Autojen ajaminen vedyllä: katsaus Intian kansalliseen vetytehtävään

Intia on ilmoittanut National Hydrogen Mission, joka laatii etenemissuunnitelman vedyn käyttämiseksi energialähteenä. Aloiteella on potentiaalia muuttaa liikennettä.

Toyotan uudistettu vetypolttokenno-auto Mirai, jossa konepellin alla on konepaja, esillä sen lanseeraustapahtumassa Tokiossa joulukuussa 2020. (Kuva: Reuters)

Perinteisesti hidas liikkuja rajalla sähköajoneuvojen (EV) teknologioissa, Intia on saavuttanut epätavallisen aikaisessa kilpailussa universumin runsaimman elementin, vedyn, energiapotentiaalin. Alle neljä kuukautta sen jälkeen, kun Yhdysvaltain energiaministeriö ilmoitti investoivansa jopa 100 miljoonaa dollaria vedyn tuotantoon ja polttokennoteknologian tutkimukseen ja kehittämiseen, Intia on ilmoittanut National Hydrogen Mission -operaatiosta.

Budjettiehdotusta seuraa seuraavien parin kuukauden aikana tehtäväluonnos – etenemissuunnitelma vedyn käyttämiseksi energialähteenä, jossa keskitytään erityisesti vihreään vetyyn ja joka yhdistää Intian kasvavan uusiutuvan energian vetytalouden, hallituksen virkamiehet ilmoittivat. .

Ja vaikka ehdotettuja loppukäyttösektoreita ovat teräs ja kemikaalit, tärkein teollisuus, jonka vety voi muuttaa, on liikenne – joka muodostaa kolmanneksen kaikista kasvihuonekaasupäästöistä ja jossa vedyn katsotaan korvaavan suoraan fossiilisten polttoaineiden. erityiset edut perinteisiin sähköautoihin verrattuna.

Kourallinen liikkuvuuteen liittyviä pilotteja on jo käynnissä.

Delhistä tuli lokakuussa ensimmäinen intialainen kaupunki, joka liikennöi vetypiikillä painetulla maakaasulla (H-CNG) toimivia busseja kuuden kuukauden pilottiprojektissa. Bussit käyttävät Indian Oil Corpin patentoimaa uutta teknologiaa H-CNG:n (18 prosenttia CNG:ssä) tuottamiseen suoraan maakaasusta turvautumatta tavanomaiseen sekoitukseen.

Power major NTPC Ltd harjoittaa pilottia 10 vetypolttokennopohjaisen sähköbussin ja polttokennokäyttöisen sähköauton käyttämiseksi Lehissä ja Delhissä, ja harkitsee vihreän vedyn tuotantolaitoksen perustamista Andhra Pradeshiin.

IOC suunnittelee myös Faridabadiin tutkimus- ja kehityskeskukseensa perustavansa erillisen yksikön tuottamaan vetyä linja-autojen käyttöä varten.

Sääntelykehyksenä tieliikenne- ja moottoritieministeriö antoi viime vuoden lopulla ilmoituksen, jossa ehdotettiin muutoksia vuoden 1989 moottoriajoneuvojen keskussääntöihin, jotta niihin sisällytettäisiin turvallisuuden arviointistandardit vetypolttokennopohjaisille ajoneuvoille.

Miksi vety – ja sen tyypit

Vedyn potentiaalilla puhtaana polttoaineen lähteenä on lähes 150 vuoden historia. Vuonna 1874 tieteiskirjailija Jules Verne esitti salaperäisessä saaressa ennakoivan näkemyksen – maailmasta, jossa vettä käytetään jonakin päivänä polttoaineena, että vety ja happi, jotka muodostavat sen, yksittäin tai yhdessä käytettynä, tarjoavat ehtymättömän lähteen lämpöä ja valoa, jonka intensiteettiä hiili ei pysty.

Vuonna 1937 saksalainen matkustaja-ilmalaiva LZ129 Hindenburg käytti vetypolttoainetta lentääkseen Atlantin yli, mutta räjähti sitten telakoituessaan laivaston lentoasemalle Lakehurstissa New Jerseyssä ja tappoi 36 ihmistä. 1960-luvun lopulla vetypolttokennot auttoivat saamaan virtaa NASAn Apollo-lennoille kuuhun.

1970-luvun öljyn hintasokkien jälkeen mahdollisuutta fossiilisten polttoaineiden korvaamiseen vedyllä alettiin pohtia vakavasti. Kolme autonvalmistajaa – japanilainen Honda ja Toyota sekä eteläkorealainen Hyundai – ovat sittemmin siirtyneet päättäväisesti teknologian kaupallistamisen suuntaan, vaikkakin rajoitetussa mittakaavassa.

Yleisintä luonnon elementtiä ei löydy vapaasti. Vetyä on vain yhdistettynä muihin alkuaineisiin, ja se on uutettava luonnossa esiintyvistä yhdisteistä, kuten vedestä (joka on kahden vetyatomin ja yhden happiatomin yhdistelmä). Vaikka vety on puhdas molekyyli, sen uuttamisprosessi on energiaintensiivinen.

Lähteet ja prosessit, joilla vetyä saadaan, on luokiteltu värivälilehtien mukaan. Fossiilisista polttoaineista tuotettua vetyä kutsutaan harmaaksi vedyksi; tämä muodostaa suurimman osan nykyään tuotetusta vedystä. Fossiilisista polttoaineista hiilidioksidin talteenotto- ja varastointimahdollisuuksilla tuotettua vetyä kutsutaan siniseksi vedyksi; kokonaan uusiutuvista energialähteistä tuotettua vetyä kutsutaan vihreäksi vedyksi. Viimeisessä prosessissa uusiutuvalla energialla tuotettua sähköä käytetään veden jakamiseen vedyksi ja hapeksi.

Vihreän vedyn tapaus

Vihreällä vedyllä on erityisiä etuja. Ensinnäkin se on puhtaasti palava molekyyli, joka voi poistaa hiilidioksidin useilta aloilta, mukaan lukien rauta ja teräs, kemikaalit ja kuljetus. Toiseksi uusiutuva energia, jota verkko ei voi varastoida tai käyttää, voidaan ohjata tuottamaan vetyä.

Tätä tavoittelee hallituksen vuosina 2021-2022 käynnistettävä vetyenergiamissio. Intian sähköverkko on pääosin kivihiilipohjainen ja tulee olemaan sitä jatkossakin, mikä tekee tyhjäksi laajamittaisen sähköajoneuvojen työntösyötön – sillä hiiltä on poltettava näiden ajoneuvojen käyttövoiman saamiseksi. Useissa sähköajoneuvoihin siirtyneissä maissa suuri osa sähköstä tuotetaan uusiutuvilla energialähteillä – esimerkiksi Norjassa se on 99 prosenttia vesivoimalla. Asiantuntijat uskovat, että vetykäyttöiset ajoneuvot voivat olla erityisen tehokkaita pitkän matkan rekkaliikenteessä ja muilla vaikeasti sähköistettävillä aloilla, kuten laivaliikenteessä ja pitkän matkan lentoliikenteessä. Raskaiden akkujen käyttäminen näissä sovelluksissa olisi haitallista etenkin Intian kaltaisille maille, joissa sähköverkko on pääosin hiilikäyttöinen.

Kuinka vetypolttokennot toimivat

Erityisesti Etelä-Korea ja Japani ovat keskittyneet siirtämään automarkkinoitaan vetyyn ja polttokennon potentiaaliin. Mikä on polttokenno?

Vety on energian kantaja, ei energianlähde. Vetypolttoaine on muutettava sähköksi laitteella, jota kutsutaan polttokennopinoksi, ennen kuin sitä voidaan käyttää auton tai kuorma-auton voimanlähteenä. Polttokenno muuntaa kemiallista energiaa sähköenergiaksi käyttämällä hapettavia aineita hapetus-pelkistysreaktion kautta. Polttokennopohjaiset ajoneuvot yhdistävät yleisimmin vetyä ja happea tuottamaan sähköä koneen sähkömoottorin käyttämiseksi. Koska polttokennoajoneuvot käyttävät sähköä, niitä pidetään sähköajoneuvoina.

Jokaisen yksittäisen polttokennon sisällä vedetään paineistetusta säiliöstä ja saatetaan reagoimaan katalyytin kanssa, joka on yleensä valmistettu platinasta. Kun vety kulkee katalyytin läpi, siitä poistetaan elektronit, jotka pakotetaan liikkumaan ulkoista piiriä pitkin tuottaen sähkövirtaa. Sähkömoottori käyttää tätä virtaa ajoneuvon tehonlähteenä, ja ainoa sivutuote on vesihöyry.

Vetypolttokennoautojen hiilijalanjälki on lähes nolla. Vety on noin kaksi tai kolme kertaa tehokkaampaa kuin bensiinin polttaminen, koska sähköinen kemiallinen reaktio on paljon tehokkaampi kuin palaminen.

LIITY NYT :Express Explained Telegram -kanava

FCEV:t ja muut sähköautot

Sähköajoneuvot (EV) jaetaan tyypillisesti neljään laajaan luokkaan:

* Perinteisissä hybridisähköajoneuvoissa tai HEV-autoissa, kuten Toyota Camry, yhdistyvät perinteinen polttomoottorijärjestelmä sähköiseen käyttövoimajärjestelmään, mikä johtaa hybridiajoneuvon voimansiirtoon, joka vähentää merkittävästi polttoaineen kulutusta. Perinteisen hybridin sisäinen akku latautuu, kun IC-moottori käyttää voimansiirtoa.

* Plug-in-hybridiajoneuvoissa tai PHEV-ajoneuvoissa, kuten Chevrolet Voltissa, on myös hybridivoimansiirto, joka käyttää IC-moottoria ja sähkövoimaa käyttövoimana, jota tukevat ladattavat akut, jotka voidaan kytkeä virtalähteeseen.

* Akkukäyttöisissä sähköajoneuvoissa tai BEV-ajoneuvoissa, kuten Nissan Leaf tai Tesla Model S, ei ole polttomoottoria tai polttoainesäiliötä, ja ne toimivat täysin sähköisellä voimansiirrolla ladattavilla akuilla.

* Polttokennolliset sähköajoneuvot tai FCEV-autot, kuten Toyotan Mirai, Hondan Clarity ja Hyundain Nexo, käyttävät vetykaasua sähkömoottorin voimanlähteenä. FCEV:t yhdistävät vedyn ja hapen tuottamaan sähköä, joka pyörittää moottoria. Koska FCEV-autot toimivat kokonaan sähköllä, niitä pidetään sähköautoina, mutta toisin kuin BEV-autot, niiden toimintasäde ja tankkausprosessit ovat verrattavissa perinteisiin henkilö- ja kuorma-autoihin.

Suurin ero BEV:n ja vety-FCEV:n välillä on, että jälkimmäinen mahdollistaa vain viiden minuutin tankkausajan verrattuna 30-45 minuutin lataukseen BEV:llä. Kuluttajat saavat myös noin viisi kertaa paremman energian varastoinnin tilavuus- ja painoyksikköä kohti, mikä vapauttaa paljon tilaa muille asioille ja antaa ajajan mennä pidemmälle.

Kriittisen massan ongelma

Lupauksestaan ​​huolimatta vetyteknologiaa ei ole vielä laajennettu. Teslan toimitusjohtaja Elon Musk on kutsunut polttokennoteknologiaa hämmentävän typeräksi.

Maailmanlaajuisesti teillä oli alle 25 000 vetypolttokennoajoneuvoa vuoden 2020 lopussa; verrattuna sähköautojen määrä oli 8 miljoonaa.

Suuri este vetypolttokennoajoneuvojen käyttöönotolle on ollut huoltoasemien infrastruktuurin puute – polttokennoautot tankkaavat samalla tavalla kuin perinteiset autot, mutta eivät voi käyttää samaa asemaa. Maailmassa on tällä hetkellä alle 500 toiminnassa olevaa vetyasemaa, pääosin Euroopassa, jonka jälkeen tulevat Japani ja Etelä-Korea. Niitä on Pohjois-Amerikassa.

Turvallisuus nähdään huolenaiheena. Vety paineistetaan ja varastoidaan kryogeeniseen säiliöön, josta se syötetään alemman paineen kennoon ja saatetaan läpi sähkökemiallisen reaktion sähkön tuottamiseksi. Hyundai ja Toyota sanovat, että vetypolttoainesäiliöiden turvallisuus ja luotettavuus ovat samanlaisia ​​kuin tavallisten CNG-moottoreiden.

Teknologian laajentaminen ja kriittisen massan saavuttaminen ovat edelleen suuri haaste. Enemmän ajoneuvoja tiellä ja enemmän tukevaa infrastruktuuria voivat alentaa kustannuksia. Intian ehdotettu tehtävä nähdään askeleena tähän suuntaan.

Jaa Ystäviesi Kanssa: