Ogniwa paliwowe w samochodach osobowych już się opłacają?
Zawartość
Do niedawna technologia ogniw paliwowych była dostępna tylko do zastosowań niekomercyjnych. Wykorzystywano ją np. w lotach kosmicznych, a ogromny koszt wytworzenia 1 kW energii praktycznie wykluczał jej zastosowanie na większą skalę. Jednak wynalazek, zaprojektowany przez Williama Grove'a, ostatecznie znalazł szerokie zastosowanie. Przeczytaj o ogniwach wodorowych i sprawdź, czy stać Cię na samochód z takim zasilaczem!
Co to jest ogniwo paliwowe?
Jest to zestaw dwóch elektrod (ujemnej anody i dodatniej katody) oddzielonych membraną polimerową. Ogniwa muszą generować energię elektryczną z dostarczonego im paliwa. Warto zaznaczyć, że w przeciwieństwie do tradycyjnych ogniw akumulatorowych nie trzeba ich wcześniej zasilać energią elektryczną, a samo ogniwo paliwowe nie wymaga ładowania. Chodzi o to, aby zasilić go paliwem, które w omawianych urządzeniach składa się z wodoru i tlenu.
Ogniwa paliwowe - projektowanie systemu
Pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi wymagają zbiorników wodoru. To z nich pierwiastek ten dostaje się do elektrod, gdzie generowany jest prąd. System zwykle wyposażony jest również w jednostkę centralną z konwerterem. Zamienia prąd stały na prąd przemienny, który może być wykorzystany do zasilania silnika elektrycznego. To on jest sercem auta, czerpiącym swoją moc z dotychczasowych jednostek.
Ogniwa paliwowe i zasada działania
Aby ogniwo paliwowe mogło wytwarzać energię elektryczną, konieczna jest reakcja chemiczna. W tym celu do elektrod dostarczane są cząsteczki wodoru i tlenu z atmosfery. Wodór oddany do anody jest przyczyną powstawania elektronów i protonów. Tlen z atmosfery dostaje się do katody i reaguje z elektronami. Półprzepuszczalna membrana polimerowa dostarcza dodatnie protony wodoru do katody. Tam łączą się z anionami tlenków, w wyniku czego powstaje woda. Z drugiej strony elektrony obecne na anodzie przechodzą przez obwód elektryczny, wytwarzając elektryczność.
Ogniwo paliwowe - zastosowanie
Poza przemysłem motoryzacyjnym ogniwo paliwowe ma wiele zastosowań. Może służyć jako źródło energii elektrycznej w miejscach bez swobodnego dostępu do sieci elektrycznej. Ponadto ogniwa tego typu dobrze sprawdzają się w łodziach podwodnych czy stacjach kosmicznych, gdzie nie ma dostępu do powietrza atmosferycznego. Ponadto ogniwa paliwowe zasilają roboty mobilne, sprzęt AGD i systemy zasilania awaryjnego.
Ogniwa paliwowe - zalety i wady technologii
Jakie są zalety ogniwa paliwowego? Dostarcza czystą energię bez negatywnego wpływu na środowisko. Reakcja wytwarza energię elektryczną i wodę (zwykle w postaci pary). Ponadto w sytuacjach awaryjnych, np. podczas wybuchu lub otwarcia zbiornika, wodór ze względu na swoją małą masę ucieka pionowo i pali się w wąskiej kolumnie ognia. Ogniwo paliwowe wyróżnia się także wydajnością, osiągając wyniki w przedziale 40-60%. To poziom nieosiągalny dla komór spalania, a pamiętajmy, że te parametry można jeszcze poprawić.
Pierwiastek wodoru i jego wady
Teraz kilka słów o wadach tego rozwiązania. Wodór jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi, ale bardzo łatwo tworzy związki z innymi pierwiastkami. Uzyskanie go w czystej postaci nie jest łatwe i wymaga specjalnego procesu technologicznego. A ten (przynajmniej na razie) jest bardzo drogi. Jeśli chodzi o wodorowe ogniwo paliwowe, cena niestety nie jest zachęcająca. Możesz przejechać 1 kilometr nawet 5-6 razy więcej niż w przypadku silnika elektrycznego. Drugim problemem jest brak infrastruktury do tankowania wodoru.
Pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi – przykłady
Mówiąc o samochodach, oto kilka modeli, które z powodzeniem napędzają ogniwa paliwowe. Jednym z najpopularniejszych pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi jest Toyota Mirai. Jest to maszyna ze zbiornikami o pojemności ponad 140 litrów. Wyposażony jest w dodatkowe akumulatory do magazynowania energii podczas spokojnej jazdy. Producent twierdzi, że ten model Toyoty może przejechać 700 kilometrów na jednej stacji benzynowej. Mirai ma moc 182 KM.
Inne pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi potrzebne do wytwarzania energii elektrycznej to:
- Lexus LF-FC;
- Przejrzystość Hondy FCX;
- Nissan X-Trail FCV (pojazd na ogniwa paliwowe);
- Toyota FCHV (pojazd hybrydowy z ogniwami paliwowymi);
- ogniwo paliwowe Hyundai ix35;
- Autobus elektryczny na ogniwa paliwowe Ursus City Smile.
Czy ogniwo wodorowe ma szansę sprawdzić się w motoryzacji? Technologia wytwarzania energii elektrycznej z ogniw paliwowych nie jest nowa. Trudno jednak spopularyzować go wśród samochodów osobowych bez taniego procesu technologicznego pozyskiwania czystego wodoru. Nawet jeśli pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi trafią do powszechnej sprzedaży, mogą nadal pozostawać w tyle pod względem opłacalności dla przeciętnego kierowcy. Dlatego tradycyjne pojazdy elektryczne nadal wydają się być najciekawszą opcją.
