Wszystko
o samochodach

Aktualności / Informacje

Wodór pod maską

Data publikacji: Autor: Jerzy Kastura

Ogniwa paliwowe alternatywą dla ropy naftowej.

W roku 1800 uczeni Nicholson i Garlisle dokonali po raz pierwszy elektrolizy wody: podłączywszy do prądu stałego zanurzone w zakwaszonej wodzie anodę i katodę otrzymali tlen i wodór. 39 lat później William Grove, brytyjski sędzia i uczony, odkrył, że reakcja elektrolizy wody jest odwracalna i łącząc wodór z tlenem, w odpowiednim środowisku, można wytwarzać prąd elektryczny. Tak powstało pierwsze ogniwo paliwowe.

Już kilka miesięcy później Niemiec Moriz Jakopi zbudował łódź napędzaną ogniwami paliwowymi. Ponieważ do budowy użył platyny, konstrukcja okazała się bardzo droga i eksperymentów na długi czas zaniechano.
Dopiero w 1965 r. naukowcy z NASA zastosowali unowocześnione ogniwa paliwowe do zasilania radiostacji statków kosmicznych oraz do wytwarzania na nich wody. Do końca lat 80. ogniwa paliwowe uważano za zbyt kosztowne, bo cena wytworzenia 1 kilowata sięgała 100 000 dolarów.

Czyste, bezszmerowe elektrownie
Rozwój technologii, wymuszony m.in. lotami kosmicznymi, a także naciski ekologów spowodowały, że ponownie zainteresowano się tymi idealnymi maszynami do wytwarzania prądu. Bezawaryjnymi i przyjaznymi środowisku naturalnemu źródłami prądu najbardziej interesuje się przemysł motoryzacyjny, bo ekonomia i konkurencja zmusza go do zwiększania sprawności napędu, a przepisy ekologiczne do ograniczania emisji zanieczyszczeń.
Teoretyczne obliczenia wykazują, że koszty eksploatacji auta z ogniwem paliwowym będą o 25 proc. niższe niż takiego samego samochodu z silnikiem benzynowym.

Mocny, ale niebezpieczny
W ogniwie jako paliwo najprościej byłoby stosować wodór, ale ponieważ bezpośrednie operowanie wodorem jest bardzo niebezpieczne, konstruktorzy zdecydowali się wykorzystać gaz ziemny, którego głównym składnikiem (około 90 proc.) jest metan, a w drugiej kolejności najbezpieczniejszy - metanol. W ogniwie paliwowym łączy się wodór dostarczany przez anodę i tlen transportowany przez katodę. Elektrody oddziela elektrolit lub specjalna membrana. Anoda jest pokryta platyną, która pełni rolę katalizatora. Elektrony przepływają przewodem z anody do katody, wykonując po drodze pracę - np. napędzając silnik elektryczny.
Oprócz prądu w elektrochemicznej reakcji powstaje także woda. Jako paliwo mogł też być wykorzystywane bogate w wodór gaz ziemny, propan, metanol, węglowodory. Utleniaczem w procesie zawsze jest tlen, który może być dostarczany w czystej postaci lub pozyskiwany bezpośrednio z powietrza. Anoda i katoda muszą być wykonane z materiału porowatego, aby gazy (wodór i tlen) stykały się z elektrolitem na jak największej powierzchni. Ogniwo paliwowe produkuje tym więcej energii, im większy jest przepływ gazów i ich ciśnienie.

Volt do volta
Między elektrodami możemy uzyskać napięcie o wartości od 0,6 do 0,9 V, moc waha się w granicach od 0,3 W do 0,6. Po zestawieniu ogniw w pakiet można otrzymać moc 30 - 50 kW, przy wielkości urządzenia umożliwiającej umieszczenie go w samochodzie osobowym. Sprawność takiego ogniwa waha się w granicach 50 - 65%. Stos ogniw o powierzchni metra kwadratowego jest w stanie generować setki kilowatów.
Ta samochodowa elektrownia nim zacznie działać musi być podgrzana do 80 - 100 stop. C, później energii dostarcza już chemoreakcja. Jeżdżące już prototypy samochodów napędzanych ogniwami paliwowymi potrzebują ok. 3 min na rozruch z dodatkowego źródła energii. Bezwładność ogniw jest znaczna, trudno uzyskać więcej prądu po wciśnięciu pedału przyspieszenia.
Obecnie, przy mocy 45 kW, masa kompletnej instalacji pozyskiwania wodoru z metanolu, ogniwa, silnika itd. przekracza 600 kg (ok. 14 kg/1 kW).

Gdy nadchodzi starość
Pozostaje także problem starzenia się ogniw paliwowych. Zanieczyszczenia zawarte w paliwie powodują stopniowe zatykanie porowatych elektrod, co nieuchronnie ogranicza przepływ jonów wodoru i tlenu, zmniejszając wydajność prądową. Konstruktorzy starają się stworzyć zestawy o żywotności nie mniejszej niż 40.000 godzin (co będzie oznaczało konieczność wymiany całego bloku co 5 - 7 lat).

Do początku artykułu

Spodobał Ci się artykuł? Udostępnij go swoim znajomym na Facebooku i Twitterze!

Ogłoszenia motoryzacyjne pochodzą z serwisu Gratka.pl

Brak komentarzy - napisz pierwszy

Najnowsze motofakty

Wszystkie artykuły
Advertisement

Motofakty mazowieckie

Top 5 motofaktów

Testy i porównania

Premiery i nowości