Marzec 2023

Fot. Tyota Mirai drugiej generacji. Źródło: toyota.pl

Pojazd napędzany wodorem.

FCV: Fuel cell vehicle (Pojazd z ogniwami paliwowymi)
FCEV: Fuel cell electric vehicle (Elektryczny pojazd z ogniwami paliwowymi)

Definicja pojazdu napędzanego wodorem. Źródło.

Definicję określa Ustawa o elektromobilności i paliwach alternatywnych DU Poz. 110 z dnia 2 grudnia 2020 r. (definicja odnosi się do Ustawy Prawo o ruchu drogowym).

Pojazd napędzany wodorem – pojazd samochodowy w rozumieniu art. 2 pkt 33 ustawy z dnia 20 czerwca 1997 r. – Prawo o ruchu drogowym, wykorzystujący do napędu energię elektryczną wytworzoną z wodoru w zainstalowanych w nim ogniwach paliwowych;

Jak działa elektryczny pojazd z ogniwami paliwowymi.

W praktyce pojazdem wodorowym jest pojazd elektryczny napędzany i ładowany przez zainstalowane na jego pokładzie ogniwa wodorowe.

Wodór (zgromadzony w specjalnych zbiornikach) i tlen (z powietrza atmosferycznego) są wprowadzane do ogniw paliwowych.

Ogniwo paliwowe składa się z anody (elektrody ujemnej), katody (elektrody dodatniej) i membrany polimerowej. Wodór jest dostarczany do ogniwa po stronie anody, gdzie zostają od niego oddzielone elektrony. W ten sposób powstają jony wodoru, które przedostają się przez membranę polimerową do katody i tam łączą się z tlenem, tworząc cząsteczki wody. Przepływ elektronów uwolnionych w tej reakcji staje się energią elektryczną, która napędza silnik.

Wodór stosowany w ogniwach paliwowych pojazdów musi spełniać standard czystości poziomu 5.0. (Czystość na poziomie 99,999% lub wyższym). Źródło.

Wodór da się również wykorzystać jako paliwo w silniku spalinowym jednak emisja spalin przy takim rozwiązaniu, nie jest całkowicie zerowa. Pojazd z takim napędem byłby pojazdem zasilanym paliwem alternatywnym (wodorem).

Film. Zasada działania ogniw paliwowych. Źródło: Toyota

Fot. Tyota Mirai drugiej generacji. Źródło: toyota.pl

W jaki sposób pozyskiwany jest wodór?

Wodór to paliwo, które może być produkowane bez śladu węglowego. Obecnie najbardziej popularne metody pozyskiwania wodoru to reforming parowy gazu ziemnego oraz elektroliza wody.

Instalacja do produkcji wodoru HGU (ang. Hydrogen Generator Unit).

Sercem HGU jest wielki piec-reformer, gdzie w 68 rurach katalitycznych, w temperaturze ok. 880°C zachodzi główna reakcja reformingu, w której z mieszaniny wsadu i pary wodnej powstaje gaz syntezowy, zawierający ok. 75% wodoru oraz tlenek węgla (CO), dwutlenek węgla (CO2) i nieprzereagowany metan.

Spaliny opuszczające reformer mają temperaturę blisko 1100°C, więc rury katalityczne muszą być wykonane z bardzo odpornego stopu niklowo-chromowego. Gaz syntezowy po schłodzeniu zostaje skierowany do reaktora, w którym z CO powstaje CO2. Na koniec gaz wodorowy zostanie oczyszczony przy użyciu technologii PSA (ang. Pressure Swing Adsorption).

Fot. Hydrogen Generator Unit Źródło: Centrum prasowe Lotos.

Wydajność

Rafineria w Gdańsku jest w stanie wytworzyć 13 ton wodoru na godzinę, podczas gdy przeciętny samochód potrzebuje nieco ponad 1 kg wodoru do przejechania stu kilometrów.

Cała instalacja spółki Lotos w ciągu godziny wytwarza tyle paliwa, ile wykorzysta jeden autobus miejski przez cały rok.

Autobusy na ogniwa paliwowe wykazują podobną funkcjonalność co konwencjonalne pojazdy. Nie wymagają długotrwałego ładowania baterii. Ich napęd stanowi mocny silnik elektryczny zasilany ogniwami paliwowymi. Lekkie zbiorniki wodoru znajdują się na dachu. Autobusy na wodór mają możliwość zasilania zewnętrznych urządzeń elektrycznych, służąc za mobilny generator prądu.

Fot. Autobus z ogniwami paliwowymi Źródło: CaetanoBus.

Elektryczny pojazd z ogniwami paliwowymi zbiorniki.

Wodór stosowany do napędu pojazdów występuje w postaci sprężonego gazu.

Wodór można skroplić w temperaturze -240,18^OC w takiej postaci służy przeważnie jako paliwo rakietowe.

Zbiorniki mają trójwarstwową konstrukcję z tworzywa sztucznego, kompozytu zbrojonego włóknem węglowym oraz włókna szklanego. Ponadto są one wyposażone w zawory bezpieczeństwa, cała instalacja jest monitorowana przez czujniki.

W samochodach sprzedawanych komercyjnie takich jak Toyota Mirai stosuje się zbiorniki wykonane z typowego włókna węglowego pokrytego warstwą polimerową (Typ IV).
Zbiorniki Toyoty pokryte są warstwą włókna szklanego, przez co wszelkie uszkodzenia na przykład po wypadku, będą widoczne. Zbiorniki te są tak zaprojektowane, aby wytrzymać 225 procent nominalnego ciśnienia pracy.

Zbiorniki ciśnieniowe podzielono na typy w zależności od ich konstrukcji oraz ciśnienia roboczego.

Zbiorniki w samochodzie osobowym (typ IV):

• Umożliwiają przechowywanie wodoru przy ciśnieniu 70 MPa (700 Bar).
• Pojemność (Mirai 2 gen) 142,2 l. (5,6 kg) w trzech zbiornikach.
• Zasięg około 550 km.

Zbiorniki stosowane w autobusach (Typ III lub IV):

• Umożliwiają przechowywanie wodoru przy ciśnieniu 35 MPa (350 Bar).
• Pojemność (Autobus H2.City Gold) 5x 312 l. (37,5 kg).
• Zasięg ponad 400 km.

Testuje się obecnie zbiorniki (typ V) projektowane na ciśnienie 100 Mpa (1000 Bar).

Fot. Hyundai NEXO zasilany wodorowymi ogniwami paliwowymi. Źródło: hyundai.com

Fot. Zbiornik na wodór Toyota. Źródło: toyota.pl

Fot. Zbiornik na wodór Toyota. Źródło: toyota.pl

Badania zbiorników:

Zbiorniki wodoru zamontowane na stałe w pojazdach samochodowych podlegają okresowej kontroli co 1 rok.

Obowiązek ten wynika z Poz. 1465 z 2014 r.
Rozporządzenie Ministra Transportu w sprawie warunków technicznych dozoru technicznego w zakresie projektowania, wytwarzania, eksploatacji, naprawy i modernizacji specjalistycznych urządzeń ciśnieniowych.

Listę podmiotów uprawnionych do przeprowadzania badań zbiorników na wodór publikuje na swojej stronie internetowej Transportowy Dozór Techniczny (TDT).

TDT Lista podmiotów uprawnionych.

Podmioty uprawnione do przeprowadzania badań zbiorników na wodór:

AMP-SERVICE Piotr Turos,
ul. Minerska 2c, 04-506 Warszawa,
tel. /22/ 499-25-25, 605-153-034

PPUH AGROTRAK Sp. z o.o.,
ul. Nowohucka 50, 30-580 Kraków,
tel./fax. /12/ 653-04-89

P.H.U. AUTOPOL Robert Hankiewicz
ul. Szosa Poznańska 29, 62-001 Golęczewo,
tel. /61/ 811-60-76, 601-781-930, 601-747-591

Badania techniczne pojazdów z ogniwami paliwowymi.

Należy odpowiednio stosować kryteria oceny określone w rozporządzeniu w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych Poz. 776 (Poz. 2066).

§ 6.7. W przypadku badania technicznego pojazdu z zamontowanym urządzeniem technicznym, o którym mowa w art. 81 ust. 12 ustawy,

/(Ustawa tekst art.81 ust. 12. Badanie techniczne pojazdu z zamontowanym urządzeniem technicznym podlegającym dozorowi technicznemu może być przeprowadzone po przedstawieniu dokumentu wydanego przez właściwy organ dozoru technicznego, stwierdzającego sprawność urządzenia technicznego) /

uprawniony diagnosta w rejestrze zamieszcza informację o dopuszczeniu urządzenia technicznego do eksploatacji, podając numer i datę wystawienia protokołu oraz decyzji dopuszczającej urządzenie do eksploatacji wydanej przez właściwy organ dozoru technicznego ...

Warunki techniczne:

Wymagania określa Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 79/2009 z dnia 14 stycznia 2009 r. w sprawie homologacji typu pojazdów silnikowych napędzanych wodorem oraz zmieniające dyrektywę 2007/46/WE.

Ocena usterek

Układ zasilania gazem LPG/CNG/LNG niezgodny z wymaganiami rozporządzenia o warunkach technicznych, napęd wodorowy niezgodny z wymaganiami; część systemu działa nieprawidłowo.