Ogniwa paliwowe
Wodór jest najczęściej występującym pierwiastkiem we wszechświecie. Nie posiada barwy,
smaku ani zapachu. Obecnie jest uważany za jedno z najbardziej obiecujących
alternatywnych zródeł energii. Niestety na ziemi nie występuje w stanie wolnym. Nie ma złóż
tego pierwiastka które można by eksploatować na wzór ropy, węgla czy metanu. Aby uzyskać
wodór, potrzeba zużyć energię - a więc jest on czymś w rodzaju baterii przyszłości.
Ogniwo paliwowe jest urządzeniem elektrochemicznym, które zamienia energię chemiczną
paliwa bezpośrednio w energię elektryczna z wysoką sprawnością. Składa się z dwóch
elektrod - anody i katody oddzielonych elektrolitem polimerowym, który przepuszcza jony
protonowe (H+) i blokuje przepływ elektronów. Wodór dopływa do anody, tam uwalniane są
elektrony, tworząc dodatnie jony wodorowe. Elektrony płyną przez obwód zewnętrzny, jony
zaś dyfundują przez elektrolit. Na katodzie elektrony rekombinują z jonami wodorowymi i w
reakcji z pobieranym z otoczenia tlenem wytwarzana jest woda, która jest produktem
ubocznym.
Ogniwo nie posiada ruchomych części i jego działanie jest zbliżone do zwykłej baterii. Z tą
różnicą, że baterie trzeba okresowo ładować, a ogniwo oddaje energię tak długo, dopóki jest
zasilane paliwem (wodorem). Produktami reakcji zachodzących w ogniwie jest prąd, ciepło i
para wodna - jest to więc urządzenie bezpieczne dla środowiska.
Budowa i działanie ogniwa paliwowego(zródło: http://rpifuelcell.eventurestudio.com)
Zastosowanie praktyczne ogniwa paliwowe znalazły już w latach 50-tych. NASA używała
ogniw w programie kosmicznym zamiast akumulatorów. Za wynalazcę ogniwa uważa się Sir
Williama Roberta Grove pierwsze tego typu urządzenie opracował w 1839 r.
1
Astronauta Charles M. Duke Jr podczas spaceru księżycowego, misja Apollo 16, 1972 r.
NASA już w latach 60-tych stosowała ogniwa w swoich programach kosmicznych. (zródło:
http://www.nasa.gov)
Aby używać wodoru go najpierw wytworzyć. Można to zrobić na dwa sposoby:
1. Odzyskiwać z paliw kopalnych (np. z metanu) w procesie reformacji. Obecnie w ten
sposób wytwarza się 96% wodoru (pozostałe 4 % należy do elektrolizy). Sens takiego
rozwiązania jest mocno problematyczny. Prowadzi do uwolnienia dużych ilości
dwutlenku węgla odpowiedzialnego za ocieplenie klimatu.
2. Odzyskiwać z wody w procesie elektrolizy. W ty celu zużywa się więcej energii
elektrycznej niż jest pózniej w stanie oddać wodór. Mamy więc do czynienia z
procesem zużywania energii elektrycznej do wytworzenia wodoru który potem znowu
zamieniany jest w ogniwach paliwowych na prąd. Jeżeli jednak energia, potrzebna do
elektrolizy pochodzi ze zródła odnawialnego (np. z elektrowni wiatrowej) mamy co
prawda drogie, ale naprawdę czyste zródło energii.
Przechowywanie i transport wodoru.
Przechowywanie wodoru stanowi wciąż bardzo poważne wyzwanie dla naukowców. W
normalnych warunkach (temperatura i ciśnienie) posiada bardzo małą gęstość (0,08376
kg/m3). Aby osiągnąć większą gęstość zmagazynowanej w wodorze energii
< p>
" schłodzić go do temperatury poniżej 252 C (temperatura wrzenia wodoru)
następuje wtedy jego skroplenie; niestety skroplenie i utrzymanie niskiej temperatury
wodoru samo w sobie jest energochłonne,
" sprężyć do wysokiego ciśnienia,
" przechowywać w postaci wodorków metali związków absorbujących wodór.
2
Samochód wodorowy - autopia?
Pojazdy elektryczne budowane są od dziesięcioleci. Nigdy jednak nie mogły stanowić
konkurencji dla samochodów z silnikami spalinowymi z powodu poważnego ograniczenia:
brak było sposobu na zmagazynowanie dużej ilości energii elektrycznej wewnątrz
samochodu. Używane baterie akumulatorowe miały ograniczoną pojemność, duże wymiary i
masę oraz bardzo długi czas ładowania. W latach dziewięćdziesiątych przemysł
motoryzacyjny zainteresował się na poważnie koncepcją samochodu z silnikiem
elektrycznym czerpiącym energię z wodoru.
Wodór w motoryzacji może być wykorzystany na dwa sposoby:
1. Jako paliwo dla ogniwa paliwowego.
2. Jako paliwo dla silnika spalinowego przystosowanego do spalania wodoru.
Silnik spalinowy na wodór
Drogę ta wybrał koncern BMW. W 2006 roku zaprezentował model 760 Hydrogen seryjne
auto (100 sztuk) o napędzie wodorowym. 12 cylindrowy silnik o pojemności 6l
przystosowany jest do spalania zarówno tradycyjnej benzyny (bak o pojemności 74l)oraz
wodoru (8 kg ciekłego wodoru). Ta hybrydowa konstrukcja daje bawarskiej limuzynie zasięg
700 km (500 km na benzynie i 200 km na wodorze). Brzmi niezwykle obiecująco, jednak
bliższe przyjrzenie się konstrukcji studzi nieco emocje. Silnik osiąga moc 260 KM niezbyt
imponującą jak na jego pojemność skokową oraz rozmiary i ciężar auta (2,5 tony). Bagażnik
posiada objętość 225 l wszystko przez zbiornik na wodór wykonany przez Magna Steyr,
który aby pomieścić 8 kg skroplonego wodoru sam zajmuje 170 litrów. Aby utrzymać wodór
w stanie ciekłym, jego temperatura nie może przekroczyć 253 C, zbiornik jest więc super
wydajnym skrzyżowaniem termosu i lodówki. Inżynierowie BMW zapewniają, że gdyby
napełnić go gorącą kawą jeszcze po trzech miesiącach miałaby temperaturą optymalną do
spożycia. Niestety wodór z czasem się ogrzewa i paruje jest wtedy wypuszczany na
zewnątrz przez zawory bezpieczeństwa średnio po dziewięciu dniach z pełnego zbiornika
ulatuje połowa paliwa.
3
Tankowanie BMW Hydrogen przypomina tankowanie bolidu Formuły 1 albo promu
kosmicznego tuż przed wystrzeleniem.
Póki co ekologia wiąże się z wieloma wyrzeczeniami - auto jest o wiele cięższe od zwykłej
benzynowej odmiany, a bagażnik ze względu na zbiornik wodoru ma mocno ograniczoną
pojemność.
Silnik elektryczny zasilany energią z ogniw paliwowych.
Rozwiązanie takie wybrał miedzy innymi koncern Honda konstruując na początku wieku
samochód oznaczony FCX Clarity. Obecnie zaprezentowano już drugą generację tego
4
modelu. Według producenta auto ma zasięg 440 km i rozwija prędkość maksymalną 160
km/h. Rozpoczęcie sprzedaży w USA i Japonii planuje się na 2008 rok. Do napędu FCX
zastosowano trzy silniki elektryczne. Pierwszy z nich, o mocy 80 kW umieszczono z przodu
współosiowo ze skrzynią biegów. Pozostałe dwa silniki o mocy 25 kW (każdy) napędzają
tylne koła (płaskie silniki o niewielkich rozmiarach umieszczono współosiowo z kołami).
Wielką zaletą silników elektrycznych jest fakt, że posiadają stały moment obrotowy,
niezależnie od prędkości.
Umieszczenie podstawowych podzespołów Hondy FCX Clarity (zródło:
http://automobiles.honda.com/fcx-clarity)
Honda posiada zbiornik na wodór o pojemności 171 litrów (umiejscowiony za tylnymi
fotelami). Ogniwo paliwowe zwane PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell)
produkuje energię, która jest magazynowana w baterii litowo-jonowej.
Wnętrze jest równie nowoczesne i futurystyczne jak reszta auta (zródło:
http://automobiles.honda.com/fcx-clarity)
5
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Ogniwa paliwowe w układach energetycznych małej mocyMikrobiologiczne ogniwa paliwowe przetwarzające ścieki organiczne bezpośrednio w elektrycznośćOgniwa paliwoweOgniwa paliwoweABG WYKŁAD 9 Ogniwa paliwowe 2Lab5 Testowanie ogniwa paliwowego wodorowego zasilanego energią pochodzącą z konwersji fotowoltaicznLab5 Testowanie ogniwa paliwowego wodorowego zasilanego energią pochodzącą z konwersji fotowoltaicznABG WYKŁAD 9 Ogniwa paliwowe 1Ogniwa paliwowe zasilane ciekłym metanolem6 Ogniwa paliwoweOgniwa paliwoweOgniwa paliwowe kiedy nastąpi ich komercjalizacja Artykuły Biznes Elektronika Serwis UsługABG WYKŁAD 9 Ogniwa paliwowe 3Jednokomorowe ogniwa paliwoweOgniwa Paliwowe PEMN5 Badanie wodorowego ogniwa paliwowego PEMwięcej podobnych podstron