Co to są zestawy wodorowych ogniw paliwowych?

Ile wiesz o wodorowych ogniwach paliwowych? Thinkstock

Każdy, kto widział słynny, ziarnisty materiał filmowy z katastrofy w Hindenburgu, wie, że wodór łatwo się zapala. I chociaż istnieje wiele konkurencyjnych teorii dotyczących dokładnie tego, jak i dlaczego Hindenburg się zapalił, jedna prawda pozostaje. Spalanie odblokowuje zmagazynowaną energię, czyniąc wodór użytecznym jako paliwo.

Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej o spalaniu paliwa, ogniwach paliwowych i wysokich kosztach czystych emisji.

Zawartość

1. Zrywanie więzi, spalanie paliwa
2. Od cząsteczek do ogniw paliwowych
3. Wysoki koszt czystych emisji

Chociaż jest to najobficiej występujący pierwiastek we wszechświecie, wodór najczęściej znajduje się w wodzie na Ziemi. W XIX wieku badacz William Grove odkrył, że zastosowanie prądu elektrycznego - czyli elektrolizy - rozdzieliło ją na podstawowe składniki wodoru i tlenu. W powstałym gazie wodór i tlen są wymieszane, ale nie połączone.

Badacz Yul Brown zagłębił się w praktyczne badania nad wykorzystaniem tego gazu, znanego obecnie jako gaz Browna lub HHO, jako paliwa. Obecnie zestawy mogą przeprowadzać tego rodzaju konwersję w silnikach spalinowych w celu zwiększenia przebiegu gazu.

Zestawy wodorowych ogniw paliwowych idą o krok dalej. Grove również słusznie wysunął teorię, że można odwrócić ten proces, łącząc tlen i wodór w celu uwolnienia energii elektrycznej. Rezultatem jest wodorowe ogniwo paliwowe.

Nie można jednak po prostu zrzucić razem atomów. Wodór musi najpierw zostać rozbity na dodatnio i ujemnie naładowane cząstki. Właśnie to zapewnia wodorowe ogniwo paliwowe. Podobnie jak w baterii, po jednej stronie ogniwa paliwowego znajduje się biegun dodatni, do którego wprowadzany jest wodór. Folia polimerowa przepuszcza tylko protony atomów, odrywając je od wodoru i pozostawiając tylko ujemnie naładowane elektrony.

Elektrony są przyciągane do dodatniej strony ogniwa paliwowego, co jest zjawiskiem znanym jako przepływ elektronów. Ale nie mogą przejść z powrotem przez folię polimerową tak jak protony. Zamiast tego są kierowane na zewnątrz ogniwa paliwowego przez obwód. Kiedy dodasz do tego obwodu urządzenie elektryczne, takie jak silnik samochodowy, zasila go przepływ elektronów. Idąc dalej wzdłuż obwodu do dodatniej strony komórki, zbierają protony, ponownie tworząc wodór. Wodór wiąże się również z tlenem z otaczającego powietrza: w rezultacie powstaje woda.

Jedynymi produktami ubocznymi energii elektrycznej wytwarzanej przez wodorowe ogniwa paliwowe są ciepło i woda, co czyni je niezwykle pożądanym z punktu widzenia środowiska źródłem energii. Ale zestawy wodorowych ogniw paliwowych istnieją obecnie tylko jako samochody koncepcyjne o ograniczonej liczbie lub w miniaturach dla samochodów RC lub w praktycznych eksperymentach naukowych dla dzieci. Kilka dużych blokad drogowych stoi na przeszkodzie szerokiemu rozmieszczeniu ogniw paliwowych w światowych flotach transportowych, a mianowicie koszt i uzysk energii netto.

Technologia ogniw paliwowych do zasilania samochodów elektrycznych jest obecnie droższa niż konwencjonalne silniki. Ponadto wytworzenie i uruchomienie ogniwa może wymagać więcej energii, niż komórka może z kolei zgasić. Tak więc, pomimo ogólnej czystości, technologia ogniw paliwowych nie zawsze jest wydajna.

Co ciekawe, te same dostępne zestawy do samochodów RC i eksperymentów naukowych mogą dać wyobrażenie o tym, jak przyszłe ogniwa paliwowe będą nabierać energii. Niektóre zestawy modeli samochodów wykorzystują panele słoneczne do pobierania energii do elektrolizy. Być może wraz ze wzrostem wszechobecności energii słonecznej pojawią się też wodorowe ogniwa paliwowe.

Powiązane artykuły

• Zbuduj ogniwo wodorowe w swojej kuchni
• Czy paliwo wodorowe jest niebezpieczne?
• Jak działają samochody napędzane wodorem

Źródła

• Carl's Electronics. „Zestaw samochodowy z ogniwami paliwowymi”. Dostęp 6 sierpnia 2010. http://www.electronickits.com/kit/complete/solar/fuelcell.htm
• Fuel Cells 2000. „Co to jest ogniwo paliwowe?” Dostęp 6 sierpnia 2010. http://www.fuelcells.org/basics/how.html
• Kuphaldt, Tony R. „Konwencjonalny a przepływ elektronów”. Lekcje obwodów elektrycznych. Dostęp 6 sierpnia 2010. http://www.rare-earth-magnets.com/t-conventional-vs-electron-flow.aspx
• National Geographic. „Zestaw wodorowych ogniw paliwowych”. Dostęp 6 sierpnia 2010. http://shop.nationalgeographic.com/ngs/browse/productDetail.jsp?productId=1073512&code=SR50002
• Nowa energia i paliwo. „Najbardziej rozpowszechnione paliwo na świecie”. 19 lutego 2010. http://newenergyandfuel.com/http:/newenergyandfuel/com/2010/02/19/the-most-abundant-fuel-in-the-world/
• Yul Brown.org. "Kim był Yul Brown i dlaczego powinno cię to obchodzić?" Dostęp 6 sierpnia 2010. http://www.yulbrown.org/