Do niedawna technologia wykorzystująca ogniwo paliwowe była dostępna jedynie w zastosowaniach niekomercyjnych. Korzystano z niej np. w misjach kosmicznych, a ogromny koszt wytworzenia 1 kW energii praktycznie niweczył wykorzystanie jej na szerszą skalę. Jednak wynalazek skonstruowany przez Williama Grove’a w końcu znalazł swoje powszechne wykorzystanie. Przeczytaj o ogniwach wodorowych i przekonaj się, czy będzie cię stać na auto z takim zasilaniem!
Czym właściwie jest ogniwo paliwowe?
To zestaw dwóch elektrod (ujemnej anody i dodatniej katody) rozdzielony polimerową membraną. Ogniwa ma wytwarzać prąd elektryczny z dostarczanego do niego paliwa. Co ważne, w odróżnieniu od tradycyjnych ogniw akumulatorowych, prąd nie musi być do nich wcześniej dostarczany, a samo ogniwo paliwowe nie wymaga ładowania. Kluczowe jest dostarczenie do niego paliwa, które w omawianych urządzeniach składa się z wodoru i tlenu.
Ogniwa paliwowe – budowa układu
W samochodzie, który wykorzystuje ogniwo paliwowe, niezbędne są zbiorniki z wodorem. To z nich pierwiastek ten dostarczany jest do elektrod, w których powstaje energia elektryczna. Układ zazwyczaj wyposażony jest także w jednostkę centralną z przetwornicą. Zachodzi w niej zamiana prądu stałego na zmienny, który może być wykorzystywany do zasilania silnika elektrycznego. To właśnie on jest sercem auta, które moc czerpie z jednostek prądowych.
Ogniwa paliwowe i zasada działania
Aby ogniwo paliwowe mogło wytworzyć prąd elektryczny, konieczne jest przeprowadzenie reakcji chemicznej. W tym celu do elektrod dostarczane są cząsteczki wodoru i tlenu z atmosfery. Wodór podany na anodę to przyczyna powstania elektronów i protonów. Tlen z atmosfery dostarczany jest zaś na katodę i reaguje z elektronami. Półprzepuszczalna membrana polimerowa sprawia, że dodatnie protony wodoru są dostarczane do katody. Tam łączą się z anionami tlenkowymi i w efekcie powstaje woda. Natomiast elektrony obecne na anodzie są dostarczane obwodem elektrycznym dalej, by wytworzyć prąd.
Ogniwo paliwowe – zastosowanie
Poza motoryzacją ogniwo paliwowe ma sporo zastosowań. Może ono służyć jako źródło prądu w miejscach pozbawionych swobodnego dostępu do sieci energetycznej. Poza tym, ogniwa tego rodzaju sprawdzają się na statkach podwodnych czy stacjach kosmicznych, gdzie nie ma dostępu do powietrza atmosferycznego. Poza tym, roboty mobilne, urządzenia codziennego użytku, a także systemy zasilania awaryjnego działają przy wykorzystaniu ogniw paliwowych.
Ogniwa paliwowe – wady i zalety technologii
Jakie są zalety ogniwa paliwowego? Zapewnia ono czystą energię, która nie ma negatywnego wpływu na środowisko. W wyniku reakcji powstaje prąd i woda (ta najczęściej w postaci pary wodnej). Poza tym, w sytuacjach awaryjnych np. przy wybuchu zbiornika albo jego rozszczelnieniu wodór dzięki niewielkiej masie ulatnia się pionowo i spala wąskim słupem ognia. Ogniwo paliwowe wyróżnia się też pod kątem sprawności, ponieważ uzyskuje wyniki w granicach 40-60%. Jest to poziom nieosiągalny dla jednostek spalinowych, a pamiętajmy, że te parametry mogą jeszcze się poprawić.
Ogniwo wodorowe i jego gorsze strony
Teraz kilka słów o wadach tego rozwiązania. Wodór jest najpowszechniejszym pierwiastkiem występującym na ziemi, ale bardzo łatwo tworzy związki z innymi pierwiastkami. Otrzymywanie go w czystej postaci nie jest łatwe i wymaga specjalnego procesu technologicznego. A ten (przynajmniej na razie) jest bardzo kosztowny. Jeśli chodzi o wodorowe ogniwo paliwowe, cena niestety nie zachęca. Przejechanie 1 kilometra w może wynieść nawet 5-6 razy więcej niż w przypadku silnika elektrycznego. Druga sprawa to brak infrastruktury pozwalającej tankować wodór.
Samochody na ogniwa paliwowe – przykłady
Skoro mowa o motoryzacji, przedstawiamy kilka modeli, które z powodzeniem jeżdżą przy użyciu ogniw paliwowych. Jednym z popularniejszych aut na ogniwo paliwowe jest Toyota Mirai. To samochód ze zbiornikami o pojemności ponad 140 litrów. Jest wyposażony w dodatkowe baterie magazynujące energię podczas spokojnej jazdy. Producent deklaruje, że można tym modelem Toyoty przejechać 700 kilometrów na jednym tankowaniu. Mirai ma moc 182 KM.
Inne pojazdy, które działają w oparciu o ogniwo paliwowe potrzebne do uzyskiwania energii elektrycznej, to:
- Lexus LF-FC;
- Honda FCX Clarity;
- Nissan X-Trail FCV (Fuel Cell Vehicle);
- Toyota FCHV (Fuel Cell Hybrid Vehicle);
- Hyundai ix35 Fuel Cell;
- Ursus City Smile Fuel Cell Electric Bus.
Czy ogniwo wodorowe ma szansę sprawdzić się na szerszą skalę w motoryzacji? Technologia uzyskiwania energii elektrycznej z ogniw paliwowych nie jest nowa. Jednak trudno o jej popularyzację wśród aut osobowych bez taniego procesu technologicznego do produkcji czystego wodoru. Nawet jeśli pojazdy zasilane prądem wytwarzanym przez ogniwo paliwowe wejdą do powszechnej sprzedaży, nadal mogą być w tyle pod względem opłacalności dla zwykłego kierowcy. Dlatego nadal najciekawszą opcją wydają się tradycyjne auta elektryczne.
