Kierunek: wodoromobilność
Wodorowe ogniwa paliwowe to jedna z technologii, która ostatnio coraz bardziej zaznacza swoją obecność w segmencie motoryzacji. Napędzane w ten sposób samochody charakteryzują się wydajną pracą bez emisji szkodliwych gazów cieplarnianych, a ich paliwo w postaci gazowego wodoru można tankować na stacjach niczym benzynę. Wydawać by się mogło, iż w ten sposób stworzony został idealny środek transportu, łączący najlepsze cechy napędu elektrycznego i spalinowego. Czy w takim razie można z pełną pewnością stwierdzić, że przyszłość stoi pod znakiem wodoromobilności?
Wodór to najliczniej występujący pierwiastek we wszechświecie, wchodzący w skład m.in. materii organicznej – białek, węglowodorów, węglowodanów oraz wody, bez której nie byłoby życia na Ziemi. Jednakże żeby zastosować go jako paliwo potrzebny jest w czystej, gazowej postaci (H2), której jest bardzo mało w środowisku, co stwarza potrzebę jego produkcji.
Chemicznie: atom wodoru składa się z jednego protonu oraz elektronu, czyniąc go najprostszym pierwiastkiem z całego układu okresowego. W postaci gazowej jest 14 razy lżejszy od powietrza, co sprawia, iż jego 1 kg zajmuje o wiele więcej miejsca niż tradycyjne paliwa. Dlatego też transportuje i przechowuje się poprzez sprężenie bardzo wysokimi ciśnieniami lub schłodzenie do bardzo niskich temperatur, skraplając go do cieczy. Procesy te wiążą się z wymogiem stworzenia specjalistycznej, kosztownej aparatury, która podnosi cenę paliwa oraz wiąże się ze stratami energetycznymi.
Ostatecznie wodór trafia w końcu do zbiornika naszego samochodu, gdzie trafia do ogniwa paliwowego i na drodze procesów elektrochemicznych zostaje przerobiony na energię elektryczną. Samo ogniwo składa się z trzech głównych elementów – dodatniej i ujemnej elektrody (kolejno katoda i anoda), przedzielonej półprzepuszczalną membraną polimerową. Gazowy wodór trafia najpierw do anody, gdzie wybijane są z niego elektrony. Atom wodoru staje się w ten sposób protonem, który przechodzi przez membranę półprzepuszczalną w stronę katody, a wybite elektrony krążą zewnętrznym obwodem, który generuje prąd zasilający silnik elektryczny (napędzając w ten sposób koła). Protony i elektrony docierają do anody, gdzie reagują z tlenem pobranym z powietrza i tworzą wodę, będącą jedynym produktem tworzenia energii elektrycznej. W ten sposób powstanie paliwa nie wiąże się z emisją szkodliwych gazów cieplarnianych do atmosfery.
Schemat budowy i działania ogniwa paliwowego.
Póki co na świecie są oficjalnie trzy modele samochodów na wodór, gdzie tylko jeden z nich można kupić w Europie. Kolejnym problemem są stacje do tankowania wodoru, których również, jak na razie, jest bardzo mało na starym kontynencie. Sytuacja jednak powoli się zmienia. Koncerny paliwowe ogłaszają swoje inwestycje dotyczące rozwoju infrastruktury wodorowej. Poza segmentem samochodów osobowych planuje się również „uwodornić” transport publiczny poprzez zakup autobusów napędzanych przez ogniwa wodorowe.
Czy w takim razie mamy szansę na wodoromobilność w najbliższej przyszłości? Czy samochody napędzane wodorem mają szansę stać się realnym konkurentem dla samochodów elektrycznych i spalinowych? Jak dokładnie produkuje i przechowuje się wodór oraz czy ich zastosowanie dotyczy tylko rynku motoryzacyjnego?
Jeżeli jedno z powyższych pytań narodziło się Wam w głowie podczas czytania tego artykułu, to zapraszamy do audycji Na Synapsach poświęconej wodorowym ogniwom paliwowym.