Zasoby ropy naftowej nie świecie nie są niewyczerpalne. W pewnym momencie może dojść do sytuacji, w której ropy naftowej zabraknie. Nie zdarzy się to pewnie w najbliższych latach, ale już teraz trzeba zintensyfikować prace nad alternatywnymi źródłami energii. Wydaje się, że samochody napędzane prądem stanowią tylko etap przejściowy.

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. 

Zobacz film: Paliwo ze śmieci. Źródło: Dzień Dobry TVN

Co sądzisz o tym artykule?
48
4
Wybrane dla Ciebie
Komentarze
0