Jak działają ogniwa paliwowe

  • Paul Sparks
  • 0
  • 934
  • 139
Galeria zdjęć pojazdu na paliwo alternatywne Inżynierowie zastąpili silnik GM HydroGen3 stosem ogniw paliwowych wielkości kuchenki mikrofalowej. Zobacz więcej zdjęć pojazdów napędzanych paliwami alternatywnymi.

Prawdopodobnie słyszałeś o ogniwa paliwowe. W 2003 roku prezydent Bush ogłosił program o nazwie Inicjatywa na rzecz paliwa wodorowego (HFI) podczas orędzia o stanie Unii. Inicjatywa ta, wspierana przez prawodawstwo zawarte w ustawie o polityce energetycznej z 2005 r. (EPACT 2005) oraz w inicjatywie Advanced Energy Initiative z 2006 r., Ma na celu rozwój technologii wodorowych, ogniw paliwowych i infrastruktury, aby pojazdy z ogniwami paliwowymi stały się praktyczne i opłacalne do 2020 r. Jak dotąd Stany Zjednoczone przeznaczyły ponad miliard dolarów na badania i rozwój ogniw paliwowych.

Czym właściwie jest ogniwo paliwowe? Dlaczego rządy, firmy prywatne i instytucje akademickie współpracują przy ich opracowywaniu i tworzeniu? Ogniwa paliwowe wytwarzają energię elektryczną cicho i wydajnie, bez zanieczyszczeń. W przeciwieństwie do źródeł energii wykorzystujących paliwa kopalne, produktami ubocznymi działającego ogniwa paliwowego są ciepło i woda. Ale jak to robi?

W tym artykule szybko przyjrzymy się każdej z istniejących lub powstających technologii ogniw paliwowych. Opiszemy szczegółowo, jak to zrobić ogniwa paliwowe z polimerową membraną elektrolityczną (PEMFC) pracują i sprawdzają, jak ogniwa paliwowe wypadają w porównaniu z innymi formami wytwarzania energii. Zbadamy również niektóre przeszkody, z jakimi borykają się naukowcy, aby uczynić ogniwa paliwowe praktycznymi i przystępnymi cenowo w naszym zastosowaniu, a także omówimy potencjalne zastosowania ogniw paliwowych..

Jeśli chcesz być techniczny, ogniwo paliwowe to urządzenie do elektrochemicznej konwersji energii. Ogniwo paliwowe zamienia chemikalia wodór i tlen w wodę i przy okazji wytwarza energię elektryczną.

Drugim znanym nam wszystkim urządzeniem elektrochemicznym jest bateria. Bateria zawiera wszystkie chemikalia przechowywane w środku i przekształca je również w energię elektryczną. Oznacza to, że bateria w końcu „zgaśnie” i albo ją wyrzucisz, albo naładujesz.

W przypadku ogniwa paliwowego chemikalia nieustannie wpływają do ogniwa, więc nigdy nie zgaśnie - tak długo, jak następuje przepływ chemikaliów do ogniwa, energia elektryczna wypływa z ogniwa. Większość obecnie używanych ogniw paliwowych wykorzystuje wodór i tlen jako substancje chemiczne.

W następnej sekcji przyjrzymy się różnym typom ogniw paliwowych.

Zawartość
  1. Rodzaje ogniw paliwowych
  2. Ogniwa paliwowe z membraną polimerową
  3. Wydajność ogniw paliwowych
  4. Efektywność energetyczna benzyny i akumulatora
  5. Problemy z ogniwami paliwowymi
  6. Dlaczego warto używać ogniw paliwowych?

Ogniwo paliwowe będzie konkurować z wieloma innymi urządzeniami do konwersji energii, w tym turbiną gazową w miejskiej elektrowni, silnikiem benzynowym w samochodzie i baterią w laptopie. Silniki spalinowe, takie jak turbina i silnik benzynowy, spalają paliwa i wykorzystują ciśnienie wytworzone przez rozprężanie gazów do wykonywania prac mechanicznych. W razie potrzeby akumulatory przekształcają energię chemiczną z powrotem w energię elektryczną. Ogniwa paliwowe powinny wydajniej wykonywać oba zadania.

Ogniwo paliwowe zapewnia napięcie stałe (prąd stały), które można wykorzystać do zasilania silników, świateł lub dowolnej liczby urządzeń elektrycznych.

Istnieje kilka różnych typów ogniw paliwowych, z których każdy wykorzystuje inny skład chemiczny. Ogniwa paliwowe są zwykle klasyfikowane według ich temperatury roboczej i rodzaju elektrolit oni używają. Niektóre typy ogniw paliwowych dobrze sprawdzają się w stacjonarnych elektrowniach. Inne mogą być przydatne w małych przenośnych aplikacjach lub do zasilania samochodów. Główne typy ogniw paliwowych to:

Ogniwo paliwowe z membraną do wymiany polimeru (PEMFC)

Departament Energii (DOE) koncentruje się na PEMFC jako najbardziej prawdopodobnym kandydacie do zastosowań transportowych. PEMFC ma dużą gęstość mocy i stosunkowo niską temperaturę pracy (od 60 do 80 stopni Celsjusza lub od 140 do 176 stopni Fahrenheita). Niska temperatura pracy oznacza, że ​​ogrzanie ogniwa paliwowego i rozpoczęcie wytwarzania energii elektrycznej nie trwa długo. W następnej sekcji przyjrzymy się bliżej PEMFC.

Ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem (SOFC)

Te ogniwa paliwowe najlepiej nadają się do dużych stacjonarnych agregatów prądotwórczych, które mogą dostarczać energię elektryczną do fabryk lub miast. Ten typ ogniwa paliwowego działa w bardzo wysokich temperaturach (od 700 do 1000 stopni Celsjusza). Ta wysoka temperatura sprawia, że ​​niezawodność jest problemem, ponieważ części ogniwa paliwowego mogą się zepsuć po wielokrotnym włączaniu i wyłączaniu. Jednak ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem są bardzo stabilne podczas ciągłego użytkowania. W rzeczywistości SOFC wykazał najdłuższą żywotność ze wszystkich ogniw paliwowych w określonych warunkach pracy. Wysoka temperatura ma również tę zaletę: parę wytwarzaną przez ogniwo paliwowe można skierować do turbin w celu wytworzenia większej ilości energii elektrycznej. Ten proces nazywa się kogeneracja ciepła i energii (CHP) i poprawia ogólną wydajność systemu.

Alkaliczne ogniwo paliwowe (AFC)

To jeden z najstarszych projektów ogniw paliwowych; amerykański program kosmiczny używa ich od lat sześćdziesiątych XX wieku. AFC jest bardzo podatny na zanieczyszczenia, dlatego wymaga czystego wodoru i tlenu. Jest również bardzo drogi, więc ten typ ogniwa paliwowego raczej nie zostanie skomercjalizowany.

Ogniwo paliwowe ze stopionym węglanem (MCFC)

Podobnie jak SOFC, te ogniwa paliwowe najlepiej nadają się również do dużych stacjonarnych agregatów prądotwórczych. Działają w temperaturze 600 stopni Celsjusza, dzięki czemu mogą wytwarzać parę, którą można wykorzystać do wytworzenia większej mocy. Mają niższą temperaturę pracy niż ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem, co oznacza, że ​​nie potrzebują tak egzotycznych materiałów. To sprawia, że ​​projekt jest trochę tańszy.

Ogniwo paliwowe z kwasem fosforowym (PAFC)

Ogniwo paliwowe z kwasem fosforowym ma potencjał do zastosowania w małych stacjonarnych systemach wytwarzania energii. Działa w wyższej temperaturze niż ogniwa paliwowe z membraną polimerową, dzięki czemu ma dłuższy czas nagrzewania. To sprawia, że ​​nie nadaje się do użytku w samochodach.

Ogniwo paliwowe z bezpośrednim metanolem (DMFC)

Ogniwa paliwowe metanolowe są porównywalne z PEMFC pod względem temperatury roboczej, ale nie są tak wydajne. Ponadto DMFC wymaga stosunkowo dużej ilości platyny do działania jako katalizator, co powoduje, że te ogniwa paliwowe są drogie.

W następnej sekcji przyjrzymy się bliżej rodzajowi ogniwa paliwowego, które DOE planuje wykorzystać do zasilania przyszłych pojazdów - PEMFC.

Wynalazek ogniwa paliwowego

Sir William Grove wynalazł pierwsze ogniwo paliwowe w 1839 roku. Grove wiedział, że woda może zostać podzielona na wodór i tlen, przesyłając przez nią prąd elektryczny (proces zwany elektroliza). Postawił hipotezę, że odwracając procedurę, można wytwarzać energię elektryczną i wodę. Stworzył prymitywne ogniwo paliwowe i nazwał je a bateria gazowa. Po eksperymentach z nowym wynalazkiem Grove udowodnił swoją hipotezę. Pięćdziesiąt lat później naukowcy Ludwig Mond i Charles Langer ukuli ten termin ogniwo paliwowe próbując zbudować praktyczny model produkcji energii elektrycznej.

Rysunek 1. Części ogniwa paliwowego PEM-

Plik ogniwo paliwowe z membraną do wymiany polimeru (PEMFC) to jedna z najbardziej obiecujących technologii ogniw paliwowych. Ten typ ogniwa paliwowego prawdopodobnie będzie zasilał samochody, autobusy, a może nawet Twój dom. PEMFC wykorzystuje jedną z najprostszych reakcji dowolnego ogniwa paliwowego. Najpierw przyjrzyjmy się, co znajduje się w ogniwie paliwowym PEM:

W Ryc.1 widać, że istnieją cztery podstawowe elementy PEMFC:

  • Plik anoda, ujemny słupek ogniwa paliwowego ma kilka miejsc pracy. Przewodzi elektrony uwolnione z cząsteczek wodoru, dzięki czemu można je wykorzystać w obwodzie zewnętrznym. Posiada wytrawione w nim kanały, które równomiernie rozpraszają wodór na powierzchni katalizatora.
  • Plik katoda, dodatni słupek ogniwa paliwowego posiada wytrawione w nim kanały, które rozprowadzają tlen na powierzchnię katalizatora. Prowadzi również elektrony z powrotem z obwodu zewnętrznego do katalizatora, gdzie mogą one ponownie łączyć się z jonami wodoru i tlenem, tworząc wodę.
  • Plik elektrolit jest membrana do wymiany protonów. Ten specjalnie obrobiony materiał, który wygląda jak zwykła folia kuchenna, przewodzi tylko dodatnio naładowane jony. Błona blokuje elektrony. W przypadku PEMFC membrana musi być nawilżona, aby mogła działać i zachować stabilność.
  • Plik katalizator to specjalny materiał ułatwiający reakcję tlenu i wodoru. Zwykle jest wykonany z nanocząstek platyny, bardzo cienko pokrytych papierem węglowym lub tkaniną. Katalizator jest szorstki i porowaty, tak że maksymalna powierzchnia platyny może być wystawiona na działanie wodoru lub tlenu. Strona katalizatora pokryta platyną jest zwrócona w stronę PEM.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Rysunek 2. Animacja działającego ogniwa paliwowego

-Rysunek 2 pokazuje sprężony wodór gazowy (H.2) wchodzącego do ogniwa paliwowego po stronie anody. Gaz ten jest przeciskany przez katalizator pod wpływem ciśnienia. Kiedy H2 cząsteczka wchodzi w kontakt z platyną na katalizatorze, rozpada się na dwa H.+ jony i dwa elektrony (np-). Elektrony przechodzą przez anodę, gdzie przedostają się przez obwód zewnętrzny (wykonując pożyteczną pracę, taką jak obracanie silnika) i wracają na stronę katodową ogniwa paliwowego.

Tymczasem po stronie katody ogniwa paliwowego, gazowy tlen (O2) jest przepychany przez katalizator, gdzie tworzy dwa atomy tlenu. Każdy z tych atomów ma silny ładunek ujemny. Ten ładunek ujemny przyciąga dwa H.+ jony przez membranę, gdzie łączą się z atomem tlenu i dwoma elektronami z obwodu zewnętrznego, tworząc cząsteczkę wody (H2O).

Ta reakcja w pojedynczym ogniwie paliwowym wytwarza tylko około 0,7 wolta. Aby uzyskać to napięcie do rozsądnego poziomu, należy połączyć wiele oddzielnych ogniw paliwowych, aby utworzyć stos ogniw paliwowych. Płytki bipolarne służą do łączenia jednego ogniwa paliwowego z drugim i poddawane są obydwu utleniający i redukcja warunki i potencjały. Dużym problemem związanym z płytkami bipolarnymi jest stabilność. Metalowe płyty dwubiegunowe mogą korodować, a produkty uboczne korozji (jony żelaza i chromu) mogą zmniejszać skuteczność membran i elektrod ogniwa paliwowego. Zastosowanie niskotemperaturowych ogniw paliwowych metale lekkie, grafit i kompozyty węgiel / termoutwardzalne (termoutwardzalny to rodzaj tworzywa sztucznego, które pozostaje sztywne nawet pod wpływem wysokich temperatur) jako bipolarny materiał płyty.

W następnej sekcji zobaczymy, jak wydajne mogą być pojazdy z ogniwami paliwowymi.

Chemia ogniwa paliwowego Zdjęcie koncepcyjnego pojazdu Honda FCX Copyright 2007, dzięki uprzejmości AutoMotoPortal.com

Zmniejszenie zanieczyszczenia jest jednym z głównych celów ogniwa paliwowego. Porównując samochód zasilany ogniwami paliwowymi z samochodem napędzanym silnikiem benzynowym i samochodem zasilanym akumulatorem, można zobaczyć, jak ogniwa paliwowe mogą poprawić wydajność dzisiejszych samochodów.

Ponieważ wszystkie trzy typy samochodów mają wiele takich samych komponentów (opony, skrzynie biegów itp.), Zignorujemy tę część samochodu i porównamy sprawność do momentu, w którym generowana jest moc mechaniczna. Zacznijmy od samochodu na ogniwa paliwowe. (Wszystkie te wydajności są przybliżeniami, ale powinny być wystarczająco bliskie, aby dokonać zgrubnego porównania).

Jeśli ogniwo paliwowe jest zasilane czystym wodorem, może być wydajne do 80%. Oznacza to, że przekształca 80 procent energii zawartej w wodorze w energię elektryczną. Jednak nadal musimy przekształcić energię elektryczną w pracę mechaniczną. Jest to realizowane przez silnik elektryczny i falownik. Rozsądna liczba dla sprawności silnika / falownika to około 80 procent. Mamy więc 80-procentową sprawność w wytwarzaniu energii elektrycznej i 80-procentową sprawność przetwarzania jej na energię mechaniczną. To daje ogólną wydajność około 64 proc. Koncepcyjny pojazd Hondy FCX ma podobno 60-procentową efektywność energetyczną.

Jeśli źródłem paliwa nie jest czysty wodór, pojazd będzie również wymagał reformatora. Reformer zamienia paliwa węglowodorowe lub alkoholowe w wodór. Wytwarzają ciepło i wytwarzają inne gazy oprócz wodoru. Używają różnych urządzeń, aby oczyścić wodór, ale mimo to wodór, który z nich wydobywa się, nie jest czysty, a to obniża sprawność ogniwa paliwowego. Ponieważ reformery wpływają na wydajność ogniw paliwowych, badacze DOE zdecydowali się skoncentrować na pojazdach napędzanych wyłącznie wodorowymi ogniwami paliwowymi, pomimo wyzwań związanych z produkcją i przechowywaniem wodoru..

Następnie dowiemy się o wydajności samochodów napędzanych benzyną i bateriami.

Wodór

Wodór jest najpowszechniejszym pierwiastkiem we wszechświecie. Jednak wodór nie występuje naturalnie na Ziemi w postaci elementarnej. Inżynierowie i naukowcy muszą produkować czysty wodór ze związków wodoru, w tym paliw kopalnych lub wody. Aby wydobyć wodór z tych związków, musisz wywierać energię. Potrzebna energia może mieć postać ciepła, elektryczności lub nawet światła.

Zdjęcie © 2007, dzięki uprzejmości Airstream Ford's Airstream Concept

Sprawność samochodu benzynowego jest zaskakująco niska. Całe ciepło, które wydostaje się ze spalin lub trafia do chłodnicy, to energia zmarnowana. Silnik zużywa również dużo energii, napędzając różne pompy, wentylatory i generatory, które go napędzają. Więc chodzi o ogólną sprawność samochodowego silnika gazowego 20 procent. Oznacza to, że tylko około 20 procent zawartości energii cieplnej w benzynie jest przetwarzane na pracę mechaniczną.

Samochód elektryczny zasilany akumulatorem ma dość wysoką wydajność. Akumulator jest sprawny w około 90 procentach (większość akumulatorów wytwarza trochę ciepła lub wymaga ogrzewania), a silnik elektryczny / falownik ma około 80 procent sprawności. Daje to ogólną wydajność około 72 proc.

Ale to nie wszystko. Energia elektryczna używana do napędzania samochodu musiała być gdzieś generowana. Jeśli był wytwarzany w elektrowni, która wykorzystywała proces spalania (zamiast atomu, hydroelektrowni, słońca lub wiatru), to tylko około 40% paliwa wymaganego przez elektrownię zostało przetworzone na energię elektryczną. Proces ładowania samochodu wymaga konwersji prądu przemiennego (AC) na prąd stały (DC). Ten proces ma wydajność około 90 procent.

Tak więc, jeśli spojrzymy na cały cykl, sprawność samochodu elektrycznego wynosi 72 procent w przypadku samochodu, 40 procent w przypadku elektrowni i 90 procent w przypadku ładowania samochodu. To daje ogólną wydajność 26 proc. Całkowita wydajność różni się znacznie w zależności od rodzaju używanej elektrowni. Jeśli prąd do samochodu jest generowany np. Przez elektrownię wodną, ​​to w zasadzie jest darmowy (nie spaliliśmy żadnego paliwa, aby go wytworzyć), a sprawność auta elektrycznego wynosi około 65 proc.

Naukowcy badają i udoskonalają projekty, aby nadal zwiększać wydajność ogniw paliwowych. Jednym ze sposobów jest połączenie pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi i akumulatorami. Ford Motors i Airstream opracowują koncepcyjny pojazd napędzany hybrydowym układem napędowym z ogniwami paliwowymi o nazwie HySeries Drive. Ford twierdzi, że pojazd ma zużycie paliwa porównywalne do 41 mil na galon. Pojazd wykorzystuje baterię litową do zasilania samochodu, podczas gdy ogniwo paliwowe ładuje akumulator.

Pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi są potencjalnie tak samo wydajne, jak samochody zasilane bateriami, które są zasilane z elektrowni nie spalającej paliwa. Jednak osiągnięcie tego potencjału w praktyczny i niedrogi sposób może być trudne. W następnej części przyjrzymy się niektórym wyzwaniom związanym z urzeczywistnieniem systemu energetycznego opartego na ogniwach paliwowych.

Złote Katalizatory

Nauka w nanoskali może dostarczyć twórcom ogniw paliwowych bardzo poszukiwanych odpowiedzi. Na przykład złoto jest zwykle metalem niereaktywnym. Jednak po zmniejszeniu do rozmiaru nanometra cząsteczki złota mogą być równie skutecznym katalizatorem jak platyna.

Ogniwa paliwowe mogą być odpowiedzią na nasze problemy z zasilaniem, ale najpierw naukowcy będą musieli rozwiązać kilka głównych problemów:

Koszt

Głównym problemem związanym z ogniwami paliwowymi jest ich koszt. Wiele elementów składowych ogniwa paliwowego jest kosztownych. W przypadku systemów PEMFC membrany do wymiany protonów, katalizatory z metali szlachetnych (zwykle platyna), warstwy dyfuzyjne gazu i płyty bipolarne stanowią 70% kosztów systemu [Źródło: Podstawowe badania naukowe potrzebne do gospodarki wodorem]. Aby były konkurencyjne cenowo (w porównaniu do pojazdów napędzanych benzyną), systemy ogniw paliwowych muszą kosztować 35 USD za kilowat. Obecnie przewidywana cena produkcji w dużych ilościach to 73 dolary za kilowat [Źródło: Garland]. W szczególności naukowcy muszą albo zmniejszyć ilość platyny potrzebnej do działania jako katalizator, albo znaleźć alternatywę.

Trwałość

Naukowcy muszą opracować membrany PEMFC, które są trwałe i mogą działać w temperaturach powyżej 100 stopni Celsjusza i nadal funkcjonować w temperaturach otoczenia poniżej zera. Wymagana jest docelowa temperatura 100 stopni Celsjusza, aby ogniwo paliwowe miało większą tolerancję na zanieczyszczenia w paliwie. Ponieważ stosunkowo często uruchamiasz i zatrzymujesz samochód, ważne jest, aby membrana pozostała stabilna w warunkach jazdy na rowerze. Obecnie membrany mają tendencję do degradacji podczas włączania i wyłączania ogniw paliwowych, szczególnie w przypadku wzrostu temperatury roboczej.

Uwodnienie

Ponieważ membrany PEMFC muszą być uwodnione, aby przenosić protony wodoru, naukowcy muszą znaleźć sposób na opracowanie systemów ogniw paliwowych, które mogą nadal działać w temperaturach poniżej zera, środowiskach o niskiej wilgotności i wysokich temperaturach roboczych. Przy około 80 stopniach Celsjusza nawodnienie jest tracone bez wysokociśnieniowego systemu nawadniania.

SOFC ma powiązany problem z trwałością. Układy ze stałym tlenkiem mają problemy z korozją materiału. Integralność pieczęci jest również poważnym problemem. Docelowy koszt dla SOFC jest mniej restrykcyjny niż dla systemów PEMFC i wynosi 400 USD za kilowat, ale nie ma oczywistych sposobów osiągnięcia tego celu ze względu na wysokie koszty materiałów. Trwałość SOFC ulega pogorszeniu, gdy ogniwo wielokrotnie nagrzewa się do temperatury roboczej, a następnie schładza się do temperatury pokojowej.

Dostawa

W planie technicznym Departamentu Energii dla ogniw paliwowych stwierdzono, że obecnie dostępne technologie sprężarek powietrza nie nadają się do użytku w pojazdach, co utrudnia zaprojektowanie systemu dostarczania paliwa wodorowego.

Infrastruktura

Aby pojazdy PEMFC stały się realną alternatywą dla konsumentów, musi istnieć infrastruktura do wytwarzania i dostarczania wodoru. Taka infrastruktura może obejmować rurociągi, transport ciężarowy, stacje paliw i elektrownie wodoru. DOE ma nadzieję, że opracowanie nadającego się do sprzedaży modelu pojazdu będzie motorem rozwoju infrastruktury, która go wspiera.

Przechowywanie i inne kwestie

Trzysta mil to konwencjonalny zasięg jazdy (odległość, jaką można pokonać samochodem z pełnym bakiem). Aby uzyskać porównywalny wynik z pojazdem z ogniwami paliwowymi, naukowcy muszą przezwyciężyć kwestie przechowywania wodoru, masy i objętości pojazdu, kosztów i bezpieczeństwa..

Chociaż systemy PEMFC stały się lżejsze i mniejsze w miarę wprowadzania ulepszeń, nadal są zbyt duże i ciężkie do użytku w standardowych pojazdach.

Istnieją również obawy dotyczące bezpieczeństwa związane z używaniem ogniw paliwowych. Ustawodawcy będą musieli stworzyć nowe procesy dla ratowników, których będą przestrzegać, gdy będą musieli zająć się incydentem z udziałem pojazdu napędzanego ogniwami paliwowymi lub generatora. Inżynierowie będą musieli zaprojektować bezpieczne i niezawodne systemy dostarczania wodoru.

Badacze stoją przed poważnymi wyzwaniami. W następnej części przeanalizujemy, dlaczego Stany Zjednoczone i inne narody inwestują w badania, aby pokonać te przeszkody.

Membrany na bazie aromatów

Alternatywą dla obecnych membran kwasu perfluorosulfonowego są membrany na bazie aromatów. Aromat w tym przypadku nie odnosi się do przyjemnego zapachu membrany - tak naprawdę odnosi się do aromatycznych pierścieni, takich jak benzen, pirydyna czy indol. Te membrany są bardziej stabilne w wyższych temperaturach, ale nadal wymagają nawilżenia. Co więcej, membrany na bazie aromatów pęcznieją, gdy tracą nawilżenie, co może wpływać na wydajność ogniwa paliwowego.

Dlaczego rząd USA współpracuje z uniwersytetami, organizacjami publicznymi i firmami prywatnymi, aby sprostać wszystkim wyzwaniom związanym z uczynieniem ogniw paliwowych praktycznym źródłem energii? Na badania i rozwój ogniw paliwowych wydano ponad miliard dolarów. Budowa i utrzymanie infrastruktury wodorowej będzie kosztować znacznie więcej (niektórzy szacują, że wynosi ona 500 miliardów dolarów). Dlaczego prezydent uważa, że ​​ogniwa paliwowe są warte inwestycji??

Główne powody mają wszystko związane z ropą. Ameryka musi importować 55 procent swojej ropy. Do 2025 r. Ma wzrosnąć do 68 procent. Dwie trzecie ropy naftowej używanej codziennie przez Amerykanów to transport. Nawet gdyby każdy pojazd na ulicy był samochodem hybrydowym, do 2025 roku nadal musielibyśmy zużywać taką samą ilość oleju jak obecnie [źródło: Fuel Cells 2000]. W rzeczywistości Ameryka zużywa jedną czwartą całej ropy naftowej produkowanej na świecie, chociaż mieszka tu tylko 4,6 procent światowej populacji [Źródło: National Security Consequences of U.S. Oil Dependency].

Eksperci spodziewają się, że ceny ropy naftowej będą nadal rosły przez kilka następnych dziesięcioleci, ponieważ coraz więcej tanich źródeł zostanie wyczerpanych. Firmy naftowe będą musiały szukać złóż ropy w coraz trudniejszych warunkach, co spowoduje wzrost cen ropy.

Obawy wykraczają daleko poza bezpieczeństwo ekonomiczne. Rada Stosunków Zagranicznych opublikowała w 2006 r. Raport zatytułowany „Konsekwencje uzależnienia od ropy naftowej dla bezpieczeństwa narodowego”. Grupa zadaniowa wyszczególniła liczne obawy dotyczące tego, jak rosnące uzależnienie Ameryki od ropy naftowej zagraża bezpieczeństwu narodu. Znaczna część raportu dotyczyła stosunków politycznych między krajami, które żądają ropy, a krajami, które ją dostarczają. Wiele z tych bogatych w ropę krajów znajduje się na obszarach o niestabilności politycznej lub wrogości. Inne narody łamią prawa człowieka, a nawet wspierają polityki takie jak ludobójstwo. W najlepszym interesie Stanów Zjednoczonych i świata jest poszukiwanie alternatyw dla ropy naftowej, aby uniknąć finansowania takiej polityki.

Używanie ropy naftowej i innych paliw kopalnych do produkcji energii powoduje zanieczyszczenie. Kwestie zanieczyszczenia były ostatnio przedmiotem wielu wiadomości - od filmu „Niewygodna prawda” po ogłoszenie, że zmiany klimatyczne i globalne ocieplenie będą miały wpływ na przyszłe korekty Zegara Sądu Ostatecznego. W najlepszym interesie każdego jest znalezienie alternatywy dla spalania paliw kopalnych w celu uzyskania energii.

Technologie ogniw paliwowych są atrakcyjną alternatywą dla uzależnienia od ropy. Ogniwa paliwowe nie wydzielają żadnych zanieczyszczeń, a jako produkt uboczny wytwarzają czystą wodę. Chociaż inżynierowie koncentrują się na krótkoterminowej produkcji wodoru ze źródeł takich jak gaz ziemny, inicjatywa wodorowa ma w planach przyjrzenie się odnawialnym, przyjaznym dla środowiska sposobom produkcji wodoru w przyszłości. Ponieważ można produkować wodór z wody, Stany Zjednoczone mogą w coraz większym stopniu polegać na krajowych źródłach do produkcji energii.

Inne kraje również badają zastosowania ogniw paliwowych. Zależność od ropy naftowej i globalne ocieplenie to problemy międzynarodowe. Kilka krajów współpracuje, aby przyspieszyć prace badawczo-rozwojowe w zakresie technologii ogniw paliwowych. Jednym z partnerstw jest Międzynarodowe partnerstwo na rzecz gospodarki wodorowej.

Najwyraźniej naukowcy i producenci muszą wykonać wiele pracy, zanim ogniwa paliwowe staną się praktyczną alternatywą dla obecnych metod produkcji energii. Mimo to, dzięki ogólnoświatowemu wsparciu i współpracy, cel, jakim jest stworzenie opłacalnego systemu energetycznego opartego na ogniwach paliwowych, może stać się rzeczywistością za kilka dekad.

-

Ogniwo paliwowe napędzane odpadami

Inżynierowie środowiska z Pennsylvania State University opracowali ogniwo paliwowe, które działa na ścieki. Komórka wykorzystuje mikroby do rozkładania materii organicznej. Materia z kolei uwalnia wodór i elektrony. Ogniwo paliwowe może rozbić około 80 procent materii organicznej w ściekach i podobnie jak PEMFC, wytwarzane jest ciepło i czysta woda. Energia wytwarzana przez ogniwo paliwowe może pomóc w zasilaniu systemu pomp w oczyszczalni ścieków.

Międzynarodowe partnerstwo na rzecz gospodarki wodorowej
  • Australia
  • Brazylia
  • Kanada
  • Chiny
  • Komisja Europejska
  • Francja
  • Niemcy
  • Indie
  • Włochy
  • Japonia
  • Korea
  • Nowa Zelandia
  • Norwegia
  • Federacja Rosyjska
  • Islandia
  • Zjednoczone Królestwo
  • Stany Zjednoczone

Powiązane artykuły

  • Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
  • Jak działa Zakład Gospodarki Wodorowej
  • Jak działają samochody hybrydowe
  • Jak działają procesory paliwowe
  • Jak działają ogniwa słoneczne
  • Jak działają silniki samochodowe
  • Jak będzie działać napęd termojądrowy
  • Jak będą działać samochody napędzane powietrzem
  • Jakie są różne sposoby magazynowania energii oprócz używania akumulatorów?

Więcej świetnych linków

  • Biuro Podstawowych Nauk Energetycznych
  • Ogniwa paliwowe 2000
  • Program Wodorowy Departamentu Energii
  • Efektywność energetyczna i energia odnawialna
  • Podstawy ogniw paliwowych firmy Smithsonian

Źródła

  • „Podstawowe potrzeby badawcze dla gospodarki wodorowej”. Office of Science, Department of Energy. Http://www.sc.doe.gov/bes/hydrogen.pdf
  • Deutch, John i in. „Konsekwencje uzależnienia od ropy naftowej dla bezpieczeństwa narodowego”. Raport niezależnej grupy zadaniowej nr 58. http://www.cfr.org/content/publications/attachments/EnergyTFR.pdf
  • Garland, Nancy. „Omówienie podprogramu ogniw paliwowych”. Departament Energii Stanów Zjednoczonych. 19 grudnia 2008. (19 marca 2009) http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress08/v_0_fuel_cells_overview.pdf 
  • Goho, Alexandra. „Mikropower się nagrzewa: ogniwo paliwowe z propanem ma dużą moc”. Encyklopedia nauki i technologii McGraw-Hill.
  • Goho, Alexandra. „Specjalne traktowanie: ogniwa paliwowe czerpią energię z odpadów”. Encyklopedia nauki i technologii McGraw-Hill.
  • „Plan postawy na wodór”. Departament Energii Stanów Zjednoczonych. http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells /pdfs/hydrogen_posture_plan.pdf
  • Rose, Robert. „Pytania i odpowiedzi dotyczące wodoru i ogniw paliwowych”. Breakthrough Technologies Institute. Http://www.fuelcells.org
  • Zeznanie Davida Garmana, podsekretarza ds. Energii. Komisja ds. Energii i Zasobów Narodowych, Senat Stanów Zjednoczonych. http://www1.eere.energy.gov/office_eere/ congressional_test_071706_senate.html
  • Program dotyczący wodoru Departamentu Energii USA http://www.hydrogen.energy.gov



Jeszcze bez komentarzy

Najciekawsze artykuły o tajemnicach i odkryciach. Wiele przydatnych informacji o wszystkim
Artykuły o nauce, kosmosie, technologii, zdrowiu, środowisku, kulturze i historii. Wyjaśniasz tysiące tematów, abyś wiedział, jak wszystko działa