Agroenergetyka.pl

Energetyka, OZE w sieci: Agroenergetyka na FB
OZE grupa na FB / GL / Blog energetyczno - paliwowy
 
 
strona główna  Zarejestruj się  Ogłoszenia  Forum  Kontakt z Redakcją 


Artykuły
CIEKAWOSTKI
 

Ogniwa paliwowe BASF nad chmurami

Autor: Redakcja (redakcja@agroenergetyka.pl), Źródło: materiały firmowe
Data: 2009-05-24
Kto przy starcie motoszybowca "Antares DLR-H2" oczekuje ryczenia silnika, bardzo się zdziwi: samolot podrywa się z pasa startowego prawie bezgłośnie. Nie ma także zapachu spalanego paliwa. Antares to pierwszy załogowy samolot napędzany wyłącznie wodorem (H2). System ogniw paliwowych potrzebnych do jego napędu mieści się w zbiornikach pod skrzydłami. Tu wytwarzany jest prąd zasilający elektronikę pokładową i silniki elektryczne. Sercem całej instalacji jest opracowany przez BASF Fuel Cell (BFC) zespół membrana-elektroda, w skrócie MEA (ang. membrane electrode assembly). W MEA energia chemiczna powstająca podczas reakcji tlenu z wodorem, przekształcana jest bezpośrednio w elektryczność i ciepło (patrz ilustracja i ramka).

Antares DLR-H2 został zbudowany przez naukowców z Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) i firmy Lange Aviation z myślą o testowaniu potencjału ogniwa paliwowego w lotach powietrznych. "BASF uczestniczy w tym pilotażowym projekcie, gdyż wspiera innowacyjną technologię energetyczną, która wkrótce będzie obecna nie tylko w samolotach" – podkreśla dr Carsten Henschel z BFC. "Ogniwo paliwowe w czasach kurczących się rezerw energetycznych może przyczynić się do zwiększenia bezpieczeństwa dostaw, bowiem wodór można pozyskiwać z wielu źródeł: z energii wiatrowej czy słonecznej, z gazu ziemnego i ropy naftowej. Poza tym jest ona dużo wydajniejsza niż tradycyjne technologie energetyczne, a jej jedynym produktem spalania jest para wodna."

Aktualnie badacze stoją przed wyzwaniem minimalizacji rozmiarów i redukcji ciężaru systemów ogniw paliwowych na potrzeby ich praktycznego zastosowania. Decydujące jest to, aby system składał się z jak najmniejszej liczby komponentów. Tradycyjne niskotemperaturowe systemy ogniw paliwowych pracują przy maksymalnie 80 stopniach Celsjusza. Wymagają wielu agregatów pomocniczych i wyrafinowanego sterowania, aby funkcjonować w samolocie zarówno na ziemi, jak i na dużych wysokościach. Opracowany przez firmę BASF zespół MEA daje twórcom systemu nowe możliwości: w jego skład wchodzi pierwsza na świecie dostępna komercyjnie membrana do ogniw paliowych, pozwalająca na temperatury do 180 stopni Celsjusza. Innowacyjne systemy są dystrybuowane pod marką Celtec®. Ogniwa paliwowe wyposażone w ten materiał mogą być chłodzone powietrzem atmosferycznym i nie wymagają nawilżania wodą. Dzięki temu niepotrzebne są już nawilżacze powietrza, pompy wodne, zbiorniki, zawory i systemy czyszczenia.

Historia

Na pierwszy rzut oka trudno docenić szczególną efektywność membrany Celtec®: płaski prostokąt mniej więcej wielkości dłoni wygląda jak zwykła folia z tworzywa. Jednak badaczom z BASF udało się opracować membranę na bazie stabilnego temperaturowo polimeru o nazwie polibenzymidazol. Temu tworzywu, używanemu również na przykład do produkcji odzieży strażackiej, membrana BFC zawdzięcza swoją nadzwyczajną żaroodporność. Wysoka temperatura eksploatacyjna zapobiega także osadzaniu się zanieczyszczeń wodoru na pokrytej platyną elektrodzie (anodzie). Platyna wywołuje w MEA reakcję elektrochemiczną w charakterze katalizatora. Zanieczyszczenia zablokowałyby jej katalityczne działanie. Ponieważ wysokotemperaturowe ogniwa paliwowe lepiej tolerują zanieczyszczenia w wodorze niż systemy niskotemperaturowe, proces przygotowania wodoru jest ułatwiony, a system ogniw paliwowych jeszcze stabilniejszy, prostszy i tańszy w produkcji. "W sumie systemy ogniw paliwowych dzięki membranie Celtec® wymagają o jedną trzecią mniej komponentów. To obniża koszty o nawet 40 procent. Dzięki wynalezieniu membrany wysokotemperaturowej ogniwo paliwowe wreszcie stało się możliwe do sprzedaży komercyjnej" – wyjaśnia ekspert z BFC Henschel.

Aby ogniwo paliwowe mogło wygenerować wystarczającą ilość prądu do praktycznych zastosowań, takich jak napęd motoszybowca Antares, łączy się kilka ogniw w stos (tzw. stack). W jednym ogniwie można bowiem wygenerować jedynie napięcie rzędu 600 do 700 miliwoltów. Duńska firma Serenergy opracowała specjalnie dla Antaresa wyjątkowo lekki i chłodzony powietrzem system stack, składający się z kilkuset ogniw z zespołami Celtec®. Podłączone są do niego MEA – każda w "gorsecie" przewodzących elektrycznie płyt grafitowych. Płytki łączą ze sobą poszczególne ogniwa, przekazują dalej prąd i kanałami przewodzącymi zaopatrują MEA w wodór i tlen. Tak zjednoczonymi siłami udaje się ogniwu unieść samolot w przestworza.

"Po lotach testowych Antaresa chcemy wbudować nasze ogniwo paliwowe do Airbusa A320. Będzie tam udoskonalane pod kątem zastosowania w wielkich samolotach do efektywniejszego zaopatrzenia pokładu w energię" – objaśnia dr Josef Kallo z Centrum Lotnictwa w Stuttgarcie. Na pokładzie takiego samolotu ogniwo paliwowe będzie obecne dosłownie wszędzie: nie tylko prąd, który wytwarza, może być wykorzystany do zaopatrzenia w energię, ale także produkty uboczne tego procesu, czyli ciepło i woda – na przykład jako ochrona przed zamarzaniem powierzchni nośnych czy do eksploatacji pralni. W 2010 roku seria testów Centrum Lotnictwa w Antaresie ma być skończona i ogniwo po raz pierwszy ma wznieść do nieba maszynę "A320 ATRA".

Perspektywa

Już dziś istnieje duży popyt na produkty Celtec®. W związku z tym tego lata oprócz zakładu BASF Fuel Cell we Frankfurcie uruchomiony zostanie kolejny, w Somerset (New Jersey). BASF stworzył sobie solidną bazę klientów, a oprócz tego angażuje się w projekty badawcze finansowane przez Komisję Europejską oraz rząd RFN. Około 150 firm i instytucji stawia dziś na Celtec®. Tendencja jest wzrostowa, ponieważ ogniwo paliwowe znajduje się aktualnie na etapie rozwojowym, poprzedzającym jego wyjście z laboratoriów i podbijanie światowych rynków.

Wysokotemperaturowe ogniwa paliwowe mogą być już wkrótce stosowane w formie przenośnej w turystyce campingowej, do zaopatrywania w energię i ciepło gospodarstw domowych, czy – w bardziej odległej przyszłości – do napędzania pojazdów. Trwają gorące dyskusje na temat najnowszej technologii przemysłu elektronicznego, której twórcy obiecują ogniwo paliwowe o pięciokrotnie dłuższej trwałości zasilające telefony komórkowe, odbiorniki radiowe i laptopy.

Ramka informacyjna
Elektrochemia umożliwia mobilność

Historia ogniwa paliwowego rozpoczęła się w 1838 roku w laboratoriach niemiecko-szwajcarskiego chemika Christiana Friedricha Schönbeina oraz walijskiego fizyka Williama Roberta Grove’a. Testowali oni formułę ogniwa paliwowego w ramach wspólnych doświadczeń. Jednak materiały do prób było tak trudno pozyskiwać, że ich wynalazek ugrzązł w podręcznikach do elektrochemii. Dopiero przeszło sto lat później amerykańscy inżynierowie pracujący nad technologiami kosmicznymi wykorzystali go w praktyce: ogniwo paliwowe poleciało w kosmos na pokładzie statku Apollo.

Reakcja elektrochemiczna przebiega w polimerowo-elektrolitowo-membranowym (PEM) ogniwie paliwowym zespołu membrana-elektroda (MEA): wodór i tlen są następnie kierowane do dwóch elektrod MEA – wodór do tak zwanej anody, zaś tlen do katody. Obie elektrody są od siebie oddzielone membraną polimerową. Za pomocą katalizatora wodór rozbijany jest na dodatnio naładowane protony i ujemnie naładowane elektrony. Membrana polimerowa przepuszcza na drugą stronę tylko protony. Elektrony muszą szukać obejścia przez przewody elektryczne: płynie prąd elektryczny. W końcu protony i elektrony łączą się na katodzie z tlenem, tworząc wodę.

Oksydant – tlen bogato występuje w naturze. Najczęściej jest doprowadzany do ogniwa paliwowego z powietrza, którego około 21 procent stanowi. Po reakcji elektro-chemicznej w ogniwie paliwowym, podczas której tlen jest zużywany, inne składniki powietrza pozostają: azot, gazy szlachetne i dwutlenek węgla. Tworzą one "gaz obojętny", który jest oddawany przez ogniwo paliwowe na katodę. Podobnie, jak inne produkty uboczne – ciepło i woda – gaz katodowy może być użytkowany na pokładzie samolotu: wprowadzany do zbiorników paliwa zmniejsza łatwopalność mieszanki paliwowo-powietrznej, a w następstwie zapobiega eksplozjom.

 
strona główna | polityka prywatności | nota prawna | partnerzy | kontakt | mapa serwisu | REKLAMA
Projekty HVAC | turbiny wiatrowe | Forum OZE
Copyright © Agroenergetyka.pl | design: Projekty internetowe