Samochody elektryczne mogą zostać wyparte przez pojazdy napędzane wodorem . Można go wykorzystać w dwojaki sposób: bezpośrednio jako paliwo spalane w komorze silnika lub w ogniwach paliwowych do wytworzenia energii napędzającej silnik. Co bardzo istotne - wodór to pierwiastek najczęściej występujący na Ziemi. Z czasem, kiedy przede wszystkim uda się obniżyć koszty produkcji ogniw paliwowych, samochody na wodór będą bardziej dostępne.
Ogniwa paliwowe – budowa
Ogniwa paliwowe związane są z alternatywnymi źródłami energii elektrycznej. Główną cechą ogniwa paliwowego jest największy zysk mocy z jednostki paliwa . Co bardzo ważne – odbywa się to przy braku emisji toksycznych spalin, a jednocześnie przy wysokiej efektywności wykorzystania energii paliwa.
Ogniwa paliwowe to rodzaj urządzenia, które zamienia energię chemiczną paliwa bezpośrednio w energię elektryczną . W pierwszym etapie wodór przesyłany jest ze zbiornika do ogniwa, gdzie dodaje się do niego powietrze (wykorzystując turbosprężarkę). Później z ogniwa paliwowego do przetwornicy przesyłany jest prąd stały, gdzie przetwarzany jest na prąd zmienny. Następnie przechodzi on do silnika indukcyjnego, a w ostatnim etapie następuje przekazanie momentu obrotowego na koła pojazdu.
Podstawowym elementem tego układu są ogniwa paliwowe. Zbudowane są z dwóch elektrod: anody i katody, które rozdzielane są na dwa sposoby: membraną elektrolityczną lub elektrolitem. Ich zadanie polega na umożliwieniu ruchu kationów przy jednoczesnym zablokowaniu przepływu elektronów. Wodór rozbijany jest na protony i elektrony w momencie dotarcia do anody. Protony przedostają się przez elektrolit do katody, gdzie przesyłane jest również powietrze. Elektrony przeprowadzane są do katody zewnętrznym obwodem, dzięki czemu wytwarzany jest prąd elektryczny. W reakcji wodoru z tlenem uzyskuje się ciepło, wodę oraz prąd elektryczny.
Ogniwa paliwowe – zasady działania
Energia wiązania pierwiastków wodoru i tlenu w cząsteczce wody jest mniejsza niż łączna energia wiązania cząstek wodoru (H2) i tlenu (O2). W związku z tym w trakcie reakcji wiązania tlenu z wodorem wytwarza się nadmiar energii. Można ją przetworzyć na energię cieplną, która następnie przetwarzana jest w energię mechaniczną, wykorzystywaną do pracy silnika. Z drugiej strony nadmiar energii może być przekształcany w energię elektromechaniczną , wykorzystywaną w ogniwach paliwowych.
W samochodach, w których wykorzystywane są ogniwa paliwowe, zamontowane są zbiorniki do magazynowania sprężonego wodoru . Swoim kształtem przypominają zbiorniki do LPG. Są jednak zdecydowanie bardziej skomplikowane w związku z użytą technologią. Wnętrze zbiornika wykonane jest z aluminum lub stali, co stanowi około 1/5 masy całego zbiornika. Zewnętrzną warstwą jest materiał kompozytowy. Wynika to z konieczności stworzenia zbiornika odpornego na uszkodzenia mechaniczne. Przy pełnym zbiorniku pojazd może przejechać około 600 km.
Póki co problemem jest bardzo wysoka cena ogniw paliwowych . Samochody z taką technologią kosztują ponad 100 tys. złotych. Do tej ceny należy doliczyć koszty rocznych przeglądów, które mogą sięgać nawet do 4 tys. złotych.
Ogniwa paliwowe w samochodach – rodzaje
Ogniwa paliwowe są bardzo zróżnicowane. Do napędu samochodów wykorzystuje się ogniwa niskotemperaturowe. Funkcjonują one w temperaturach niższych niż 250°C, ale warunkiem ich prawidłowego działania jest zastosowanie czystego wodoru. Dzięki relatywnie niskiej temperaturze pracy nie ma potrzeby stosowania termoodpornych materiałów, w związku z czym użytkowanie takich ogniw jest bezpieczniejsze i można je stosować swobodnie w pojazdach samochodowych. Wśród tego rodzaju ogniw można wyróżnić trzy główne rodzaje :
· Ogniwo alkaliczne AFC – w tym przypadku elektrolitem jest wodorotlenek potasu. Pracuje w temperaturze 65–220°C. Dzięki temu silnik można bardzo szybko uruchomić. Są one bardzo wydajne, lekkie, ale też mało pojemne. Co równie istotne – zużywają się stosunkowo szybko, charakteryzują się też problemami z usunięciem wody – bez tej czynności nie jest możliwe uruchomienie pojazdu.
· Ogniwo kwasu fosforowego PAFC – elektrolitem w tego rodzaju ogniwach paliwowych jest stężony kwas fosforowy. Temperatura pracy to przedział 150–205°C. Posidają dużą odpornośc na dwutlenek węgla, ale ich wadą jest duża korozyjność, łatwe przedostawanie się wody do elektrolitu, przez co jest on rozcieńczany. Poza tym są one dosyć duże i ciężkie.
· Ogniwo z membraną elektrolityczną PEM – w tym ogniwie elektrolitem jest membrana polimerowa pokryta teflonem. Ogniowo pracuje w temperaturze 160–195°C. Zalety to: bardzo szybki rozruch, duża wydajność, brak korozji w związku z zastosowanym elektrolitem, niewielki rozmiar i trwałe materiały, z których jest zbudowane. Natomiast bardzo istotną wadą jest wysoka cena związana z koniecznością użycia platyny w procesie produkcji.
Zobacz film: Paliwo ze śmieci.
Autor: Redakcja Dzień Dobry TVN