www.dzyszla.aplus.pl
Opole, dn. 20 czerwca 2006
Politechnika Opolska
Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki
Kierunek: Informatyka
Podstawy elektroenergetyki
Temat:
Ogniwa wodorowe
Autor:
Dawid Najgiebauer
Informatyka w elektroenergetyce,
rok 2005/06, sem. VI
Prowadzący:
dr hab. inż. T. Boczar, prof. PO
Ocena:
................................................
Uwagi:
.................................................
O P O L E 2 0 0 6
www.dzyszla.aplus.pl
www.dzyszla.aplus.pl
3
Spisy
Spis treści
1.
Wstęp ......................................................................................................................................................... 4
2.
Historia ogniw paliwowych ....................................................................................................................... 5
3.
Zasada działania ogniw wodorowych ........................................................................................................ 6
4.
Budowa Ogniwa ........................................................................................................................................ 8
5.
Rodzaje ogniw paliwowych ..................................................................................................................... 10
6.
Wpływ ogniw na środowisko................................................................................................................... 12
7.
Zastosowanie ogniw paliwowych ............................................................................................................ 13
8.
Ogniwa paliwowe a Polska ...................................................................................................................... 15
9.
Przyszłość ogniw paliwowych ................................................................................................................. 16
10.
Bibliografia .............................................................................................................................................. 17
Spis ilustracji
Rysunek 2.1. Pierwszy generator złożony z ogniw paliwowych zaprezentowany przez Williama Grove'a. ...... 5
Rysunek 3.1. Schemat działania ogniwa wodorowego. ..................................................................................... 6
Rysunek 3.2. Różnica energetyczna wykorzystywana do produkcji energii w ogniwach wodorowych............. 7
Rysunek 4.1. Budowa ogniwa paliwowego. ...................................................................................................... 8
Rysunek 4.2. Łączenie ogniw w pakiet. ............................................................................................................. 9
Rysunek 5.1. Rodzaje ogniw paliwowych oraz zachodzące w nich reakcje. ................................................... 10
Rysunek 6.1. Ogniwo PEM zintegrowane z laptopem, Fraunhofer ISE.......................................................... 13
Rysunek 6.2. Stacja dokująca DMFC do laptopów......................................................................................... 13
Rysunek 6.3. Kolejne generacje samochodów na wodór: a) Necar 1 o mocy 50kW na wodór gazowy; b)
Necar 2 o mocy 50kW na wodór gazowy; c) Necar 3 o mocy 50kW na metanol; d) Necar 4 o mocy 70kW na
wodór z butli; e) Necar 5 o mocy 75kW na metanol i akumulatory ładowane przy hamowaniu; f) Mazda
Premacy FC-EV z zespolem o mocy 75 kW na metanol.
.................................................................................. 14
Rysunek 6.4. Ballard PEMFC. ........................................................................................................................ 14
www.dzyszla.aplus.pl
Wstęp
4
1. Wstęp
Od samego początku wynalezienia energii elektrycznej, trwały poszukiwania w dziedzinie sposobu jej
taniego wytwarzania. Jak się okazało, surowców do jej produkcji nie brakuje, jednak dopiero w ostatnich
czasach zaczęto zwracać uwagę na jeszcze jeden istotny aspekt w produkcji energii elektrycznej – jej
„czystość”. Dlatego to właśnie uwaga społeczeństwa zwraca się w stronę badań nad alternatywnymi źródłami
energii elektrycznej, które w jak najmniejszym stopniu będą zanieczyszczać środowisko.
Jeden ze sposobów na pozyskiwanie energii w sposób czysty i wydajny dostarczają ogniwa paliwowe.
Ogniwa paliwowe (ang. Fuel Cell) są to urządzenia, których zadaniem jest odzyskiwanie prądu
elektrycznego z różnego typu przemian chemicznych.
Szczególnym przypadkiem tych ogniw są ogniwa wodorowe, w których wodór jest istotnym elementem
biorącym czynny udział w produkcji energii. To właśnie w nich upatruje się źródła energii, które zastąpi
bardzo wiele dziś stosowanych głównie w motoryzacji oraz elektronice. Choć badania nie są obecnie jeszcze
ukończone, to już wiadomo, że ogniwa paliwowe odegrają w przyszłości ważną rolę w zaopatrywaniu i
transporcie energii.
www.dzyszla.aplus.pl
Historia ogniw paliwowych
5
2. Historia ogniw paliwowych
Historia ogniw paliwowych sięga końca XIX wieku, kiedy to w roku 1838 szwajcarski chemik Christian
Friedrich Schönbein odkrył, a na początku następnego roku opisał zasadę działania ogniw wodorowych. Na
podstawie tego walijski sędzia i uczony sir William Grove stworzył w 1842 r. pierwsze działające ogniwo
paliwowe. Pierwszy generator złożony z ogniw paliwowych został zaprezentował przez Grove’a w
1844/1845 roku. Składał się on z 10 ogniw paliwowych połączonych w serię i był zasilany wodorem
powstającym w reakcji cynku z kwasem. Niestety ogniwo paliwowe zostało wkrótce przyćmione na długie
lata przez rozwój prądnicy elektrycznej wynalezionej w 1866 r. przez Wernera von Siemens.
Rysunek 2.1. Pierwszy generator złożony z ogniw paliwowych zaprezentowany przez Williama Grove'a.
Ze względu na duże i łatwo dostępne zasoby ropy naftowej oraz z powodu wynalezienia silnika spalinowego
ogniwa paliwowe nie znalazły praktycznego zastosowania aż do lat sześćdziesiątych XX wieku, kiedy to
Stany Zjednoczone wykorzystały je jako źródło elektryczności i wody w swoim programie kosmicznym
m.in. w pojazdach kosmicznych Apollo, Gemini, Skylab.
Ale dopiero globalny kryzys energetyczny, który wystąpił w 1973 r. stał się bodźcem do zintensyfikowania
badań nad ogniwami i pozwolił im przeżyć drugi renesans.
Jeszcze pod koniec lat 80-tych ogniwa paliwowe lekceważono – z powodu ich wysokiej ceny. Koszt takich
urządzeń był, astronomiczny i sięgał 100 000 dolarów za kilowat. Jednak od lat dziewięćdziesiątych nastąpił
duży przełom w dziedzinie ogniw, a jednocześnie rozwój technologii taniego pozyskiwania wodoru.
W roku 1994 koncern Daimler Chrysler zaprezentował elektryczne samochód na wodór gazowy o nazwie
Necar 1
; zasilany on był ogniwem o mocy 50 kW. Instalacja
zajmowała prawie całą przestrzeń bagażową tego pojazdu.
Rozwój ogniw paliwowych jest spowalniany obawami wobec
wodoru jako paliwa. Wierzy się powszechnie, że wodór jest
niezwykle wybuchowym i niebezpiecznym gazem. Przekonanie to
bierze swoje źródło z katastrofy sterowca „Hidenburg” w 1937 r.,
który zapalił się i spadł w Lakehurst w USA. 35 z 97 pasażerów
zginęło w wyniku, jak się powszechnie sądzi, eksplozji wodoru.
Prawdziwą przyczyn pożaru był wybuchowy skład farby, która
była mieszanką aluminium, żelaza i tlenu. Większość ludzi zginęła
wyskakując, a nie od płomieni. W przeciwieństwie do większości
gazów wodór jest lżejszy od powietrza i jego stężenie szybko
spada do bezpiecznego, jeżeli nastąpi przeciek. Wodór nie jest
toksyczny i jest mniej palny niż benzyna.
Rysunek 2.2. Katastrofa
Hindenburg'a zahamowała rozwój
ogniw wodorowych.
www.dzyszla.aplus.pl
Zasada działania ogniw wodorowych
6
3. Zasada działania ogniw wodorowych
Ogniwa wodorowe do produkcji energii elektrycznej wykorzystują wodór oraz tlen. Ten pierwszy pozyskuje
się z odnawialnych źródeł energii, takich jak energia Słońca, hydroenergia, biomasa, i z kopalnych - przede
wszystkim z gazu ziemnego przez system tzw. reformingu. Wodór pozyskiwany z paliw kopalnych jest, jak
na razie, tańszy. Tlen najczęściej pobiera się z powietrza.
2H
2
+ O
2
2H
2
O + PRĄD + CIEPŁO
Rysunek 3.1. Schemat działania ogniwa wodorowego.
Ogniwo paliwowe jest urządzeniem do elektrochemicznej konwersji energii. Zamienia ono energię
chemiczną w energię elektryczną poprzez dwie odseparowane reakcje elektrochemiczne. W zasilanym
wodorem ogniwie paliwowym z elektrolitem w postaci membrany polimerowej (PEMFC) wodór jest
utleniany do protonów i elektronów na anodzie (H
2
2H
+
+ 2e
-
). Protony przemieszczają się poprzez
membranę do katody. Dzięki izolacyjnym właściwościom membrany elektrony muszą wędrować dookoła
przez zewnętrzny obwód elektryczny. Na katodzie tlen reaguje z protonami tworząc wodę, która jest
jedynym produktem ubocznym („spalinami”) w wodorowym PEMFC (½O
2
+ 2H
+
+ 2e
-
H
2
O).
Zwykle elektrody mają postać nawęglonego papieru pokrytego platyną w charakterze katalizatora reakcji.
Siłą napędową w ogniwie paliwowym jest naturalna dążność do stanów o niższej chemicznej energii
swobodnej. Wodór i tlen są w swojej obecności niestabilne i spontanicznie tworzą wodę w reakcji redoks
1
.
Produkt (woda) ma niższą energię swobodną niż substraty (wodór i tlen) i stąd jest uprzywilejowana przez
układ (naturę). Wymuszając redukcje i utlenianie po przeciwnych stronach elektrolitu różnica energetyczna
pomiędzy substratami i produktem może zostać przetworzona w energię elektryczną.
1
Reakcja redoks – reakcja chemiczna, w której dochodzi zarówno do redukcji jak i utleniania.
www.dzyszla.aplus.pl
Zasada działania ogniw wodorowych
7
Rysunek 3.2. Różnica energetyczna wykorzystywana do produkcji energii w ogniwach wodorowych.
Proces produkcji energii nie zmienia chemicznej natury elektrod oraz wykorzystywanych elektrolitów, jak
ma to miejsce w tradycyjnych ogniwach galwanicznych. Jedynym ograniczeniem ilości energii, którą może
wytworzyć ogniwo paliwowe jest pojemność zbiornika na paliwo. Proces „ładowania” polega jedynie na
uzupełnieniu paliwa.
Konstrukcja ogniw zapewnia im dużo większą sprawność w przetwarzaniu energii chemicznej na elektryczną
niż w silnikach spalinowych.
Maksymalne napięcie pojedynczego ogniwa nie przekracza 1V. W praktyce wiele ogniw musi pracować w
połączeniu. Zazwyczaj łączy się kilka ogniw w pakiet (z ang. stack). Zmieniając liczbę i wielkość ogniw,
system ogniw paliwowych może zostać dostrojony do niemal każdych wymagań.
www.dzyszla.aplus.pl
Budowa Ogniwa
8
4. Budowa Ogniwa
Najważniejsze części w ogniwie paliwowym to elektrolit i elektrody. W kontrukcji ważne jest także
równomierne rozprowadzanie reagentów na całej powierzchni ogniwa. Rysunek poniżej przedstawia budowę
ogniwa paliwowego.
Rysunek 4.1. Budowa ogniwa paliwowego.
Elektrolit – pełni 3 główne funkcje w ogniwie paliwowym, jest przewodnikiem jonów, izolatorem
elektronów i fizycznie separuje reagenty anodowe od katodowych. Jony muszą przechodzić przez membranę
w celu zachowania równowagi pomiędzy anodą i katodą. Jakikolwiek przepływ prądu lub reagentów przez
elektrolit pogarsza działanie ogniwa, stąd właściwości elektrolitu mają bardzo duży wpływ na działanie
ogniwa paliwowego.
Elektrody – reakcje elektrochemiczne zachodzą na powierzchni elektrod. Paliwo ulega utlenieniu na
anodzie, a tlen jest redukowany na katodzie. Połączone membrana i elektrody nazwa się w języku angielskim
membrane electrode assembly
(MEA). W niskotemperaturowym ogniwie paliwowym należy zastosować
metale szlachetne, aby przyspieszyć reakcję. Platyna jest najszerzej stosowanym katalizatorem, czasem w
połączeniu z innymi metalami. W wyższych temperaturach (MCFC i SOFC) można zastosować tańsze
materiały.
Warstwy Dyfuzyjne (Gas Diffusion Layers (GDL)) – są stosowane tylko w niskotemperaturowych
ogniwach paliwowych. Odpowiadają za rozprowadzenie reagentów i odprowadzenie produktów z
powierzchni elektrod. Warstwy dyfuzyjne są optymalizowane przez nadanie im odpowiedniej
hydrofobowości. Ponieważ umieszcza się je pomiędzy elektrodami i talerzami muszą przewodzić prąd.
Talerze (Flow fields/bipolar plates) – zapewniają rozprowadzenie paliwa i utleniacza (powietrze) po całej
powierzchni ogniwa. Kanaliki o różnych kształtach – serpentyna, równoległy i inne są wycinane w talerzu,
by mógł nimi płynąć wodór lub powietrze. Dla różnych typów ogniw stosuje się różne materiały.
Przykładowo grafit, nierdzewna stal i tworzywa sztuczne dla niskotemperaturowych ogniw paliwowych, a
ceramika w wyższych temperaturach. Talerze pełnią także funkcję kolektorów prądu.
W celu wykonania układów ogniw paliwowych o większej mocy łączy się kilka ogniw w pakiet. W takim
wypadku talerze mają kanały po obu stronach i nazywa się je talerzami dwubiegunowymi (bipolar).
www.dzyszla.aplus.pl
Budowa Ogniwa
9
Rysunek 4.2. Łączenie ogniw w pakiet.
Do działania poza samymi ogniwami potrzebne są jeszcze Zbiornik paliwa, pompy, wiatrak i jednostka
kontrolna. W przeciwieństwie do baterii, paliwo jest przechowywane oddzielnie od konwertora energii.
Wodór można przechowywać w zbiornikach ciśnieniowych, w postaci wodorków metalu, w postaci ciekłej
lub związany chemicznie, np. jako metan lub metanol. W większości wypadków utleniaczem, czy źródłem
tlenu jest powietrze z otoczenia. Pompy i dmuchawy dostarczają paliwo i powietrze do ogniwa. W
niektórych ogniwach paliwowych wilgotność elektrolitu ma decydujący wpływ na przewodnictwo protonów,
a stąd na łączną przewodność. Dlatego używa się nawilżacza, aby dodać wodę do gazu i kontrolować stopień
wilgotności w ogniwie i membranie.
Choć teoretycznie straty w ogniwie są nieduże, podczas pracy wytwarza się dość dużo ciepła. Jeśli ogólna
wydajność wynosi 50%, to moc cieplna równa się elektrycznej. Z tego powodu system chłodzący, wodny lub
powietrzny, musi chronić ogniwo przed przegrzaniem.
Wszystkie powyższe części składowe muszą być zarządzane przez jednostkę sterującą, która zapewnia
stabilną pracę całego układu ogniw paliwowych.
www.dzyszla.aplus.pl
Rodzaje ogniw paliwowych
10
5. Rodzaje ogniw paliwowych
Ogniwa paliwowe można podzielić ze względu na temperaturę pracy, rodzaj elektrolitu i rodzaj
przewodzących jonów. Grupa ogniw niskotemperaturowych składa się z: PEMFC, PAFC i AFC. Ogniwo
paliwowe ze stałym tlenkiem i ogniwo ze stopionym węglanem to ogniwa wysokotemperaturowe. Obecnie
stosuje się następujące ogniwa:
•
alkaliczne ogniwo paliwowe (ang. Alkaline fuel cells),
•
ogniwo paliwowe oparte na kwasie fosforowym (ang. Phosphoric-acid fuel cells),
•
ogniwo z membraną do wymiany protonów (ang. Proton-exchange membrane fuel cell),
•
ogniwo paliwowe ze stopionymi węglanami (ang. Molten-carbonate fuel cells),
•
ogniwo paliwowe z zestalonym elektrolitem tlenkowym (ang. Solid-oxide fuel cells),
•
odwracalne ogniwo paliwowe (ang. Reversible Fuel Cell),
•
bezpośrednie ogniwo metanolowe (ang. Direct-methanol fuel cell).
Rysunek 5.1. Rodzaje ogniw paliwowych oraz zachodzące w nich reakcje.
Typowe właściwości ogniw paliwowych różnych rodzajów są wymienione w poniższej tabeli.
www.dzyszla.aplus.pl
Rodzaje ogniw paliwowych
11
Tabela 5.1. Rodzaje ogniw paliwowych
AFC
PEMFC
PAFC
MCFC
SOFC
Temperatura
działania
70-220°C
do 120°C
130-220°C
600-800°C
700-1000°C
Elektrolit
Zasada
potasowa
(KOH)
Membrana
polimerowa
Stężony kwas
fosforowy
Stopiony
węglan Li/K
Ceramika
tlenkowa
Paliwa
Czysty wodór
Wodór +
reformowany
metanol
Wodór, gaz
ziemny
Wodór, gaz
ziemny
Wodór, gaz
ziemny
Zakres mocy
Do 12 kW
Do 250 kW
Do 1 MW
Do 2 MW
Do 10 MW
Zastosowanie
Kosmonautyka,
łodzie
podwodne
Przenośne,
transportowe,
APU
1
, CHP
2
Małe
elektrownie,
APU
1
, CHP
2
Elektrownie
Elektrownie,
APU
1
, CHP
2
1
APU – Auxiliary Power Unit, pomocnicza jednostka mocy
2
CHP – Combined Heat and Power, kogeneracja elektryczności i ciepła
www.dzyszla.aplus.pl
Wpływ ogniw na środowisko
12
6. Wpływ ogniw na środowisko
Wpływ ogniw paliwowych na środowisko zależy w dużej mierze od metody uzyskiwania stosowanego w
nich paliwa. Ogniwa wodorowe nie mogą być używane jako pierwotne źródło energii, lecz konieczne jest
wytwarzanie stosowanego w nich wodoru. Chociaż wytwarzanie wodoru w procesie elektrolizy ma dość
dużą wydajność, to w połączeniu z tym, że przy stosowaniu w motoryzacji konieczne jest przechowywanie
wodoru pod dużymi ciśnieniami to całkowita wydajność ogniw może spaść poniżej poziomu
najwydajniejszych z silników spalinowych.
Inną metodą uzyskiwania wodoru jest wytwarzanie go z metanu w procesie reformingu parowego, który ma
wydajność około 80%. Produktem ubocznym tego procesu jest dwutlenek węgla, jednak szkodliwość dla
ś
rodowiska jest ograniczona, gdyż w przeciwieństwie do silników spalinowych dwutlenek węgla nie jest
emitowany do atmosfery przez każdy pojazd, lecz powstaje w miejscu wytwarzania wodoru, dzięki czemu
można go wykorzystać.
www.dzyszla.aplus.pl
Zastosowanie ogniw paliwowych
13
7. Zastosowanie ogniw paliwowych
Prostota i elastyczność ogniw paliwowych czynią je interesującymi we wszystkich aspektach konsumpcji
energii. Zastosowania ogniw paliwowych dzieli się z reguły na: przenośne, transportowe i stacjonarne.
W zakresie niskich mocy, od kilku miliwatów do kilku setek watów, ogniwa paliwowe są potencjalnym
substytutem dla dzisiejszych ładowalnych baterii. Rynek urządzeń przenośnych wzrasta bardzo szybko w
kilku ostatnich dziesięcioleciach. Laptopy, telefony przenośne, ręczne kamery i inne małe urządzenia
elektroniczne są sprzedawane w milionach egzemplarzy każdego roku.
Rysunek 7.1. Ogniwo PEM zintegrowane z laptopem, Fraunhofer ISE.
Rysunek 7.2. Stacja dokująca DMFC do laptopów.
W zakresie zastosowań transportowych obecnie zauważyć można, że niemal wszystkie firmy samochodowe
są zaangażowane w badania nad ogniwami paliwowymi. W ostatnich dziesięcioleciach poszukuje się
bardziej przyjaznych środowisku rozwiązań niż silnik spalinowy. W porównaniu z silnikiem spalinowym
ogniwa paliwowe nie produkują praktycznie zanieczyszczeń takich jak tlenki azotu i tlenki siarki. Ilość
dwutlenku węgla zależy od wybranego paliwa, ale jest zawsze mniejsza niż w silniku spalinowym, ponieważ
www.dzyszla.aplus.pl
Zastosowanie ogniw paliwowych
14
ogólna wydajność jest wyższa dla ogniw paliwowych. Zasadniczo udowodniono, że możliwe jest
zastosowanie ogniw paliwowych w samochodach. Dziś głównym zagadnieniem jest obniżenie kosztów.
Najdroższe w ogniwie są metale szlachetne i polimerowa membrana.
Rysunek 7.3. Kolejne generacje samochodów na wodór: a) Necar 1 o mocy 50kW na wodór gazowy; b)
Necar 2 o mocy 50kW na wodór gazowy; c) Necar 3 o mocy 50kW na metanol; d) Necar 4 o mocy 70kW na
wodór z butli; e) Necar 5 o mocy 75kW na metanol i akumulatory ładowane przy hamowaniu; f) Mazda
Premacy FC-EV z zespolem o mocy 75 kW na metanol.
Systemy stacjonarne to zarówno małe domowe jednostki produkujące prąd i ciepło lub pomocnicze źródła
prądu (APU) o mocach rzędu kilowatów, a także duże elektrownie o mocy kilku megawatów. Tego typu
urządzenia już działaj w szpitalach, bazach wojskowych, budynkach biurowych oraz w przemyśle. Ogniwa z
tej grupy można zastosować wszędzie tam, gdzie brak jest podłączenia tymczasowych instalacji do sieci
energetycznej, czy tam, gdzie wymaga się system awaryjnego zasilania o dużej niezawodności. Ale obecnie
wzrasta liczba firm pracujących także nad systemami o małej mocy dla gospodarstw domowych.
Rysunek 7.4. Ballard PEMFC.
Na Hawajach ruszył demonstracyjny program prowadzony przez amerykańską armię dotyczący stosowania
ogniw paliwowych do zasilania gospodarstw domowych. Program ten trwający rok ma na celu pokazanie
korzyści płynących ze stosowania tego typu źródła energii oraz nabraniu doświadczenia w tej dziedzinie.
Hawajskie ogniwa paliwowe wykorzystują membranę wymiany protonów do „wyciągania” wodoru ze
wzbogaconego propanu. Wodór łączy się z tlenem pobieranym z powietrza, w wyniku czego wyzwolona
zostaje energia. Produktem ubocznym jest woda oraz bardzo małe ilości zanieczyszczeń.
Kompletny system paliw wodorowych, który jest wielkości dwóch lodówek produkuje wystarczającą ilość
energii elektrycznej i gorącej wody, aby zaspokoić potrzeby dużego gospodarstwa domowego. Ogniwa
paliwowe generują do 5 kW energii, która jest wprowadzana do generalnego systemu dystrybucji
elektryczności.
Dotychczasowym problemem jest dość uciążliwy hałas towarzyszący pracy urządzenia.
www.dzyszla.aplus.pl
Ogniwa paliwowe a Polska
15
8. Ogniwa paliwowe a Polska
W Polsce prowadzi się badania nad pozyskiwaniem wodoru z węgla, np. w Głównym Instytucie Górnictwa.
Ciągle jednak brak wyraźnego, odgórnego sygnału, że powinniśmy iść w tym kierunku. Potrzebne są także
większe dotacje na badania, a wsparcie powinno uwzględniać wszystkie etapy – od badań podstawowych po
wdrożenia. Zdaniem Zdzisława Matysiaka – prezesa Stowarzyszenia Eko-Energia Cieszyn i założyciela
Polskiego Stowarzyszenia Wodoru i Ogniw Paliwowych, w Polsce potrzebna jest ustawa o partnerstwie
publiczno-prywatnym, dzięki której można by budować programy badawcze i wdrożeniowe. „Poszczególne
instytuty coś robią w tym zakresie, rozwija się współpraca międzynarodowa, ale w naszym kraju nie ma
ogólnego klimatu. Nie widać zaangażowania rządu, który widziałby w tym przyszłość” – mówi. – „Szkoda,
tym bardziej, że posiadamy potencjał intelektualny, a gospodarka wodorowa to, oprócz ochrony środowiska,
również niezależność energetyczna” – dodaje.
www.dzyszla.aplus.pl
Przyszłość ogniw paliwowych
16
9. Przyszłość ogniw paliwowych
Obecnie najważniejszym celem badań nad ogniwami paliwowymi na świecie jest obniżenie kosztów. Duże
zainteresowanie wykazują tu korporacje samochodowe. Przełomowy może być rok 2010, kiedy to
upowszechnią się pojazdy zasilane ogniwami paliwowymi. Upowszechnienie się elektrowni wodorowych
pozwoliłoby także na realizowanie systemu energetyki rozproszonej dużo mniej narażonej na ataki
terrorystyczne oraz awarie.
Budowa domowego ogniwa wodorowego to nie kaprys bogatych Japończyków, którzy nie wiedzą, na co
wydać pieniądze. Łatwo sobie wyobrazić, że w ciągu 50 lat liczba ludności na świecie podwoi się, a produkt
na głowę mieszkańca wzrośnie pięciokrotnie. Zakładając, że nasze lodówki i telewizory pracowałyby z taką
samą wydajnością i na każdego dobrze zarabiającego mieszkańca Ziemi przypadałoby ich tyle samo co
dzisiaj, zużycie energii wzrosłoby dziesięć razy! Nie osiągniemy tego bez całkowitego zniszczenia
ś
rodowiska.
Pozostają także problemy związane ze starzeniem się ogniw paliwowych. Choć chemicznie ogniwo nie ulega
degradacji, to jednak 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).
Szuka się także zastosowania ogniw jako źródła prądu w czasie szczytowym lub gdy pierwotne źródło
energii jest niewystarczające. Przykładem mogą być projekty tworzenia hybryd elektrowni wiatrowo-
wodorowych. W przypadku silnych wiatrów nadmiar produkowanej energii może być przeznaczany na
pozyskiwanie wodoru, z którego może być produkowana energia w okresach słabszych wiatrów.
Problemem do rozwiązania pozostaje także kwestia, że niektóre z ogniw do uruchomienia lub zatrzymania
potrzebuje odpowiedniego czasu i temperatury, co nie pozwala zawsze na pozyskiwanie energii dokładnie w
momencie, kiedy jest ona potrzebna. Problem ten szczególnie dotyczy średnich i dużych
wysokotemperaturowych ogniw.
www.dzyszla.aplus.pl
Bibliografia
17
10. Bibliografia
1.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Ogniwo_paliwowe
2.
http://www.laboratoria.net/pl/modules.php?name=News&file=article&sid=742
3.
http://www.ekologika.pl/modules.php?name=News&file=article&sid=540
4.
http://www.przewody.pl/publikacje/publikacje.asp?ID=594
5.
http://www.mt.com.pl/num/10_99/ogniwo.htm
6.
http://www.fcway.com/index_pl.HTM
7.
http://www.mojaenergia.pl/strony/1/i/417.php