Vetyteknologia: Vedyn käyttö moottoripolttoaineena

Tom Eklund, Nils-Olof Nylund

    Research output: Book/ReportReport

    Abstract

    Tässä kirjallisuusselvityksessä on keskitytty liikenteen kulkuneuvojen käyttämiin moottorityyppeihin. Kulkuneuvokäyttöön liittyvät läheisesti myös vedyn varastointimuodot ja niiden sovittaminen eri moottoreiden polttoaineensyöttöjärjestelmiin. Vaikka vety teoriassa on ihanteellinen moottoripolttoaine (korkea oktaaniluku, puhtaat pakokaasut), esiintyy varsinkin mäntäpolttomoottoreiden yhteydessä erilaisia ongelmia. Tällaisia ovat mm. ennenaikainen syttyminen imusarjassa, nakuttava käynti ja suuret typenoksidipäästöt korkeilla kuormitusasteilla. Ongelmat voidaan poistaa tai niiden vaikutusta vähentää esimerkiksi veden ruiskutuksella imusarjaan, ilman syötöllä ennen imuventtiiliä tai vedyn suojaruiskutuksella palotilaan. Mitä lähemmäksi optimoitua vetymoottoria eri ratkaisuilla pyritään, sitä suurempia muutostöitä ja kalliimpia järjestelmiä tarvitaan. Puristussytytteisen dieselmoottorin vetykäyttöä rajaavat hyvin suppeat moottoritekniset säätö- ja rakenneparametrit, mutta se on silti selvästi toteutettavissa. Jatkuvalla liekillä polttoainetta polttavat moottorit, kuten kaasuturbiinit, soveltuvat pienin muutoksin vetykäyttöön. Pieniä vaikeuksia aiheuttaa kaasuturbiinin käynnistäminen, jolloin kaasu syttyy räjähdyksenomaisesti. Ongelma on ilmeisesti poistettavissa suunnittelemalla vedylle oma käynnistysjärjestelmä. Vedyn varastointivaihtoehtoja ovat paineastiaan puristettu kaasumainen vety, hyvin eristetyssä säiliössä varastoitava nesteytetty vety, kiinteään metallimatriisiin metallihydridiksi sidottu vety ja kemiallisesti nestemäisiin hydrideihin sidottu vety (metanoli, metyylisykloheksaani). Pienissä kulkuneuvoissa (autot) on turvallisuuden ja tllankäytön kannalta metallihydridivarastointi todettu hyväksi. Toinen vähemmän tutkittu vaihtoehto on nestemäisten hydridien käyttö. Suuremmille ja lähes jatkuvasti liikkeellä oleville kulkuneuvoille nesteytetty vety sopii hyvin, koska säiliön viemä tila ei ole yhtä ratkaiseva kuin pienessä autossa. Nesteytetyn vedyn järjestelmän suhteellinen keveys sopii erityiseti suihkuturbiineilla varustettuihin lentokoneisiin. Kirjallisuusselvitys on selvästi osoittanut, että saatavissa ei ole tutkimustuloksia vedyllä tehdyistä moottorikokeista kylmissä olosuhteissa.
    Original languageFinnish
    Place of PublicationEspoo
    PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
    Number of pages64
    ISBN (Print)951-38-2019-X
    Publication statusPublished - 1984
    MoE publication typeD4 Published development or research report or study

    Publication series

    SeriesValtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita
    Number309
    ISSN0358-5085

    Fingerprint

    engines
    hydrogen

    Keywords

    • hydrogen
    • production
    • fuel cells
    • fuels
    • vehicles

    Cite this

    Eklund, T., & Nylund, N-O. (1984). Vetyteknologia: Vedyn käyttö moottoripolttoaineena. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita, No. 309
    Eklund, Tom ; Nylund, Nils-Olof. / Vetyteknologia : Vedyn käyttö moottoripolttoaineena. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1984. 64 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita; No. 309).
    @book{903632eb1a154c4f9765d705869277ee,
    title = "Vetyteknologia: Vedyn k{\"a}ytt{\"o} moottoripolttoaineena",
    abstract = "T{\"a}ss{\"a} kirjallisuusselvityksess{\"a} on keskitytty liikenteen kulkuneuvojen k{\"a}ytt{\"a}miin moottorityyppeihin. Kulkuneuvok{\"a}ytt{\"o}{\"o}n liittyv{\"a}t l{\"a}heisesti my{\"o}s vedyn varastointimuodot ja niiden sovittaminen eri moottoreiden polttoaineensy{\"o}tt{\"o}j{\"a}rjestelmiin. Vaikka vety teoriassa on ihanteellinen moottoripolttoaine (korkea oktaaniluku, puhtaat pakokaasut), esiintyy varsinkin m{\"a}nt{\"a}polttomoottoreiden yhteydess{\"a} erilaisia ongelmia. T{\"a}llaisia ovat mm. ennenaikainen syttyminen imusarjassa, nakuttava k{\"a}ynti ja suuret typenoksidip{\"a}{\"a}st{\"o}t korkeilla kuormitusasteilla. Ongelmat voidaan poistaa tai niiden vaikutusta v{\"a}hent{\"a}{\"a} esimerkiksi veden ruiskutuksella imusarjaan, ilman sy{\"o}t{\"o}ll{\"a} ennen imuventtiili{\"a} tai vedyn suojaruiskutuksella palotilaan. Mit{\"a} l{\"a}hemm{\"a}ksi optimoitua vetymoottoria eri ratkaisuilla pyrit{\"a}{\"a}n, sit{\"a} suurempia muutost{\"o}it{\"a} ja kalliimpia j{\"a}rjestelmi{\"a} tarvitaan. Puristussytytteisen dieselmoottorin vetyk{\"a}ytt{\"o}{\"a} rajaavat hyvin suppeat moottoritekniset s{\"a}{\"a}t{\"o}- ja rakenneparametrit, mutta se on silti selv{\"a}sti toteutettavissa. Jatkuvalla liekill{\"a} polttoainetta polttavat moottorit, kuten kaasuturbiinit, soveltuvat pienin muutoksin vetyk{\"a}ytt{\"o}{\"o}n. Pieni{\"a} vaikeuksia aiheuttaa kaasuturbiinin k{\"a}ynnist{\"a}minen, jolloin kaasu syttyy r{\"a}j{\"a}hdyksenomaisesti. Ongelma on ilmeisesti poistettavissa suunnittelemalla vedylle oma k{\"a}ynnistysj{\"a}rjestelm{\"a}. Vedyn varastointivaihtoehtoja ovat paineastiaan puristettu kaasumainen vety, hyvin eristetyss{\"a} s{\"a}ili{\"o}ss{\"a} varastoitava nesteytetty vety, kiinte{\"a}{\"a}n metallimatriisiin metallihydridiksi sidottu vety ja kemiallisesti nestem{\"a}isiin hydrideihin sidottu vety (metanoli, metyylisykloheksaani). Pieniss{\"a} kulkuneuvoissa (autot) on turvallisuuden ja tllank{\"a}yt{\"o}n kannalta metallihydridivarastointi todettu hyv{\"a}ksi. Toinen v{\"a}hemm{\"a}n tutkittu vaihtoehto on nestem{\"a}isten hydridien k{\"a}ytt{\"o}. Suuremmille ja l{\"a}hes jatkuvasti liikkeell{\"a} oleville kulkuneuvoille nesteytetty vety sopii hyvin, koska s{\"a}ili{\"o}n viem{\"a} tila ei ole yht{\"a} ratkaiseva kuin pieness{\"a} autossa. Nesteytetyn vedyn j{\"a}rjestelm{\"a}n suhteellinen keveys sopii erityiseti suihkuturbiineilla varustettuihin lentokoneisiin. Kirjallisuusselvitys on selv{\"a}sti osoittanut, ett{\"a} saatavissa ei ole tutkimustuloksia vedyll{\"a} tehdyist{\"a} moottorikokeista kylmiss{\"a} olosuhteissa.",
    keywords = "hydrogen, production, fuel cells, fuels, vehicles",
    author = "Tom Eklund and Nils-Olof Nylund",
    year = "1984",
    language = "Finnish",
    isbn = "951-38-2019-X",
    series = "Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita",
    publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
    number = "309",
    address = "Finland",

    }

    Eklund, T & Nylund, N-O 1984, Vetyteknologia: Vedyn käyttö moottoripolttoaineena. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita, no. 309, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

    Vetyteknologia : Vedyn käyttö moottoripolttoaineena. / Eklund, Tom; Nylund, Nils-Olof.

    Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1984. 64 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita; No. 309).

    Research output: Book/ReportReport

    TY - BOOK

    T1 - Vetyteknologia

    T2 - Vedyn käyttö moottoripolttoaineena

    AU - Eklund, Tom

    AU - Nylund, Nils-Olof

    PY - 1984

    Y1 - 1984

    N2 - Tässä kirjallisuusselvityksessä on keskitytty liikenteen kulkuneuvojen käyttämiin moottorityyppeihin. Kulkuneuvokäyttöön liittyvät läheisesti myös vedyn varastointimuodot ja niiden sovittaminen eri moottoreiden polttoaineensyöttöjärjestelmiin. Vaikka vety teoriassa on ihanteellinen moottoripolttoaine (korkea oktaaniluku, puhtaat pakokaasut), esiintyy varsinkin mäntäpolttomoottoreiden yhteydessä erilaisia ongelmia. Tällaisia ovat mm. ennenaikainen syttyminen imusarjassa, nakuttava käynti ja suuret typenoksidipäästöt korkeilla kuormitusasteilla. Ongelmat voidaan poistaa tai niiden vaikutusta vähentää esimerkiksi veden ruiskutuksella imusarjaan, ilman syötöllä ennen imuventtiiliä tai vedyn suojaruiskutuksella palotilaan. Mitä lähemmäksi optimoitua vetymoottoria eri ratkaisuilla pyritään, sitä suurempia muutostöitä ja kalliimpia järjestelmiä tarvitaan. Puristussytytteisen dieselmoottorin vetykäyttöä rajaavat hyvin suppeat moottoritekniset säätö- ja rakenneparametrit, mutta se on silti selvästi toteutettavissa. Jatkuvalla liekillä polttoainetta polttavat moottorit, kuten kaasuturbiinit, soveltuvat pienin muutoksin vetykäyttöön. Pieniä vaikeuksia aiheuttaa kaasuturbiinin käynnistäminen, jolloin kaasu syttyy räjähdyksenomaisesti. Ongelma on ilmeisesti poistettavissa suunnittelemalla vedylle oma käynnistysjärjestelmä. Vedyn varastointivaihtoehtoja ovat paineastiaan puristettu kaasumainen vety, hyvin eristetyssä säiliössä varastoitava nesteytetty vety, kiinteään metallimatriisiin metallihydridiksi sidottu vety ja kemiallisesti nestemäisiin hydrideihin sidottu vety (metanoli, metyylisykloheksaani). Pienissä kulkuneuvoissa (autot) on turvallisuuden ja tllankäytön kannalta metallihydridivarastointi todettu hyväksi. Toinen vähemmän tutkittu vaihtoehto on nestemäisten hydridien käyttö. Suuremmille ja lähes jatkuvasti liikkeellä oleville kulkuneuvoille nesteytetty vety sopii hyvin, koska säiliön viemä tila ei ole yhtä ratkaiseva kuin pienessä autossa. Nesteytetyn vedyn järjestelmän suhteellinen keveys sopii erityiseti suihkuturbiineilla varustettuihin lentokoneisiin. Kirjallisuusselvitys on selvästi osoittanut, että saatavissa ei ole tutkimustuloksia vedyllä tehdyistä moottorikokeista kylmissä olosuhteissa.

    AB - Tässä kirjallisuusselvityksessä on keskitytty liikenteen kulkuneuvojen käyttämiin moottorityyppeihin. Kulkuneuvokäyttöön liittyvät läheisesti myös vedyn varastointimuodot ja niiden sovittaminen eri moottoreiden polttoaineensyöttöjärjestelmiin. Vaikka vety teoriassa on ihanteellinen moottoripolttoaine (korkea oktaaniluku, puhtaat pakokaasut), esiintyy varsinkin mäntäpolttomoottoreiden yhteydessä erilaisia ongelmia. Tällaisia ovat mm. ennenaikainen syttyminen imusarjassa, nakuttava käynti ja suuret typenoksidipäästöt korkeilla kuormitusasteilla. Ongelmat voidaan poistaa tai niiden vaikutusta vähentää esimerkiksi veden ruiskutuksella imusarjaan, ilman syötöllä ennen imuventtiiliä tai vedyn suojaruiskutuksella palotilaan. Mitä lähemmäksi optimoitua vetymoottoria eri ratkaisuilla pyritään, sitä suurempia muutostöitä ja kalliimpia järjestelmiä tarvitaan. Puristussytytteisen dieselmoottorin vetykäyttöä rajaavat hyvin suppeat moottoritekniset säätö- ja rakenneparametrit, mutta se on silti selvästi toteutettavissa. Jatkuvalla liekillä polttoainetta polttavat moottorit, kuten kaasuturbiinit, soveltuvat pienin muutoksin vetykäyttöön. Pieniä vaikeuksia aiheuttaa kaasuturbiinin käynnistäminen, jolloin kaasu syttyy räjähdyksenomaisesti. Ongelma on ilmeisesti poistettavissa suunnittelemalla vedylle oma käynnistysjärjestelmä. Vedyn varastointivaihtoehtoja ovat paineastiaan puristettu kaasumainen vety, hyvin eristetyssä säiliössä varastoitava nesteytetty vety, kiinteään metallimatriisiin metallihydridiksi sidottu vety ja kemiallisesti nestemäisiin hydrideihin sidottu vety (metanoli, metyylisykloheksaani). Pienissä kulkuneuvoissa (autot) on turvallisuuden ja tllankäytön kannalta metallihydridivarastointi todettu hyväksi. Toinen vähemmän tutkittu vaihtoehto on nestemäisten hydridien käyttö. Suuremmille ja lähes jatkuvasti liikkeellä oleville kulkuneuvoille nesteytetty vety sopii hyvin, koska säiliön viemä tila ei ole yhtä ratkaiseva kuin pienessä autossa. Nesteytetyn vedyn järjestelmän suhteellinen keveys sopii erityiseti suihkuturbiineilla varustettuihin lentokoneisiin. Kirjallisuusselvitys on selvästi osoittanut, että saatavissa ei ole tutkimustuloksia vedyllä tehdyistä moottorikokeista kylmissä olosuhteissa.

    KW - hydrogen

    KW - production

    KW - fuel cells

    KW - fuels

    KW - vehicles

    M3 - Report

    SN - 951-38-2019-X

    T3 - Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita

    BT - Vetyteknologia

    PB - VTT Technical Research Centre of Finland

    CY - Espoo

    ER -

    Eklund T, Nylund N-O. Vetyteknologia: Vedyn käyttö moottoripolttoaineena. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1984. 64 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita; No. 309).