Vetypolttokenno tieliikenneajoneuvokäytöissä
Sivonen, Mira (2023)
Kandidaatintyö
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023080994391
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023080994391
Tiivistelmä
Tällä hetkellä suurin osa maailman ajoneuvoista käyttää fossiilisia polttoaineita energianlähteenä. Tämä johtaa merkittävään energiankulutukseen ja kasvihuonekaasupäästöihin. Tässä kirjallisuuskatsauksessa tutkitaan vedyllä toimivien polttokennojen käyttöä ajoneuvoissa kustannusten, hiilijalanjäljen ja hyötysuhteiden näkökulmista. Vetypolttokennot ovat lupaava vaihtoehto fossiilisia polttoaineita käyttäville polttomoottoreille, koska ne tuottavat päästöinä vesihöyryä hiilidioksidikaasun sijasta. Kuitenkin vedyntuotantoon, varastointiin ja kuljetukseen liittyy haasteita.
Työssä käsitellään erilaisia vedyntuotannon menetelmiä, sekä haasteita, jotka liittyvät vedyn varastointiin sekä kuljetukseen sen alhaisen energiatiheyden ja räjähdysalttiuden vuoksi. Protoninvaihtokalvopolttokennoja pidetään lupaavimpana polttokennotyyppinä ajoneuvokäytöissä. Työ antaa yleiskuvan polttokennon osista ja siitä, miten ne toimivat.
Työn tuloksena havaitaan, että polttokennoajoneuvot vaativat vielä kehittämistä kustannustehokkuuden, luotettavuuden ja hyötysuhteen näkökulmasta. Vetypolttokennoa voidaan kuitenkin käyttää laajasti energianlähteenä eri kokoluokan ajoneuvoissa. Vetypolttokennot ovat osoittaneet potentiaalia sekä raskaitten että kevyiden ajoneuvojen energianlähteenä. Polttokennorekoilla voidaan saavuttaa vastaavat tai jopa suuremmat nopeus- ja kiihtyvyysvaatimukset kuin polttomoottorirekalla. Sekä raskailla että kevyillä polttokennoajoneuvoilla ei ole käytönaikaisia päästöjä, sekä niillä voidaan saavuttaa pidempi ajomatka, kuin vastaavan kokoisilla sähköajoneuvoilla. Polttokennoteknologian yleistymistä liikennekäytössä vaikeuttaa vetyinfrastruktuurin epätasainen jakautuminen ympäri maailmaa sekä vetykaasun suuret tuotanto-, varastointi- sekä kuljetuskustannukset. Currently, a large portion of vehicles worldwide use fossil fuels as an energy source. This causes significant energy consumption and greenhouse gas emissions. This literature re-view investigates the use of hydrogen fuel cells in vehicles. Hydrogen fuel cells are a promising alternative to fossil fuel-powered combustion engines because they produce water vapor as emissions instead of carbon dioxide gas. However, there are challenges related to the production, storage, and transportation of hydrogen.
This work discusses different methods of hydrogen production, as well as challenges asso-ciated with hydrogen storage due to its low energy density and explosiveness. Polymer electrolyte membrane fuel cells are considered the most promising type of fuel cell for vehicles. The work provides an overview of the components of a fuel cell and how they function.
The results of the study reveal that fuel cell vehicles still require further development in terms of cost-effectiveness, reliability, and efficiency. However, hydrogen fuel cells can be widely used as an energy source for vehicles of different sizes. Hydrogen fuel cells have shown potential as an energy source for both heavy and light vehicles. Fuel cell trucks can achieve similar or even greater speed and acceleration requirements compared to internal combustion engine trucks. Both heavy and light fuel cell vehicles have zero emissions during operation and can achieve longer driving ranges than electric vehicles of similar size. The widespread adoption of fuel cell technology in transportation is hindered by the uneven distribution of hydrogen infrastructure around the world and the high costs associated with hydrogen production, storage, and transportation.
Työssä käsitellään erilaisia vedyntuotannon menetelmiä, sekä haasteita, jotka liittyvät vedyn varastointiin sekä kuljetukseen sen alhaisen energiatiheyden ja räjähdysalttiuden vuoksi. Protoninvaihtokalvopolttokennoja pidetään lupaavimpana polttokennotyyppinä ajoneuvokäytöissä. Työ antaa yleiskuvan polttokennon osista ja siitä, miten ne toimivat.
Työn tuloksena havaitaan, että polttokennoajoneuvot vaativat vielä kehittämistä kustannustehokkuuden, luotettavuuden ja hyötysuhteen näkökulmasta. Vetypolttokennoa voidaan kuitenkin käyttää laajasti energianlähteenä eri kokoluokan ajoneuvoissa. Vetypolttokennot ovat osoittaneet potentiaalia sekä raskaitten että kevyiden ajoneuvojen energianlähteenä. Polttokennorekoilla voidaan saavuttaa vastaavat tai jopa suuremmat nopeus- ja kiihtyvyysvaatimukset kuin polttomoottorirekalla. Sekä raskailla että kevyillä polttokennoajoneuvoilla ei ole käytönaikaisia päästöjä, sekä niillä voidaan saavuttaa pidempi ajomatka, kuin vastaavan kokoisilla sähköajoneuvoilla. Polttokennoteknologian yleistymistä liikennekäytössä vaikeuttaa vetyinfrastruktuurin epätasainen jakautuminen ympäri maailmaa sekä vetykaasun suuret tuotanto-, varastointi- sekä kuljetuskustannukset.
This work discusses different methods of hydrogen production, as well as challenges asso-ciated with hydrogen storage due to its low energy density and explosiveness. Polymer electrolyte membrane fuel cells are considered the most promising type of fuel cell for vehicles. The work provides an overview of the components of a fuel cell and how they function.
The results of the study reveal that fuel cell vehicles still require further development in terms of cost-effectiveness, reliability, and efficiency. However, hydrogen fuel cells can be widely used as an energy source for vehicles of different sizes. Hydrogen fuel cells have shown potential as an energy source for both heavy and light vehicles. Fuel cell trucks can achieve similar or even greater speed and acceleration requirements compared to internal combustion engine trucks. Both heavy and light fuel cell vehicles have zero emissions during operation and can achieve longer driving ranges than electric vehicles of similar size. The widespread adoption of fuel cell technology in transportation is hindered by the uneven distribution of hydrogen infrastructure around the world and the high costs associated with hydrogen production, storage, and transportation.