Vetyteknologia

Vedyn käyttö moottoripolttoaineena

Tom Eklund, Nils-Olof Nylund

Research output: Book/ReportReportProfessional

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

NameTiedotteita / Valtion teknillinen tutkimuskeskus
PublisherVTT
Volume309

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 = "Tiedotteita / Valtion teknillinen tutkimuskeskus",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
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/ReportReportProfessional

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 - Tiedotteita / Valtion teknillinen tutkimuskeskus

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).