipi São Paulo'da konuşlandırıldı . Otobüs Caxias do Sul'da üretildi ve hidrojen yakıtı São Bernardo do Campo'da sudan elektroliz yoluyla üretilecekti . " Ônibus Brasileiro a Hidrogênio " (Brezilya Hidrojen Otobüsü) adlı programda üç otobüs yer aldı.

Forkliftler

Bir yakıt hücresi forklift (aynı zamanda, bir yakıt hücresi forklift veya bir yakıt hücresi forklift olarak da adlandırılır), bir yakıt hücresi ile çalışan endüstriyel bir forklift malzeme kaldırma ve taşıma için kullanılan. Forkliftlerde kullanılan çoğu yakıt hücresi, PEM yakıt hücreleri tarafından desteklenmektedir .

2013 yılında, ABD'de malzeme taşımada kullanılan 4.000'den fazla yakıt hücreli forklift vardı ve bunlardan sadece 500'ü DOE'den (2012) finansman aldı . Yakıt hücresi filoları, Sysco Foods, FedEx Freight, GENCO (Wegmans, Coca-Cola, Kimberly Clark ve Whole Foods'ta) ve HEB Grocers dahil olmak üzere çok sayıda şirket tarafından işletilmektedir. Avrupa, Hylift ile 30 yakıt hücreli forklift sergiledi ve HyLIFT-EUROPE ile Fransa ve Avusturya'daki diğer projelerle birlikte 200 adede çıkardı. Pike Research 2011 yılında yakıt hücreli forkliftlerin 2020 yılına kadar hidrojen yakıtı talebinin en büyük itici gücü olacağını belirtti.

PEM yakıt hücreli forkliftler, yerel emisyon üretmediklerinden petrolle çalışan forkliftlere göre önemli avantajlar sağlar. Yakıt hücreli forkliftler, tek bir hidrojen deposuyla tam 8 saatlik bir vardiya çalışabilir, 3 dakikada yakıt ikmali yapılabilir ve 8-10 yıl kullanım ömrüne sahiptir. Yakıt pili ile çalışan forkliftler, performansları daha düşük sıcaklıklarda bozulmadığı için genellikle soğutmalı depolarda kullanılır. Tasarımda FC üniteleri genellikle yedek parça olarak yapılır.

Motosikletler ve bisikletler

Yamaha FC-me motosiklet.

2005 yılında, İngiliz firması Intelligent Energy , ENV (Emission Neutral Vehicle) olarak adlandırılan, hidrojenle çalışan ilk çalışan motosikleti üretti . Motosiklet, dört saat koşmak ve bir kentsel alanda 160 km (100 mil) seyahat etmek için 80 km/sa (50 mil/sa) maksimum hızda yeterli yakıta sahiptir. 2004 yılında Honda , Honda FC Stack'i kullanan bir yakıt hücreli motosiklet geliştirdi . Hidrojen yakıt hücreli motora sahip başka bisiklet ve bisiklet örnekleri de vardır. Suzuki Burgman, AB'de "tüm araç tipi" onayını aldı. Tayvanlı şirket APFCT, İtalyan Acta SpA'nın yakıt sistemini kullanarak Tayvan Enerji Bürosu için 80 yakıt hücreli scooter ile canlı bir sokak testi yapıyor.

uçaklar

Boeing bir hidrojen yakıt hücresi tarafından desteklenmektedir Yakıt Pili Teşhir.

Avrupa genelinde Boeing araştırmacıları ve endüstri ortakları, Şubat 2008'de yalnızca yakıt hücresi ve hafif pillerle çalışan insanlı bir uçağın deneysel uçuş testlerini gerçekleştirdi . Yakıt Hücresi Gösterici Uçağı, bilindiği gibi, geleneksel bir pervaneye bağlı bir elektrik motoruna güç sağlamak için bir Proton-Değişim Zarı (PEM) yakıt hücresi/ lityum-iyon pil hibrit sistemi kullandı. 2003 yılında, tamamen yakıt hücresiyle çalışan dünyanın ilk pervaneli uçağı uçuruldu. Yakıt hücresi, yakıt hücresinin uçağın aerodinamik yüzeyleri ile entegre olmasına izin veren benzersiz bir FlatStack yığın tasarımıydı.

Birkaç yakıt hücreli insansız hava aracı (İHA) olmuştur. Bir Horizon yakıt hücreli İHA, 2007 yılında küçük bir İHA tarafından uçulan rekor mesafeyi belirledi. Ordu, düşük gürültü, düşük termal imza ve yüksek irtifaya ulaşma yeteneği nedeniyle bu uygulamayla özellikle ilgileniyor. 2009 yılında, Deniz Araştırma Laboratuvarı'nın (NRL'ler) Ion Tiger'ı hidrojenle çalışan bir yakıt hücresi kullandı ve 23 saat 17 dakika uçtu. Boeing, bir seferde dört güne kadar 20.000 m (65.000 ft) yükseklikte araştırma ve gözetleme yapmak için kullanılacak yüksek irtifa, uzun süreli dayanıklılık (HALE) olan Phantom Eye üzerindeki testleri tamamlıyor. Yakıt hücreleri ayrıca, daha önce motorları çalıştırmak ve gemideki elektrik ihtiyaçlarını çalıştırmak için kullanılan fosil yakıt jeneratörlerinin yerini alarak, uçaklara yardımcı güç sağlamak için kullanılıyor. Yakıt hücreleri uçaklar CO azaltmaya yardımcı olabilir 2 ve diğer kirletici emisyonları ve gürültü.

Tekneler

Hydra yakıt hücresi tekne.

Dünyanın ilk Yakıt Hücreli Teknesi HYDRA , 6,5 kW net çıkışlı bir AFC sistemi kullandı. Tüketilen her bir litre yakıt için, ortalama bir dıştan takmalı motor, ortalama modern bir arabanın ürettiği hidrokarbonlardan 140 kat daha az üretir. Yakıt hücreli motorlar, yanmalı motorlardan daha yüksek enerji verimliliğine sahiptir ve bu nedenle daha iyi menzil ve önemli ölçüde azaltılmış emisyon sunar. İzlanda, geniş balıkçı filosunu 2015 yılına kadar yardımcı güç sağlamak için yakıt hücrelerini kullanacak ve nihayetinde teknelerinde birincil güç sağlayacak şekilde dönüştürmeyi taahhüt etti. Amsterdam kısa süre önce insanları şehrin kanallarında gezdiren ilk yakıt hücreli teknesini tanıttı.

denizaltılar

Yakıt hücrelerinin ilk dalgıç uygulaması Alman Tip 212 denizaltısıdır . Her Tip 212, geminin her tarafına yayılmış, her biri 30 kW ile 50 kW arasında elektrik gücü sağlayan dokuz PEM yakıt hücresi içerir. Bu, Type 212'nin daha uzun süre su altında kalmasını sağlar ve tespit edilmesini zorlaştırır. Yakıt hücreli denizaltıların tasarımı, üretimi ve bakımı nükleer güçle çalışan denizaltılardan daha kolaydır.

trenler

Mart 2015'te China South Rail Corporation (CSR), dünyanın ilk hidrojen yakıt hücreli tramvayını Qingdao'daki bir montaj tesisinde sergiledi. Çin'in yedi şehrinde yeni araç için 83 millik raylar inşa edildi. Çin, tramvay hatlarını 1.200 milden fazla artırmak için önümüzdeki beş yıl içinde 200 milyar yuan (32 milyar $) harcamayı planlamıştı.

2016 yılında Alstom , hidrojen yakıt hücreleriyle çalışan bölgesel bir tren olan Coradia iLint'i piyasaya sürdü . Dolu bir hidrojen deposuyla saatte 140 kilometreye (87 mph) ulaşmak ve 600-800 kilometre (370-500 mi) seyahat etmek üzere tasarlandı. 2018 yılında Almanya'da hizmete giren trenin 2019'dan itibaren Hollanda'da test edilmesi bekleniyor.

İsviçreli üretici Stadler Rail , Arrow demiryolu projesinin bir parçası olarak 2024 yılında ABD'de bir hidrojen yakıt hücreli treni olan FLIRT H2 trenini tedarik etmek için Kaliforniya'da bir sözleşme imzaladı .

Kamyonlar

Hyundai Xcient Fuel Cell, Winterthur , İsviçre

2020'de Hyundai , XCIENT model adı altında hidrojenle çalışan 34 tonluk kargo kamyonları üretmeye başladı ve araçtan 10'unun ilk sevkiyatını İsviçre'ye yaptı. Dolu bir depoyla 400 kilometre (250 mil) seyahat edebilirler ve doldurmaları 8 ila 20 dakika sürer.

2020'de Daimler, 2023'ten itibaren üretilmesi beklenen Mercedes-Benz GenH2 sıvı hidrojen konseptini duyurdu.

hidrojen altyapısı

Eberle ve Rittmar von Helmolt 2010'da yakıt hücreli arabaların diğer teknolojilerle rekabet edebilmesinden önce zorlukların devam ettiğini belirttiler ve ABD'de kapsamlı bir hidrojen altyapısının eksikliğine atıfta bulundular : Temmuz 2020 itibariyle, ABD'de halka açık 43 hidrojen yakıt ikmali istasyonu vardı. 41'i Kaliforniya'da bulunuyordu. 2013 yılında Vali Jerry Brown , 100 istasyona kadar inşa etmek için 10 yıl boyunca yılda 20 milyon dolarlık bir fon sağlayan AB 8'i imzaladı. 2014 yılında, Kaliforniya Enerji Komisyonu 28 istasyon inşa etmek için 46,6 milyon dolar fon sağladı.

Japonya ilk ticari hidrojen yakıt istasyonunu 2014 yılında aldı. Mart 2016 itibariyle Japonya'nın 80 hidrojen yakıt istasyonu vardı ve Japon hükümeti 2020 yılına kadar bu sayıyı 160'a çıkarmayı hedefliyor. Mayıs 2017'de Japonya'da 91 hidrojen yakıt istasyonu vardı. Almanya, Temmuz 2015'te 18 kamu hidrojen yakıt istasyonuna sahipti. Alman hükümeti bu sayıyı 2016'nın sonuna kadar 50'ye çıkarmayı umuyordu, ancak Haziran 2017'de yalnızca 30'u açıktı.

Kodlar ve standartlar

Birleşmiş Milletler'in tekerlekli araçlara yönelik küresel teknik düzenlemeleri altında , özellikle hidrojen kullanımıyla ilgili olarak, mühendislik ve genel bütünlük, performans, güvenlik, parça yaşam döngüsü ve diğer çeşitli kategorileri tanımlayan uluslararası standartlar vardır. Bu düzenlemelerin dikkate değer bir alanı, tipik olarak 15 yıl veya daha az kullanımda nitelikli hizmet ömrünün sonuna ulaşan sıkıştırılmış hidrojen depolama sistemleriyle ilgilidir.

ABD programları

2003 yılında ABD Başkanı George Bush, Hidrojen Yakıt Girişimi'ni (HFI) önerdi. HFI, yakıt hücreli araçların ticari tanıtımını hızlandırmak için hidrojen yakıt hücrelerini ve altyapı teknolojilerini daha da geliştirmeyi amaçladı. 2008 yılına kadar ABD bu projeye 1 milyar dolar katkıda bulunmuştur. 2009'da, zamanın ABD Enerji Bakanı Steven Chu , hidrojen araçlarının "önümüzdeki 10 ila 20 yıl içinde pratik olmayacağını" iddia etti. Ancak 2012'de Chu, yakıt hücreli arabaları, doğal gaz fiyatları düştüğü ve hidrojen reform teknolojilerinin geliştiği kadar ekonomik olarak daha uygun gördüğünü belirtti. Haziran 2013'te Kaliforniya Enerji Komisyonu , hidrojen yakıt istasyonları için 18.7 milyon dolar verdi. 2013'te Vali Brown, 100 istasyona kadar 10 yıl boyunca yılda 20 milyon dolarlık bir fon sağlayan AB 8'i imzaladı. 2013'te ABD DOE, "gelişmiş hidrojen depolama sistemlerinin sürekli geliştirilmesi" için 4 milyon dolara kadar planlandığını duyurdu. 13 Mayıs 2013'te Enerji Bakanlığı , ABD'de hidrojen altyapısını geliştirmeye odaklanan H2USA'yı başlattı .

Maliyet

2010 yılına kadar, yakıt hücresi teknolojisindeki gelişmeler, yakıt hücreli elektrikli araçların boyutunu, ağırlığını ve maliyetini azalttı. 2010 yılında, ABD Enerji Bakanlığı (DOE), otomobil yakıt hücrelerinin maliyetinin 2002'den bu yana %80 düştüğünü ve bu tür yakıt hücrelerinin, yüksek hacimli üretim maliyet tasarrufları varsayılarak potansiyel olarak 51 $/kW'a ​​üretilebileceğini tahmin etti. Yakıt hücreli elektrikli araçlar, "yakıt ikmali arasında 250 milden fazla sürüş menzili" ile üretilmiştir. 5 dakikadan daha kısa sürede yakıt ikmali yapılabilir. Konuşlandırılan yakıt hücreli otobüsler, dizel otobüslere göre %40 daha yüksek yakıt ekonomisine sahiptir. EERE'nin Yakıt Pili Teknolojileri Programı, 2011 itibariyle, yakıt hücrelerinin tam güçte %42 ila %53 yakıt hücreli elektrikli araç verimliliğine ve %10'dan daha az voltaj düşüşüyle ​​75.000 milin üzerinde bir dayanıklılığa ulaştığını iddia ediyor. 2006. 2012'de Lux Research, Inc., "Sermaye maliyetinin... evlat edinmenin 2030'a kadar yalnızca 5,9 GW ile sınırlanacağı" sonucuna varan bir rapor yayınladı ve "niş uygulamalar dışında evlat edinme için neredeyse aşılmaz bir engel" sağladı. Lux'ın analizi, 2030 yılına kadar PEM sabit yakıt hücresi uygulamalarının 1 milyar dolara ulaşacağı ve yakıt hücreli forkliftler dahil araç pazarının toplam 2 milyar dolara ulaşacağı sonucuna vardı .

Çevresel Etki

Yakıt hücreli araçların çevresel etkisi, hidrojenin üretildiği birincil enerjiye bağlıdır. Yakıt hücreli araçlar, yalnızca hidrojen yenilenebilir enerji ile üretildiğinde çevreye zararsızdır . Bu durumda, yakıt hücreli arabalar fosil yakıtlı arabalardan daha temiz ve daha verimlidir. Ancak çok daha az enerji tüketen akülü elektrikli araçlar kadar verimli değiller . Genellikle bir yakıt hücreli araba, akülü bir elektrikli arabadan 2,4 kat daha fazla enerji tüketir, çünkü hidrojenin elektrolizi ve depolanması, bir aküyü doğrudan yüklemek için elektrik kullanmaktan çok daha az verimlidir.

2009 itibariyle, motorlu taşıtlar ABD'de tüketilen petrolün çoğunu kullandı ve ABD'de karbon monoksit emisyonlarının %60'ından fazlasını ve sera gazı emisyonlarının yaklaşık %20'sini üretti, ancak hidrokraking için hidrojen üretimi benzin üretiminde kullanılan şef endüstriyel kullanımları arasında filo genelindeki sera gazı emisyonlarının yaklaşık %10'undan sorumluydu. Buna karşılık, saf hidrojenle çalışan bir araç , yakıt hücresinde kullanılan hidrojen yalnızca yenilenebilir enerji kullanılarak üretilmedikçe hidrojen üretimi kirleticiler yaratacak olsa da, esas olarak su ve ısı üreten az sayıda kirletici yayar.

2005 yılında kuyudan-Tekerlekler analizi, DOE üretilen hidrojen ile, bu yakıt hücresi elektrikli araçlar tahmin doğal gaz , yaklaşık% 55 emisyonlarına neden olur CO 2 içten yanmalı motorlu araçların mil başına daha az emisyon yaklaşık% 25'i daha hibrid araçlar . 2006 yılında Ulf Bossel, hidrojeni doğal bileşiklerden (su, doğal gaz, biyokütle) izole etmek, hafif gazı sıkıştırma veya sıvılaştırma yoluyla paketlemek, enerji taşıyıcısını kullanıcıya aktarmak için gereken büyük miktardaki enerjinin artı yakıt hücreleri ile faydalı elektriğe dönüştürülür, pratik kullanım için yaklaşık %25 bırakır." Transport Revolutions: Moving People and Freight Without Oil (2010) kitabının yazarlarından Richard Gilbert, benzer şekilde, hidrojen gazı üretmenin bazı Daha sonra yakıt pillerinde hidrojen tekrar elektriğe dönüştürülerek enerji alınır. "'Bu, başlangıçta mevcut olan enerjinin sadece dörtte birinin elektrik motoruna ulaştığı anlamına gelir'... Dönüşümdeki bu tür kayıplar yok' Örneğin, Nissan Leaf veya Chevy Volt gibi bir elektrikli aracı (EV) bir duvar prizinden şarj etmeye karşı iyi bir performans sergiliyor". ry, yenilenebilir H2 yollarının çok daha büyük sera gazı faydaları sunduğunu belirtiyor. Bu sonuç yakın zamanda doğrulandı. 2010 yılında, bir ABD DOE Well-to-Wheels yayını, yakıt ikmal istasyonunda hidrojeni 6.250 psi'ye (43.1 MPa) sıkıştırmaya yönelik tek adımın verimliliğinin %94 olduğunu varsayıyordu . Stanford Üniversitesi ve Münih Teknik Üniversitesi'ndeki bilim adamları tarafından Energy dergisinin Kasım sayısında 2016 yılında yapılan bir araştırma, yerel hidrojen üretimini varsaysak bile, "tamamen elektrikli akülü araçlara yatırım yapmanın karbondioksit emisyonlarını azaltmak için daha ekonomik bir seçim olduğu sonucuna varmıştır. öncelikle daha düşük maliyetleri ve önemli ölçüde daha yüksek enerji verimliliği nedeniyle."

eleştiri

2008'de, Electrochemical Society dergisi Interface'de profesör Jeremy P. Meyers, "Yakıt hücreleri yanmalı motorlara göre verimli olsa da, öncelikle oksijen indirgeme reaksiyonunun verimsizliği nedeniyle piller kadar verimli değiller. ... [T] şebekeden bağlantısız çalışma için veya yakıt sürekli olarak sağlanabildiğinde en mantıklı olanıdır.Sık ve nispeten hızlı başlatma gerektiren uygulamalar için ... sıfır emisyonun gerekli olduğu yerlerde, örneğin kapalı alanlarda olduğu gibi ve hidrojenin kabul edilebilir bir reaktan olarak kabul edildiği yerlerde, bir [PEM yakıt hücresi] [akülerin değiştirilmesi uygun değilse] giderek daha çekici bir seçim haline geliyor". Bununla birlikte, otomobiller için yakıt hücrelerinin pratik maliyeti, üretim hacimleri ölçek ekonomilerini ve iyi gelişmiş bir tedarik zincirini birleştirene kadar yüksek kalacaktır. O zamana kadar, maliyetler, DOE hedeflerinden kabaca bir büyüklük sırası daha yüksektir.

Yine 2008'de Wired News , "uzmanlar, hidrojenin benzin tüketimi veya küresel ısınma üzerinde anlamlı bir etkisi olmasının 40 yıl veya daha fazla olacağını söylüyor ve bu kadar uzun süre beklemeyi göze alamayız. Bu arada, yakıt hücreleri yön değiştiriyor. daha acil çözümlerden kaynaklar." Economist dergisi 2008'de Energy Victory'nin yazarı Robert Zubrin'den alıntı yaparak şunları söyledi: "Hidrojen 'olabilecek en kötü araç yakıtıdır'". Dergi, çoğu hidrojenin buhar reformasyonu yoluyla üretildiğini ve bunun da en az günümüzün bazı benzinli arabaları kadar mil başına karbon emisyonu oluşturduğunu kaydetti. Öte yandan, hidrojen yenilenebilir enerji kullanılarak üretilebilseydi, "bu enerjiyi tamamen elektrikli veya plug-in hibrit araçların pillerini şarj etmek için kullanmak kesinlikle daha kolay olurdu." Los Angeles Times , 2009 yılında yazdığı, "Nereden bakarsanız bakın, hidrojen arabaları taşımak için berbat bir yoldur." Washington Post , Kasım 2009'da, "Elektrik enerjisi zaten her yerde prizlerden emilmeyi beklerken, enerjiyi hidrojen şeklinde depolamak ve daha sonra bu hidrojeni bir motor için elektrik üretmek için kullanmak ister miydiniz?" diye sordu. Amerika ve oto akülerinde saklanıyor...?"

Motley Fool 2013'te "taşıma, depolama ve en önemlisi üretimle ilgili [hidrojen arabaları için] hala maliyeti engelleyen engeller olduğunu" belirtti. Volkswagen'den Rudolf Krebs 2013'te "Arabaları ne kadar mükemmel yaparsanız yapın, fizik yasaları genel verimliliklerini engeller. Enerjiyi mobiliteye dönüştürmenin en verimli yolu elektriktir" dedi. Şunları detaylandırdı: "Hidrojen hareketliliği yalnızca yeşil enerji kullanırsanız mantıklıdır", ancak ... önce onu "düşük verimlilikle" hidrojene dönüştürmeniz gerekir, burada "başlangıçtaki enerjinin yaklaşık yüzde 40'ını kaybedersiniz". Daha sonra hidrojeni sıkıştırmalı ve daha fazla enerji kullanan tanklarda yüksek basınç altında saklamalısınız. "Ve sonra, başka bir verimlilik kaybı olan bir yakıt hücresindeki hidrojeni tekrar elektriğe dönüştürmeniz gerekiyor". Krebs şöyle devam etti: "sonunda, orijinal yüzde 100 elektrik enerjinizden yüzde 30 ila 40 ile sonuçlanıyorsunuz."

2014 yılında, elektrikli otomotiv ve enerji fütüristi Julian Cox, gerçek dünyadaki hidrojen yakıt hücreli araçlar ve ABD DOE'nin uzun vadeli NREL FCV çalışmasına kayıtlı test deneklerinden toplanan rakamlarla, EPA kombine çevrim sürüşlü mil, kuyudan tekere başına üretilen emisyonları hesapladı. . Rapor, pazarlamacıların, doğal gazdan hidrojen üretiminin emisyon yoğunluğu nedeniyle eşdeğer geleneksel benzinli hibritlerin aktarma organları ve hatta eşdeğer aktarma organı performansına sahip sıradan küçük motorlu arabalar üzerinde hidrojen yakıt hücrelerinin doğal faydalarına ilişkin iddialarını çürüten resmi verileri sundu. . Rapor, sıradan bir elektrikli araçta elektriğin doğrudan kullanımı ile karşılaştırıldığında, hidrojen yakıt hücrelerinin hidrojene ve hidrojenden dönüşüm kayıpları nedeniyle yenilenebilir kilometre üzerindeki maliyet tetikleyici etkisi nedeniyle hidrojen üretiminde devam eden metan kullanımının ekonomik kaçınılmazlığını gösterdi. Analiz, hidrojen yakıt hücrelerinin tanıtımına dahil olan araç üreticilerinin pazarlama iddialarıyla çelişiyor. Analiz, hidrojen yakıt pilleriyle ilgili kamu politikasının, daha düşük maliyetli ve önceden mevcut olan emisyon azaltma teknolojilerinin seçimlerini doğru bir şekilde yansıtmayan çok büyük, çok eski veya çok yüksek güçlü benzinli araçlarla yanlış eşdeğerliklerle yanlış yönlendirildiği sonucuna varmıştır. tüketicilere sunulan daha yeni araç seçenekleri. Cox, 2014'te metandan hidrojen üretmenin "birim enerji başına kömürden önemli ölçüde daha fazla karbon yoğun olduğunu yazdı. Çevresel olarak sürdürülebilir bir enerji yolu için şeyllerin hidrolik kırılmasıyla fosil hidrojeni karıştırmak, küresel çabaları sulandıracak ve potansiyel olarak rayından çıkaracak enerji politikalarını teşvik etmekle tehdit ediyor. Yatırımları yönlendirme ve ekonomik olarak yenilenebilir enerjiyle uyumlu araç teknolojilerine odaklanma riski nedeniyle iklim değişikliğine kafa tutmak." Business Insider 2013'te şu yorumu yaptı:

Saf hidrojen endüstriyel olarak elde edilebilir, ancak enerji gerektirir. Bu enerji yenilenebilir kaynaklardan gelmiyorsa, yakıt hücreli arabalar göründükleri kadar temiz değildir. ... Bir diğer zorluk da altyapı eksikliği. Benzin istasyonlarının FCEV'ler pratik hale gelmeden önce hidrojen tanklarına yakıt ikmali yapma yeteneğine yatırım yapması gerekiyor ve bugün yolda çok az müşteri varken birçoğunun bunu yapması pek olası değil. ... Altyapı eksikliğini birleştirmek, teknolojinin yüksek maliyetidir. Yakıt hücreleri "hala çok, çok pahalı".

2014 yılında, eski Enerji Departmanı yetkilisi Joseph Romm , FCV'lerin şu sorunları hala aşamadığını belirten üç makale yazdı: araçların yüksek maliyeti, yüksek yakıt maliyeti ve yakıt dağıtım altyapısı eksikliği. “Önümüzdeki on yıllarda tüm bu sorunların aynı anda üstesinden gelmek için birkaç mucize gerekecek” dedi. Ayrıca, doğal gaz ekstraksiyonu sırasında ve hidrojen üretimi sırasında kaçan metan nedeniyle "FCV'ler yeşil değil" dedi. Yenilenebilir enerjinin "şimdi veya gelecekte" bir FCV filosu için hidrojen üretmek için ekonomik olarak kullanılamayacağı sonucuna vardı. GreenTech Media'nın analisti 2014'te benzer sonuçlara ulaştı. 2015'te Clean Technica , Car Throttle'ın yaptığı gibi hidrojen yakıt hücreli araçların bazı dezavantajlarını sıraladı . Başka bir Clean Technica yazarı, "hidrojenin enerji depolama (özellikle mevsimsel depolama) dünyasında oynayacak bir rolü olsa da, ana akım araçlar söz konusu olduğunda çıkmaz bir yol gibi görünüyor" sonucuna varmıştır.

Green Car Reports'ta yayınlanan bir 2017 analizi , en iyi hidrojen yakıt hücreli araçların "mil başına bir elektrikli araçtan üç kat daha fazla elektrik tükettiğini ... diğer güç aktarma teknolojilerinden daha fazla sera gazı emisyonu ürettiğini ... [ve] çok yüksek yakıt maliyetleri... Yeni altyapı için tüm engeller ve gereksinimler göz önüne alındığında (maliyetin 400 milyar dolar olduğu tahmin ediliyor), yakıt hücreli araçların ABD petrol tüketimi üzerinde çok az etkisi olan en iyi ihtimalle niş bir teknoloji olduğu görülüyor. 2017'de Forbes'te yazan Michael Barnard, hidrojen yakıt hücreli arabaların devam eden dezavantajlarını sıraladı ve "2008 yılına kadar, hidrojenin araçlar için bir enerji depolaması olarak pil teknolojisinden daha düşük olduğu ve olacağı çok açıktı. [B]y 2025, son duraklamalar muhtemelen yakıt hücresi hayallerini emekliye ayırıyor olmalı. ”

Real Engineering tarafından 2019 yılında yayınlanan bir video, hidrojenin otomobiller için yakıt olarak kullanılmasının ulaşımdan kaynaklanan karbon emisyonlarını azaltmaya yardımcı olmadığını belirtti. Halen fosil yakıtlardan üretilen hidrojenin %95'i karbondioksit salıyor ve sudan hidrojen üretmek enerji tüketen bir süreç. Hidrojenin depolanması ya sıvı hale soğutulması ya da yüksek basınç altında tanklara konulması için daha fazla enerji gerektirir ve hidrojenin akaryakıt istasyonlarına verilmesi daha fazla enerji gerektirir ve daha fazla karbon salabilir. Bir FCV'yi bir kilometre taşımak için gereken hidrojen, bir BEV'yi aynı mesafeye taşımak için gereken elektriğin yaklaşık 8 katına mal olur. Yine 2019'da Honda Avrupa başkanı Katsushi Inoue, "Şu anda odak noktamız hibrit ve elektrikli araçlar. Belki hidrojen yakıt hücreli arabalar gelecek, ama bu gelecek çağın teknolojisi." 2020 yılında yapılan bir değerlendirme, hidrojenli araçların hala yalnızca %38 verimli olduğu, akülü elektrikli araçların ise %80 verimli olduğu sonucuna varmıştır.

Ayrıca bakınız


Notlar

Referanslar

Carr. "Güç ve zafer: Enerjinin geleceği hakkında özel bir rapor", sayfa 11. The Economist , 2008.

Dış bağlantılar