Alternatywne sposoby produkowania energii są obecnie intensywnie rozwijane. Wodorowe ogniwa paliwowe mogą w niedalekiej przyszłości znaleźć szerokie zastosowanie w motoryzacji.
Technologia ogniw paliwowych budzi coraz większe zainteresowanie. Alternatywne sposoby produkowania energii są obecnie intensywnie rozwijane. Konieczność zmian wynika przede wszystkim z zanieczyszczenia środowiska i powietrza, ale także z rozwoju technologicznego i niemalejącego zapotrzebowania na energię użytkową. Wodorowe ogniwa paliwowe mogą w niedalekiej przyszłości znaleźć szerokie zastosowanie w motoryzacji. Jednocześnie należy pamiętać, że tak samo jak każda inna technologia, wodorowe ogniwa paliwowe mają pewne ograniczenia. Zadaniem ogniwa paliwowego – niezależnie od jego rodzaju – jest generowanie energii elektrycznej w procesie utleniania się dostarczanego do nich paliwa. Ich praca wygląda zupełnie inaczej niż w przypadku ogniw galwanicznych, do których zalicza się akumulatory i baterie. W przeciwieństwie do tego typu elementów ogniwa paliwowe nie muszą być ładowane, a ich działanie może rozpocząć się niemal od razu po doprowadzeniu paliwa. Wodorowe ogniwa paliwowe to najczęściej stosowany wariant. Zanurzone w elektrolicie elektrody wykorzystują wodór (na anodzie) i tlen (na katodzie), co pozwala między innymi wyeliminować szkodliwe substancje powstające w procesie spalania – w tym przypadku do środowiska trafia wyłącznie para wodna. Zasada działania polega więc na bezpośredniej zamianie energii wiązań chemicznych paliwa w energię elektryczną na drodze reakcji chemicznych, głównie utleniania. Jest to technologia naturalnie czysta. Poziom szkodliwych emisji związanych z działaniem ogniwa paliwowego jest zaniedbywalny w porównaniu np. z technologią spalania, bowiem głównym składnikiem emisji, jak już wspomniano, jest para wodna. Dzięki wykorzystaniu wodoru proces spalania paliwa nie zmienia składu chemicznego elektrolitów ani elektrod. To kolejny istotny aspekt różnic pomiędzy ogniwami paliwowymi a galwanicznymi. Akumulatory opierają swoje działanie na reakcjach, które mogą prowadzić do zmian w stosowanych substancjach – stąd bierze się również potrzeba ładowania, które polega na odwróceniu tych procesów.
Zasada działania ogniwa paliwowego została po raz pierwszy zaobserwowana przez brytyjskiego prawnika, naukowca amatora, sir Williama Grove’a w 1839 roku podczas eksperymentu elektrolizy. Zauważył on, że po odłączeniu baterii od elektrolizera i połączeniu ze sobą dwóch elektrod płynie między nimi prąd (w przeciwnym kierunku), pochłaniając gazy – wodór i tlen. Jego „bateria gazowa” – bo tak został nazwany wynalazek – składała się z platynowych elektrod umieszczonych w probówkach z wodorem i tlenem, zanurzonych w rozcieńczonym kwasie siarkowym. Napięcie generowane przez układ wynosiło około 1 wolta. Z uwagi na niestabilność materiałów i korozję wynalazek nie miał praktycznego zastosowania, dlatego nie prowadzono dalszych badań „baterii gazowej”. Prace nad ogniwem paliwowym zostały wznowione w 1930 roku przez angielskiego inżyniera, chemika Francisa Bacona. W 1950 roku stworzył on praktyczne ogniwo wykorzystujące elektrolit alkaliczny (wodorotlenek potasu), a elektrody były zbudowane z proszku niklowego. Tak powstało pierwsze ogniwo paliwowe AFC (ang. alkaline fuel cell).
Ogromną zaletą korzystania z tego typu ogniw paliwowych jest ich neutralny wpływ na środowisko. Co więcej, wodorowe ogniwo paliwowe generuje też niski poziom hałasu. Technologia wodorowych ogniw paliwowych pozwala ponadto na wydajną pracę przez długi czas oraz możliwość dużych przeciążeń chwilowych. Zdecydowaną zaletą w codziennej eksploatacji samochodu na wodór jest szeroka dostępność tego pierwiastka – można go pozyskiwać niemal wszędzie, dzięki czemu koszty dla kierowców będą minimalne. Jeden „bak” w najnowszych samochodach wodorowych pozwala na przejechanie nawet ponad 700 km, co jest znaczącą przewagą nad innymi pojazdami elektrycznymi. Minusem wodorowych ogniw paliwowych jest dość wysoki koszt materiałów wykorzystywanych do ich budowy. Ponadto sprawność tego typu układów jest niższa niż podczas magazynowania energii w akumulatorach. Sam proces pozyskania wodoru również wymaga pewnego nakładu energii. Mimo tego wodór jest uznawany za pierwiastek o sporym potencjale w roli źródła energii zarówno dla samochodów, jak i w zastosowaniach stacjonarnych.
za: Instytut Energetyki i Nafta-Gaz, nr 5/2021
Jestem energiczny, ekstrawertyczny, ufny swoim możliwościom, zawsze dążący do osiągnięcia konkretnego celu.
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Technologie
