TRU, Alm.del - 2009-10 - Endeligt svar på spørgsmål 1212: Spm. om en teknisk vurdering af H2O generatoren, som er beskrevet i materialet fra deputationen fra H2O-go generator Tech og Miljø, til transportministeren

Bilag 1Teknisk notat vedr. TRU spm. 1163 og 1212Beregning af hydrogenproduktion og virkning afelektrolyseanlæg fra H2O-go Generator Tech og MiljøAnlæggetAnlægget er beskrevet i brochurer og instruktionsbog fra H2O-go Generator Tech og Miljø. Anlægget producerer hydrogen(brint) og oxygen (ilt) ved en elektrolyse, der får strøm frabilens batteri, der lades op på normal vis af bilens generator –ikke at forveksle med ”brintgeneratoren”, som H2O-goGenerator Tech og Miljø kalder elektrolysecellen. Anlægget haren beholder med en elektrolyt, der blandes af almindeligekemikalier (natrium- eller kaliumhydroxid og eddikesyre).Ifølge oplysningerne tilsluttes anlægget batterispænding på12,45 Volt og forbruger ca. 3 Ampere, idét oplysningerne omstrømforbruget varierer lidt fra 2,5 – 4 Ampere, 2,5 – 3Ampere og 3 Ampere. Dette er ikke afgørende for funktionen.I de følgende beregninger forudsættes, at der ikke er sketændringer i bilens brændstofsystem eller –regulering iforbindelse med montering af anlægget.Beregning af hydrogenproduktionHydrogenproduktion ved elektrolyse kan beregnes fraFaraday’s lov, der ved konstant strømstyrke i en given tidspe-riode kan udtrykkes:(1)hvor:Q er elektricitetsmængden målt som elektrisk ladning iCoulombI er strømstyrken målt i Amperet er tiden målt i sekundern er antal ækvivalentmængder produceretz er valenstalletQ = I¶t = n¶z¶F = (z¶m/M)¶F

Hydrogen produceres ved elektrolyse fra hydrogenioner, H+,der har valensen, z, 1 og molvægten, M, 1,008. Beregnet fra(2) produceres der i løbet af en time (3.600 sekunder) ved 3Ampere 0,113 gram hydrogen.Med en brændværdi på 120 kJ/gram giver dette 13,56 kJ sva-rende til 3,77 Wh. Et anlæg med 12,45 Volt og 3 Ampere jf.H2o-GO Generator Tech & Miljø’s oplysninger bruger 37,5 W. Iløbet af en time er strømforbruget 37,5 Wh (135 kJ) og virk-ningsgraden af anlægget er derfor 3,77 Wh/37,5 Wh = 10 %.Teoretisk kan elektrolyse af vand til hydrogen og oxygen skeved det standard elektrokemiske potentiale, der er 1,23 Voltfor denne proces. Dette teoretiske potentiale tager dog ikkehøjde for modstand i elektrolytten og andre tab. Ifølge USDepartment of Energy kan 1,75 Volt regnes for teknisknødvendigt for at drive hydrogen elektrolysen ved industrielproduktion. Dette svarer til en virkningsgrad på 70 %. Dertilkommer tab i energiforsyningen til elektrolysen, der for H2o-GO Generator Tech & Miljø’s anlæg er bilens generator.Virkning på brændstofforbrugHvis man går ud fra, at 3 Ampere giver 0,113 g/time svarendetil 13,56 kJ, kan man regne på størrelsesordenen af bidragetfra hydrogentilførelsen til motorens brændstofforbrug. ECEtestcyklens gennemsnitsfart er 33,6 km/t. En gennemsnitsdieselbil med et forbrug på 19,5 km/l vil på en time eftercyklussen have forbrugt 1,72 l diesel á 36 MJ/l, hvilket svarertil 62.000 kJ. Hydrogengeneratoren producerer altså13,56/62.000 kJ = 0,022 % af energiforbruget og forbrugerselv ca. 0,2 % ved virkningsgraden 10 %. Dertil kommer enyderligere stigning i brændstofforbruget grundet tab i el-generatoren. Anlægget bruger altså mere energi end det

leverer og kan derfor ikke reducere energiforbruget eller CO2udledningen.En motors brændstofforbrug mindskes hvis man kan øgevirkningsgraden af motoren. Forbrændingsmotoren er entermodynamisk maskine, hvis virkningsgrad bl.a. bestemmesaf tryk og temperatur i motoren, der genereres vedforbrændingen. Tryk og temperaturforholdene i en motorafhænger bl.a. af brændstoffet, men skal dette udnyttes til envirkningsgradsforbedring kræves konstruktiv ændring afmotoren.Motor med styret tænding fra tændrør (benzinmotor)Hydrogen har et højt oktantal1, hvilket kan udnyttes i enbenzinmotor til at øge motorens kompressionsforhold. DTUMekanik har stor erfaring med hydrogen som brændstof imotorer, og jfr. deres referencer kan virkningsgraden øgesmed op til 15 % ved at køre på rent hydrogen i enbenzinmotor. En iblanding af ca. 0,02 % vil ikke have måleligindflydelse på motorens virkningsgrad, og igen gælder, at enforbedring af motorens virkningsgrad via fx en størrebrintproduktion og konstruktiv ændring af motoren aldrig vilkunne kompensere for hydrogenanlæggets ekstrabrændstofforbrug. For biler der kører på hydrogen, såkaldtebrintbiler, er hydrogenet produceret udenfor bilen ogmedbringes i en tryktank. Selv med en øgning afbenzinmotorens virkningsgrad på 15 % vil dieselmotoren havebedre virkningsgrad.Motor med kompressionstænding (dieselmotor)Hydrogen har en høj selvantændelsestemperatur og et lavtcetantal2og er som sådan et dårligt brændstof i dieselmotorer.Ifølge DTU Mekanik har man arbejdet med hydrogen-dieselblandinger i såkaldt dual fuel biler. Brændstoffet medbringes iseparate tanke og blandes umiddelbart før det sprøjtes ind iEvne til at undgå ”tændingsbankning” på grund af selvantændelse af brændstoffet,altså en ukontrolleret forbrænding der ikke styres af tændrørsgnisten.2Udtryk for, hvor hurtigt et brændstof begynder at brænde efter at det er sprøjtet ind ien dieselmotor, altså et udtryk for villigheden til selvantændelse, der er nødvendig i endieselmotor.1

motoren. Der ingen forbedring af motorens virkningsgrad iforhold til kørsel på almindelig diesel. Så vidt DTU Mekanik erorienteret arbejdes der ikke længere med hydrogen-diesel dualfuel, da teknologien ikke er hverken økonomisk ellermiljømæssigt konkurrencedygtig i forhold til andre alternativebrændstofteknologier.Virkning på klima og miljøEn øget andel af hydrogen i brændstof medfører generelt enmindre udledning af partikler, HC (uforbrændte kulbrinter) ogNOx. Benzin og diesel indeholder i forvejen 12 – 14 %hydrogen idet de resterende 86 – 88 % er kulstof. En ekstratilførsel af hydrogen på 0,022 % af den samledebrændstofmængde må formodes kun at have en ubetydeligindflydelse på udledningen.Der vil være mulighed for at forbedre anlæggets virkningsgrad.Som tidligere nævnt bør 70 % virkningsgrad af anlægget væreopnåeligt. Med en virkningsgrad af generatoren, der ogsåtypisk er 70 %, opnås en samlet virkningsgrad på ca. 50 %.Forbedringen ændrer ikke på det faktum, at der stadigvæk skalproduceres mere energi til hydrogenproduktionen end hvadman energimæssigt får ud af den. Det kan ikke afvises, atanlægget med en optimering vil kunne have en beskedenpositiv virkning på partikler, HC og NOx, men altså ikke på CO2udledningen.I instruktionsbogen findes nogle emissionsmålinger, der viseren vis effekt; men disse målinger er foretaget ved tomgang,hvor motorens brændstofforbrug er meget lavt, og hvor ande-len af den producerede mængde hydrogen derfor er væsentligtstørre end under kørsel. Resultaterne målt i tomgang sigerderfor ikke noget om anlæggets virkning under kørsel.Kun en nærmere afprøvning på rullefelt i et anerkendtprøvningslaboratorium kan afgøre anlæggets virkning medforbehold for måleusikkerhed i forhold til de små mængderhydrogen og afledte virkninger der er tale om. Det forlyder, atH2O-go Generator Tech og Miljø har fået udført målinger pårullefelt, og det ville kunne oplyse sagen hvis de blev lagt frem.