Vodík a spalovací motory Jak použít vodík efektivně pro pohon vozidel? 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Fyzikální realita a ekonomika v dopravě Motivace Specifické požadavky na pohon osobních a nákladních vozidel. Jaké řešení pro pokrytí výkonu? Účinnost pohonového řetězce (tank-to-wheels, tank-to-user) při použití H2 pro ICE a FC; zlepšení? Emise a provozní problémy. Cena paliva (well-to-tank), skladovacího systému na vozidle a pohonového řetězce. Výhled 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Fyzikální realita a ekonomika v dopravě: Motivace pro výzkum Omezené čerpání neobnovitelných zdrojů energie a surovin. Snížení závislosti na dovozu primárních zdrojů energie při rozumných negativních ekonomických dopadech. Snížení globální emisní zátěže skleníkovými plyny. Zvýšení konkurenceschopnosti automobilů EU na světovém trhu po prosazení emisních limitů. Snížení lokální emisní zátěže. „Technology neutral approach“ vybízí politiky k formulaci okrajových podmínek, techniky k jejich řešení (soutěž) Nutnost holistického přístupu – problém není možné dělit do dílčích pro nalezení optimálního řešení. 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Specifické požadavky na pohon osobních a nákladních vozidel neustálený provoz odpory valení a zrychlení závislé na hmotnosti vozidla výkonová rezerva pro zrychlení (rozjezd, předjíždění a stoupání) 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Specifické požadavky na pohon osobních a nákladních vozidel neustálený provoz; osobní vozidla – užitečný náklad podstatně menší než vlastní hmotnost vozidla; požadavek na vysokou průměrnou rychlost, tedy rychlé akcelerace a rychlé brzdění – výkonově předimenzovaný pohon; nákladní vozidla – podstatný je užitečný náklad - požadavek na vysoké využití instalovaného výkonu. 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Specifické požadavky na pohon osobních a nákladních vozidel neustálený provoz; odpory valení a zrychlení závislé na hmotnosti vozidla; osobní vozidla citlivá na hmotnost pohonového agregátu a zásoby paliva (nutno posoudit ne podle výhřevnosti, ale podle energetického obsahu nádrže vztaženého na její hmotnost MJ/kg); přerušované nároky na výkon vyžadují velkou pružnost uvolňování energie z nádrže na kola; klimatická přizpůsobivost – topení, studený start. 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Účinnost pohonového řetězce se spalovacím motorem Závisí na výsledné účinnosti motoru podle využití jednotlivých režimů vážených výkonem – ztráty mají charakter spíše paralelního (svodového) vnitřního odporu. Příklad pro SI; CI od 40%. Stop-and-go je možnost i nutnost, i když omezení v zimě. Hybridní pohony existují, využívají zvýšení zatížení motoru ke zvýšení jeho účinnosti a vedle toho mohou rekuperovat. Účinnost akumulace je 60-70% Cena! 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Účinnost pohonového řetězce se spalovacím motorem Vlastní výzkum VCJB (experimenty TU v Liberci, simulace FS ČVUT v Praze); 90 g/kW/=28% na kolech; Poloha fronty plamene, měrná indikovaná spotřeba paliva, emise NOx. 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka Palivové články Elektrochemický zdroj energie s převážně sériovým vnitřním odporem. O2 e- e- Vhodné při nízkých teplotách (cca 200°C) pro zpracování vodíku, snad i metanolu. Vysoká účinnost při nízké zátěži. H2 O Pt katalyzátor Pt katalyzátor H+ H Protonově propustná membrána (PEM) H2O 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Výhledy palivových článků Objem i hmotnost několikanásobně vyšší než u spalovacího motoru. Lze přizpůsobit prostoru v zástavbě. Dílčí problémy s přechodovými režimy (akcelerací), provozem za mrazu. 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka Účinnost pohonového řetězce s palivovým článkem PEM zdroj: ERTRAC FURORE 2005 Ztráty FC mají charakter spíše sériového vnitřního odporu. Předimenzovaný článek pro pokrytí akcelerace je drahý, těžký a rozměrný. Hybridní řešení zatěžuje článek stále Účinnost akumulace je 60-70% 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Účinnost pohonového řetězce (tank-to-wheels, tank-to-user) neustálený provoz; odpory valení a zrychlení závislé na hmotnosti vozidla - roste s elektrickým přenosem, FC a hybridním uspořádáním; využití instalovaného výkonu zvyšuje účinnost u ICE, snižuje u FC; elektrický přenos výkonu pro FC (účinnost <85%); ztráty „odporu“ zrychlení (stoupání, akcelerace vozidla) rekuperovatelné (brzdění, klesání) v hybridním uspořádání; výhodné pro osobní vozidla tam, kde elektrický přenos hybrid má větší hmotnost a účinnost rekuperace < 70% 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Emise (emissions-to-wheels, emissions-to-user) Provozní problémy Zvýšená vlhkost dopravně zatížených tras zatím neposouzena. Palivové články jinak bez problémů. Spalovací motory jsou na podstatně příznivější cenové úrovni (vyšší než dnes o cca 50%) emisní problémy vyřešit; SRC, DPF, DOC atp. pro CI-“HCCI“, totéž pro SI – DI a CAI. Provoz (pohotovost, vliv mrazu, vyvážená akumulace energie) zatím vyřešen pro ICE, i když ani tam nejsou nové koncepce bez problémů 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Cena paliva well-to-tank a pořizovací náklady tank-to-wheels Cena paliva (well-to-tank), skladovacího systému na vozidle a pohonového řetězce závisí na výrobních nákladech; nákladech na skladování a distribuci: kapalný H2 při vztažení na zdroj jaderné energie spotřebuje na zkapalnění cca 70-80% ekvivalentu své výhřevnosti, při stlačení cca 30-40%; daňovém zatížení; motorová paliva dnes se spotřební daní! odpisy infrastruktury zatíží náběhové ceny, pokud nebudou kompenzovány např. fiskálně. 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka Cena paliva– srovnání ceny paliva a emise CO2 2 1,8 H2 Elec.EU H2 Elec.France 1,6 H2 ex biomass Tax in Europe 1,4 1,2 Euro / litre equivalent diesel H2 ex NG 1 EtOH France 0,8 EV UE FAME France 0,6 DME 0,4 Diesel Ft ex NG CNG EU LPG EtOH Brazil 0,2 Diesel EU Gasoline EU 50 100 150 200 250 WTW CO2 (g/km) 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka Výhled I – zdroj výkonu na vozidle 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka Výhled II – pohonový řetězec a příslušenství 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka Závěr Přechod na vodík je účelný při nutnosti akumulovat energii pro dopravu vyrobenou stacionárním zdrojem (jaderným, solárním, větrným, vodním,...) FC není jednoznačné řešení (cena a výkon) Pro FC nutnost hybridizace, ICE+FC Pro ICE možnost přídavku H2 k palivu atp.) Způsob ukládání H2 není jednoznačně vyřešen Přechod na vodíkovou infrastrukturu pomocí H2ICE + pomocných pohonů FC se jeví jeko velmi účelný. Predikce vývoje technologií je nejistá (nejde o informatiku, ale energetiku). Proto spoléhat na evoluci je rozumně rizikové. 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka Závěr VCJB zapojeno v integrovaném projektu Roads2HyCOM (přes 30 partnerů z EU + Rusko). Nabízíme kontakty i na etapy infrastruktury, prosíme o spolupráci při zpracování jednoduchých dotazníků. 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka

Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka Děkuji za pozornost Zdroje: ACEA - Eucar Conferences 2004-2005 EARPA GA & Conferences 2004-2006 EU TP European Road Transport Advisory Board ERTRAC, 2004-2006 Environmentally Friendly Vehicle Conference, Ministry for Transport, UK 2005 Vlastní činnost VCJB: Projekt MŠMT 1M6840077002 EU IP NICE a GREEN 2004-2006 Grant GA ČR Snižování emisí CO2 27.11.2018 Jan Macek ČVUT v Praze, FS, Výzkumné centrum Josefa Božka