Будет Platinum Поставка сдерживают развитие автомобилей на топливных элементах?

КЭП начав новую серию, что светит свет на студентов инженеров. В ближайших выпусках мы будем особенность работы студентов студенческих команд применять свои навыки в сфере химического машиностроения.

Команда перспективных студентов химического инженерии Вустер политехнического института (WPI) проявили интерес к перспективным переход к водородной экономике и автомобилей на топливных элементах (ФКЗП). Будучи хорошим ученым, они задавали вопросы, начинающиеся с "почему мы не там?" Они поинтересовались, какие технические и социальные препятствия, США и другие страны могут столкнуться в процессе перехода на мировой FCV, и является ли необходимым сырьем - а именно платины будут доступны в достаточном количестве и доступным, чтобы ФКЗП устойчивым в долгосрочной перспективе.

Студентов - Justin Boudreau, Евгений Цой и Oljora Rezhdo искать ответы на эти вопросы в рамках интерактивного проекта Квалификационные - часть междисциплинарных исследований, в которых студенты WPI совместной работы над проектом рассматривать как технических, так и социальных компонентов проблемы. В этом случае, вся команда состояла из студентов химического машиностроения, под руководством инженера-химика и социальных наук профессоров.

Химическое машиностроение профессор Ravindra Датта, который посоветовал студентам совместно с профессором Халид Саид социальных наук WPI и политических исследований кафедра, объясняет, что WPI требует таких междисциплинарных проектов общества технологий всех своих студентов. "Цель этих групп проектов для студентов, развивать понимание социальных аспектов научно-технического прогресса", говорит Датта.

Определение проблемы. Топливные элементы использования электрохимической реакции водорода с воздухом для выработки электроэнергии, заменив двигатели внутреннего сгорания, используемых в обычных автомобилях. Производители уже представил на топливных элементах гибридных автомобилей, и некоторые крупные проекты по созданию водородной инфраструктуры ведутся, в том числе Калифорнии водорода шоссе и HyNor, сеть водородной инфраструктуры в Норвегии.

Тем не менее, Есть препятствия на пути более широкого использования этой технологии.

Студентов изложенные для оценки факторов, препятствующих развитию водородной экономики, проблемы, связанные с производством FCV, и ограниченного предложения платины в мире. Они предположили, что широкое производство ФКЗП построен вокруг полимерных электролитов мембраной (PEM) топливные элементы, которые используют платинового катализатора, может напряжение на рынке платины.

Основная проблема заключается в характере технологий топливных элементов, которые препятствуют такие факторы, как необходимость для платины в качестве катализатора, деградации мембраны полимерным электролитом, обработку топлива для производства водорода и хранения водорода. Второй задачей является создание инфраструктуры, необходимой для укрепления водородной экономики и принять новую технологию.

Изучение сценариев. Команда разработала модель динамики системы для прогнозирования изменения цен на платину чтобы обсудить, как дефицит платины может повлиять на возможность создания стабильного рынка FCV. Существующие модели упором на США FCV проникновения на рынок и платины поставка которых была ограничена их нечувствительность к факторы, такие как платина погрузке, доставке курс и курс платины утилизации. Модель команды включены эти факторы, создание лучшей точкой для анализа того, как цена платины будет меняться ФКЗП стать основным способ транспортировки.

Для создания модели, студентов созданы причинной петли выявить взаимосвязи между переменными, которые влияют на спрос на рынке платины, поставки, переработки, а цена - которые затем были представлены множеством интегральных уравнений поддаются моделирование с использованием ithink программного обеспечения. Они предложили три сценария - worstcase, компромиссной, а наилучший - изучение изменения Цена платины для различных комбинаций проникновения на рынок, платина загрузки, продолжительность жизни транспортного средства, а также утилизации эффективности.

Группа пришла к выводу, что существующая технология продвинулась дальше худшем случае (например, верхняя граница в пределах от изменения цен). Лучший сценарий (т.е. медленный рост цен на платину), участвующих платины загрузки 0,020 кг / автомобиль (который, по прогнозам, будет оптимальной загрузки), средняя продолжительность жизни на пять лет, и рециркуляции эффективность 95% - Все меры, которые в настоящее время достижимо.

В дополнение к этим трем сценариям, студенты также рассмотрел три особых случаях. Во-первых, вместо фиксированной загрузки платины, они взяли на себя высокие цены на платину будут гнать дальнейшее развитие технологии, чтобы уменьшить загрузку платины, изменяя тем самым загрузку с ценой. Второй случай добавил предположение о постоянной приток платины резервы - например, открытие новых платины в размере 50 000 кг / год. Последний случай отражает кризис власти, которые произошли в Южной Африке в 2008 году, что вызвало резкий спад в добывающей промышленности потенциал. В то время цена платины резко возросло, а затем упал после добыча возобновилась. Южная Африка является крупнейшим платины в мире производителем, и повторения такого сценария является правдоподобным.

Сценарии ориентированы на рынок США. Студенты также проанализированы на мировом рынке сценария с различными процент проникновения (15% -100%). Они отметили, что 100% проникновения на рынок во всем мире ФКЗП не представляется возможным, поскольку спрос на платину будет превышать предложение.

На основании своей модели, студентов предсказал, что цены платины, вероятно, составит $ 50 000 за килограмм в 30 лет. (По этому вопросу готовилась к печати, платина продавалась по цене примерно $ 43 600 за кг.) В середине местах случае (о наиболее реалистичный сценарий), в 2038 году, платина загрузки будет стоить около $ 2500 на автомобиль. Хотя это и дорого стоит, оно не может быть препятствием, если цены на другие снижение топливных компонентов.

Группа пришла к выводу, что цена платины не является абсолютным препятствием для реализации частичной водородной экономики - по крайней мере в США, они также пришли к выводу, что только около 15% глобального проникновения на рынок возможно - с диверсификацией, что ключом к реализации.

Тем не менее, они признают, что результаты этого анализа сценариев не может быть конечной показатель целесообразности водородной экономики. Общее исследование стоимости ФКЗП, включая прогнозируемые успехи в мембрану и технологии хранения водорода, является необходимым, а также дальнейший анализ водорода, транспорта и инфраструктуры.

Датта похвалил подход группы к количественной оценке реальности сдвиг топливных элементов. "Это важные вопросы - хватит ли предложение для поддержания такой переход и будет ли он стать непомерно дорого", говорит он. "Ответы студентов нашли интересные - это предложение не может быть вопроса, по крайней мере смены США, и что цена отнюдь не являются непреодолимыми".

Студенты представят свои исследовательские работы на 27-й Международной конференции системная динамика, 26-30 июля. в Альбукерке. ЯМ.