APU s palivovým článkem šetří palivo kamionů

První pomocné zdroje energie APU (Auxiliary Power Unit), jako malé spalovací turbínové motory s generátorem a kompresorem, byly zavedeny u dopravních letadel začátkem 60. let místo pozemních startovacích zdrojů na letištích. Prvním dopravním letadlem s APU v konstrukci byl Boeing 727 v roce 1963. Delphi Automotive jejich vývoj pro kamiony zahájil v roce 1998. Přes APU se vznětovým motorem došel jako první k APU s palivovým článkem typu SOFC.

Provoz APU se SOFC šetří až 85 % paliva

Současný Delphi APU pro kamiony a busy je účinný elektrochemický generátor proudu z palivového článku s tuhými oxidy typu SOFC. Používá se při odstávkách a přerušení jízdy s vypnutým motorem jako zdroj pro světla, chlazení motoru a komfort kabiny - klimatizaci, chladničku, ventilátor, mikrovlnku a TV/audio. Hravě zvládá osmihodinové odstávky s vlastní spotřebou 0,5-0,8 l/h. Má výhodný provoz a může přispět i k vytápění kabiny. Dává stejnosměrný proud 110 V a 12 V a výkon až 5 kW. Používá stejné palivo jako motor - benzin, benzin E85, motorovou naftu, bionaftu, LNG, CNG, propan, vodík a armádní logistická paliva JP8. Proti běžícímu motoru šetří až 85 % paliva. Má životnost provozu až 10 000 hodin, o 30 až 50 % vyšší účinnost než APU se vznětovými motory, nízké emise bez SOX, NOX a CO, a hlučnost max. 65 dBA od tří metrů. APU objemu 350 l vážící do 100 kg se umísťuje vedle palivové nádrže nebo pod kabinu tahače.

Předností SOFC je tuhý elektrolyt bez kapaliny

Článek Delphi SOFC používá iontově vodivý keramický elektrolyt na bázi YSZ zirkoniové keramiky (ZrO2 stabilizovaná Y2O3, příp. dopovaná Sc2O3), katodu ze (La,Sr)MnO3 a anodu z porézního Ni-YSZ cermetu. Palivo s max. obsahem síry 50 ppm (0,005 %), upravené vlastním reformerem na směs jednoduchých uhlovodíků, vodíku a CO, vstupuje na anodu, kde reaguje při teplotách 700 až 900 °C s kyslíkem ze vzduchu z katody přes elektrolyt na CO2, vodní páru a ochuzený vzduch. Vyšší reakční teplota byla materiálový problém, s nímž se však konstrukce vyrovnala.

Pentagon chce ušetřit

Velký potenciál APU se SOFC palivovým článkem ve vojenské logistice zaujal ministerstvo obrany USA. Rozhodlo se o vývoji aplikací pro stacionární i mobilní zbraňové systémy a nebojová vozidla, kde je v prvním horizontu cíl min. 20% úspora paliv v příští dekádě a vyšší bojová pohotovost tanků, bojových vozidel a plavidel, ve druhém snížení logistických nároků v zásobování palivem pro logistické jednotky, armádu a námořní pěchotu.

Běh naprázdno končí

Vybavení kamionů APU se stává nutností při rostoucích cenách paliv, častějších dopravních zácpách a stále tvrdších předpisech Anti-Idling Laws na ochranu životního prostředí. U kamionů již 25 států USA zakazuje noční běh naprázdno při odstavení a omezilo běh naprázdno při zastavení na tři nebo pět minut. Běh motoru delší než tři minuty stojí v New Yorku 50 až 500 dolarů pokuty nebo 20 dnů vězení již napoprvé.

V roce 2009 bylo podle U.S. Dept. of Energy (DOE) v provozu 5,23 mil. kamionů, z toho 470 tisíc dálkových, které jezdí dále než 800 km a mají povinnou přestávku na spaní po desetihodinové jízdě. Při odstávkách připadne průměrně 1456 h běhu naprázdno na kamion a rok. Pokud by APU ušetřil jen 2 l/h, znamená to úsporu 1,37 miliard litrů paliva a 3,6 milionů tun emisí CO2 ročně těmito kamiony! Při obrovském objemu kamionové přepravy APU nabízí příspěvek ke zlepšení palivové bilance USA. V roce 2011 podporuje DOE rozvoj APU systémů s PEMFC (Protonnebo Polymer Exchange Membrane Fuel Cell), SOFC a DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) technologiemi 42 mil. dolarů, kde Delphi získá 2,4 mil. dolarů. Ve vývoji APU mají podíly článkové technologie PEMFC 65 %, SOFC 9 %, MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) 7 % a ostatní 19 %. Ukazuje se, že ještě na mnoho let budou APU s palivovými články výhodnou alternativou vodíkového paliva než se stane samozřejmostí.

V roce 2011 bude Delphi APU ověřen a zaveden do konstrukcí výrobci vozidel k uvedení do modelů roku 2012. Zájem vzrůstá a prodej v USA by mohl dosáhnout až 200 tis. kusů ročně. S životností až 10 000 hodin provozu by se i vysoká cena 8000 až 9000 dolarů měla zaplatit provozem kamionu 2000 h ročně za zhruba dva roky.

A Evropa?

Evropský vývoj a prodej APU s palivovými články je roztříštěný a nepřehledný. Převažují levnější APU s 2-3válcovými diesely. Delphi nejblíže je zřejmě švédský PowerCell, dřívější spin-off Volvo, nabídkou APU s články technologie PEMFC na bázi vodíku nebo paliv upravitelných vlastním reformerem na směs s min. 40 % vodíku a max. 0,005 % CO. Výrobu APU s výkony 1 až 7 kW zahájil v lednu 2011.

Při očekávaném zdražení paliv v souvislosti s vývojem v arabském světě může být zavedení APU naléhavější, mj. i proto, že se úsporami zaplatí dříve.

Stání kamionu v zácpě s motorem běžícím déle než tři minuty se v New Yorku oceňuje pokutou 50 až 500 dolarů nebo 20 dny vězení natvrdo hned napoprvé.

AUTOR: Alexandr Abušinov