Kendaraan tugas berat jalan masuk yang ideal ke dalam penggunaan sel bahan bakar hidrogen
Green Tech

Kendaraan tugas berat jalan masuk yang ideal ke dalam penggunaan sel bahan bakar hidrogen


Kendaraan tugas berat menyumbang 23% emisi transportasi gas rumah kaca dan menyumbang hampir seperempat bahan bakar yang dikonsumsi setiap tahun di AS. Kredit: Chris Bair / Unsplash

Melalui konsorsium laboratorium nasional Departemen Energi, para ilmuwan Laboratorium Nasional Oak Ridge menerapkan keahlian mereka untuk memberikan solusi yang memungkinkan komersialisasi teknologi sel bahan bakar hidrogen bebas emisi untuk kendaraan tugas berat, atau HDV. Sebagai alternatif yang layak untuk mesin pembakaran internal bertenaga bensin, sel bahan bakar hidrogen dapat memberikan energi bersih yang berkelanjutan dengan pengalaman pengguna yang sebanding.

“Adopsi teknologi hidrogen di pasar HDV bisa menjadi terobosan yang meluncurkan penggunaan secara luas,” kata David Cullen dari ORNL, seorang ilmuwan di Pusat Ilmu Bahan Nanofase yang mempelajari katalis sel bahan bakar dan struktur elektroda menggunakan mikroskop dan spektroskopi canggih. “Sel bahan bakar hidrogen ideal untuk industri angkutan truk karena waktu pengisian bahan bakar dan jarak tempuh mengemudi sebanding dengan truk bertenaga bensin dan rute perjalanan dapat diprediksi, yang menurunkan penghalang untuk mengembangkan infrastruktur pengisian bahan bakar.”

Sel bahan bakar hidrogen mengandung jumlah energi per unit massa yang lebih tinggi daripada baterai litium atau bahan bakar diesel. Truk dapat memiliki jumlah energi yang lebih tinggi yang tersedia tanpa meningkatkan bobot secara signifikan — pertimbangan penting untuk truk jarak jauh yang memiliki kebijakan penalti bobot.

Pada bulan Oktober 2020, DOE Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office, atau HFTO, meluncurkan Million Mile Fuel Cell Truck Consortium, atau M2FCT, untuk mendukung peluang adopsi fuel cell di pasar HDV melalui penelitian dan pengembangan serta untuk menyelaraskan dengan H2 @ DOE Skala visi untuk hidrogen bersih dan terjangkau di berbagai sektor ekonomi. M2FCT, yang terdiri dari lima laboratorium nasional, bekerja untuk memenuhi persyaratan efisiensi, daya tahan, dan biaya industri angkutan truk. Dengan $ 50 juta yang didanai oleh HFTO selama lima tahun, tim telah menetapkan tujuan tahun 2030 untuk mendemonstrasikan sistem yang memiliki masa pakai 25.000 jam, atau 1 juta mil, untuk truk jarak jauh.

“Transisi ke kendaraan tugas berat sel bahan bakar hidrogen akan berdampak signifikan pada pengurangan emisi gas rumah kaca,” kata ilmuwan Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley, Ahmet Kusoglu. Kusoglu mencatat bahwa kendaraan tugas berat merupakan sebagian kecil dari armada kendaraan di Amerika Serikat dan hanya menempuh perjalanan 10% dari total mil tahunan kendaraan yang ditempuh. Namun, menurut Badan Perlindungan Lingkungan, mereka menyumbang 23% emisi transportasi gas rumah kaca dan menyumbang hampir seperempat bahan bakar yang dikonsumsi setiap tahun di AS.

Tim M2FCT menguraikan keadaan teknologi saat ini dan masa depan dan mengatasi tantangan adopsi skala luas oleh industri kendaraan tugas berat, termasuk truk, bus, kereta api dan aplikasi kelautan, dalam beberapa waktu terakhir. Energi Alam mengulas artikel. Cullen, koordinator M2FCT, adalah penulis pertama di makalah ini; rekan penulis termasuk ilmuwan ORNL Karren More dan M2FCT dari Lawrence Berkeley National Laboratory, Los Alamos National Laboratory, National Renewable Energy Laboratory dan Argonne National Laboratory.

“Ada empat pilar dalam konsorsium ini: pengembangan material, integrasi komponen, ketahanan komponen dan fuel cell, serta analisis sistem,” kata Cullen. “Tapi mereka menyatu dan saling memberi makan. ORNL bekerja di semua area ini melalui pekerjaan karakterisasi kami.”

More, yang mengarahkan ORNL’s Center for Nanophase Material Sciences, sebuah fasilitas pengguna Office of Science DOE, mengatakan ORNL akan menerapkan kemampuan dan keahlian uniknya dalam analisis mikrostruktur dan mikrokimia bahan dan komponen sel bahan bakar untuk lebih memahami kinerja sel bahan bakar dan masalah daya tahan di makroskopis sampai ke tingkat atom.

“Kami terus mengembangkan metode karakterisasi baru dan analisis data untuk memberikan wawasan tentang perilaku bahan sel bahan bakar yang digunakan dalam aplikasi tugas berat,” katanya. “ORNL menyediakan cara inovatif untuk menginterogasi struktur material, kimia dan properti, sehingga masalah kinerja dan daya tahan dapat dipahami dan dipecahkan untuk mengembangkan material baru dengan properti yang dioptimalkan.”

ORNL juga memberikan kontribusi keahlian manufaktur roll-to-roll, yang akan dikoordinasikan secara erat dengan NREL, untuk menentukan bagaimana meningkatkan proses manufaktur untuk perakitan elektroda membran. Cullen mengatakan tim akan fokus pada pengembangan struktur elektroda baru yang dapat dicapai dengan menggunakan proses roll-to-roll daripada proses pelapisan semprot atau deposisi tinta konvensional.

M2FCT merupakan pergeseran arah setelah kesimpulan dari Konsorsium Kinerja dan Daya Tahan Sel Bahan Bakar, atau FC-PAD, yang berfokus pada sel bahan bakar untuk kendaraan ringan.

Pada akhir 2019, HFTO DOE, bekerja sama dengan Vehicle Technologies Office, merilis target teknis untuk truk trailer traktor jarak jauh berbahan bakar hidrogen, yang juga dikenal sebagai truk jarak jauh Kelas 8. Target ini menggerakkan pekerjaan yang sedang dilakukan para peneliti M2FCT dengan memandu R&D tahap awal. Studi yang baru-baru ini dirilis oleh M2FCT menggunakan truk jarak jauh Kelas 8 sebagai studi kasus untuk menunjukkan bagaimana karakteristik desain yang berbeda berdampak pada efisiensi dan daya tahan, serta bagaimana kemajuan yang dibuat untuk kendaraan ringan dapat dimanfaatkan untuk memenuhi persyaratan kendaraan tugas berat. .

Sel bahan bakar hidrogen menghasilkan listrik melalui reaksi elektrokimia antara hidrogen dan oksigen, yang bergabung untuk menghasilkan listrik, panas, dan air. Satu sel bahan bakar dapat menghasilkan daya sekitar 300 watt; untuk menghasilkan tenaga yang cukup untuk menjalankan motor listrik mobil, sel bahan bakar perlu digabungkan menjadi tumpukan sel bahan bakar.

Untuk memenuhi target DOE untuk truk trailer traktor jarak jauh berbahan bakar hidrogen, para peneliti M2FCT telah mengidentifikasi perbedaan utama antara merancang sel bahan bakar hidrogen untuk kendaraan tugas ringan versus kendaraan tugas berat. Tantangannya, menurut kimiawan ANL Deborah Myers, adalah bahwa “kendaraan tugas berat memerlukan voltase sel yang lebih tinggi untuk mencapai efisiensi optimal di samping masa pakai yang dibutuhkan tiga hingga lima kali lebih lama dibandingkan dengan kendaraan tugas ringan, menempatkan tuntutan lebih besar pada kinerja dan daya tahan bahan sel bahan bakar. ” Solusi untuk ini termasuk penelitian material yang mengeksplorasi bagaimana material komponen sel bahan bakar yang ada beroperasi dan terdegradasi di bawah suhu dan tingkat kelembapan yang berbeda dan pada voltase sel yang lebih tinggi, dan pengembangan yang meneliti bagaimana integrasi material baru dapat memenuhi tantangan ini.

Konsorsium M2FCT menyatukan berbagai bidang keahlian yang terkait dengan efisiensi dan daya tahan sel bahan bakar dan berkomunikasi dengan pengembang industri. Sementara fokus awal tim adalah pada truk trailer traktor jarak jauh berbahan bakar hidrogen, para peneliti M2FCT juga optimis tentang potensi adopsi sel bahan bakar hidrogen dalam aplikasi tugas berat lain yang lebih menuntut termasuk kereta api, maritim, dan bahkan penerbangan.

“Hidrogen adalah pembawa energi serbaguna, yang dikemas dalam konsep Skala H2 @. Anda dapat menyimpan energi dalam ikatan hidrogen dan ini sangat menarik untuk penyimpanan energi jangka panjang atau musiman. Anda dapat menggunakannya di truk atau sektor industri , tapi Anda juga bisa mengubahnya kembali menjadi listrik untuk disalurkan ke jaringan listrik, “kata Cullen. “Kami melihat minat yang semakin meningkat pada hidrogen sebagai pembawa energi, dan bukan hanya untuk kendaraan.”


Elektrifikasi truk komersial berada dalam jangkauan


Informasi lebih lanjut:
David A. Cullen dkk. Jalan baru dan tantangan sel bahan bakar dalam transportasi tugas berat, Energi Alam (2021). DOI: 10.1038 / s41560-021-00775-z

Disediakan oleh Laboratorium Nasional Oak Ridge

Kutipan: Kendaraan tugas berat jalan masuk ideal ke dalam penggunaan sel bahan bakar hidrogen (2021, 23 April) diambil pada 23 April 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-04-heavy-duty-vehicles-ideal-entry-hydrogen. html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagutogel