SVEUČILIŠTE U RIJECITEHNIČKI FAKULTETZAVOD ZATERMODINAMIKU I ENERGETIKU

IZVORI ENERGIJE(SEMINARSKI RAD)

Rijeka, 05.06.2012. Ivan Korlević 0069043413

Ivan Korlević

VODIK I GORIVE ĆELIJE – TEHNOLOGIJA I PRINCIP RADA

Sveučilište u RijeciTehnički fakultet

Kolegij: Izvori energijeProfesor: izv. prof. dr. sc. Kristian LenićBr. indexa autora: 0069043413

Rijeka, 05.06.2012.

Vodik (općenito)

Vodik je kemijski element koji u periodnom sustavu elemenata nosi simbol H, atomski (redni) broj mu je 1, a atomska masa mu iznosi 1,00794.

Vodik nema određen položaj u periodnom sustavu. Ima jedan valentni elektron kao alkalijski metali, a od njih se razlikuje mnogo većom energijom ionizacije. Za stabilnu elektronsku konfiguraciju nedostaje mu jedan elektron. Vodik bi se mogao smatrati halogenim elementom, ali od njih ima manju elektronegativnost i afinitet prema elektronu, pa se zbog toga proučava zasebno. Čini 75% mase svemira, te je ishodišna tvar iz koje su nuklearnom fuzijom nastali ostali elementi. Zvijezde u glavnom nizu se uglavnom sastoje od vodika, u obliku plazme. Elementarni vodik na Zemlji je u vrlo malim količinama.

Industrijski se najviše dobija iz zemnog plina, a rjeđe elektrolizom vode. Najviše se koristi u proizvodnji fosilnih goriva (hidrokrakiranje – povećanje kvalitete goriva) i za dobivanje amonijaka, u proizvodnji umjetnih goriva. U metalurgiji nije baš poželjan, jer mnoge metale čini lomljivim i krtim, pa stvara poteškoće u izgradnji cjevovoda i metalnih spremnika. 

Primjena vodika

Vodik je vrlo važna industrijska sirovina. Koristi se, između ostalog, za sintezu amonijaka i metanola, za proizvodnju goriva za motorna vozila hidrogenacijom ugljika, nafte i katrana. Koristi se i za zavarivanje i taljenje metala, za punjenje zračnih balona i zračnih brodova, za redukciju metalnih oksida u metale, hidrogeniranje ulja u masti itd.

Radi se na korištenju vodika kao goriva. Tehnologija je vrlo slabo rasprostranjena.

Prednosti vodika kao goriva su:

visoka energetska vrijednost neograničene količine dostupne u spojevima izgaranjem daje kemijski čistu vodu cjevovodima se može razvoditi na daljinu lakše se skladišti i čuva nego električna energija

Nedostaci koji sprječavaju rašireniju uporabu su:

visoka cijena i često slaba isplativost izvlačenja vodika iz spojeva obilno curenje vodika kroz spremnike i cjevovode, zbog ekstremo malene molekule vodik difundiranjem u razne metale narušava njihovu kristalnu rešetku čineći ih krtima opasnost za ozonski sloj jer trenutno reducira ozon u vodu

U kemijskom smislu, vodik nije izvor, već spremnik energije, jer nije prirodno nabavljiv u elementarnom obliku. U slučaju uspješne i održive nuklearne fuzije u nuklearnoj elektrani, bio bi izvor ogromnih količina energije.

Velike količine H2 se koriste u naftnoj i kemijskoj industriji. Najveća primjena je kod poboljšanja fosilnih goriva i u proizvodnji amonijaka. U petrokemiji H2 se koristi u procesima kao što su: hidrokrekiranje, katalitičko reformiranje benzina, izomerizacija i alkilacija. H2 se isto koristi u povećanju zasićenja nezasićenih masti i ulja (koristi se za dobivanje margarina). Također je sirovina za dobivanje klorovodične kiseline, a koristi se i kao reducens za mineralne sirovine ili rude. 

Plinoviti vodik H2 se koristi za hlađenje rotora električnih generatora u elektranama, zato što ima najveću toplinsku provodljivost od svih plinova. Tekući H2 se koristi u ispitivanjusupravodljivosti kod vrlo niskih temperatura. Budući da je plinoviti vodik H2 skoro 15 puta lakši od zraka, nekad se koristio za balone na vrući zrak.

U novije vrijeme, plinoviti vodik H2 se miješa sa dušikom, za dobivanje formirajućeg plina (oko 5% vodika u dušiku), koji se koristi kod postupka lociranja ili utvrđivanja propuštanja kod raznih cjevovoda u automobilskoj, kemijskoj industriji, elektranama, zrakoplovstvu i telekomunikacijama.

Što su gorive ćelije ?

Goriva ćelija je elektrokemijski uređaj koji služi za neposrednu pretvorbu kemijske energije, sadržane u nekom kemijskom elementu ili spoju, u istosmjernu električnu struju. Goriva se ćelija, isto tako kao i baterija, sastoji iz dviju elektroda uronjenih u isti elektrolit. Na anodi gorive ćelije oksidira se gorivo, tj. neki kemijski element ili spoj visokog sadržaja unutrašnje energije. Elektroni, proizvedeni oksidacijom goriva, odvode se od anode vanjskim krugom vodiča i preko trošila (otpornik, električni motor istosmjerne struje, žarulja i sl.) do katode. Na katodi neki se drugi element ili spoj (oksidans) reducira zahvatom elektrona proizvedenih na anodi. Produkti reakcije, negativni i pozitivni ioni, spajaju se u elektrolitu, a nastali produkt odvodi se iz gorive ćelije. Često je konačni produkt reakcije isti kao da je gorivo izgorjelo u oksidansu uz direktnu pretvorbu kemijske u unutrašnju termičku energiju. Odatle i potječe naziv goriva ćelija.

Gorive ćelije su visoko djelotvorni pretvarači energije. Bez pokretnih su dijelova i rade bez buke. Primjena gorivih ćelija ograničena je za sada na svemirske letjelice i u neke vojne svrhe, dakle tamo gdje visoka nabavna cijena nije primarna.

Shema gorive ćelije

Povijesni razvoj gorivih ćelija

Britanski fizičar William R. Grove je 1839. otkrio da se elektrokemijskimspajanjem vodika i kisika dobiva električna struja. Svoje eksperimente je opisao1842. i gorivu ćeliju nazivavoltina plinska baterija. Godine 1889. L. Mond i C.Langer unaprijedili su gorivu ćeliju dodajući između elektroda poroznu vodljivumembranu. Krajem XIX stoljeća uvode naziv goriva ćelija. Na istraživanju gorivihćelija radili su mnogi elektrokemičari. Tek 1932. F.T. Bacon smišlja tehničkiupotrebljiva rješenja. Sredinom 50-tih godina proizvode se prve gorive ćelije za pogon malih električnih uređaja, a sredinom 60-tih godina započela je upotrebagorivih ćelija u svemirskim letjelicama.

Princip rada gorivih ćelija

Princip rada gorive ćelije može se najlakše objasniti na do sada najbolje razvijenom sustavu s vodikom kao gorivom ikisikom kao oksidansom. Kada se vodik i kisik u plinskom stanju dovedu u kontakt i aktiviraju, oni reagiraju, spajaju se uvodu i oslobađaju energiju: 2H2 + O2 › 2H2O + energija.

U gorivoj ćeliji ta se ukupna reakcija sastoji od dviju reakcija, od kojih svaka teče na jednoj elektrodi. Na anodi se oksidira vodik i oslobađaju se elektroni: H2 › 2H+ + 2e. 

Elektroni se vode kroz vanjske vodiče preko trošila na katodu, gdje se reducira kisik:

O2 + 2H2O + 4e › 4OH-.

Redukcija kisika je kompleksna, višestruka reakcija, čiji mehanizam ovisi i o naravi elektrodne površine. Ukupna reakcija sastavljena je od nekoliko podreakcija: O2 › O + O (disocijacija), u kojoj se atomski kisik adsorbira na površini metalne elektrode. Reakcija sa vodom: O + H2O › 2OH (hidroksilacija). Nastaju hidroksilne grupe, adsorbirane kao hidroksid na površini metala, koje se konačno reduciraju u ione OH + e › OH-(elektonacija, redukcija).

U gorivoj ćeliji s kiselim elektrolitom vodikovi ioni, stvoreni na anodi, putuju kroz elektrolit i spajaju se u reakcijskom sloju katode s hidroksilnim ionima u vodu. U ćeliji s alkalnim elektrolitom hidroksilni ioni dolaze difuzijom kroz elektrolit u reakcijski sloj anode, gdje se s vodikovim ionima rekombiniraju u vodu. Spomenuti slijed reakcija jest tzv. oksidni put redukcije kisika. Postoji još čitav niz drugih mehanizama prema kojima se u gorivim ćelijama reducira oksidans, a oksidiraju različite molekule koje služe kao gorivo. Spomenuti primjer pokazuje kompleksnost elektrokemijskih reakcija i probleme s kojima se suočavaju konstruktori gorivih ćelija. Radi ubrzavanja reakcija elektrode su prekrivene slojem katalizatora. Vrsta katalizatora ovisi o tipu gorive ćelije.

Dijelovi i reagensi gorivih ćelija 

Dijelovi i reagensi gorivih ćelija jesu elektrode, katalizatori, elektroliti, goriva i oksidansi.

Elektrode

Na elektrodama gorive ćelije odvijaju se elektrokemijske reakcije oksidacije i redukcije. Elektrode imaju višestruku funkciju. One provode elektrone, pa se izrađuju iz metala ili materijala s poluvodičkim svojstvima. Površina elektrode mora katalizirati elektrokemijsku reakciju absorbiranjem i disociranjem reaktanata, te brzim desorbiranjem produkata reakcije. Od elektrode se traže dobra mehanička svojstva, tako da se mogu izraditi u željenom obliku, s visokom specifičnom površinom i određenom veličinom pora. Elektrode ne smiju korodirati u elektrolitu gorive ćelije, ali su štetni i zaštitni oksidni slojevi, koji pružaju otpor prolazu elektrona. Svim tim zahtjevima odgovaraju samo neki metali: platina, paladij, rodij, rutenij, te do neke mjere nikal za anode i srebro za katode. Grafit je također dobar materijal za elektrode u gorivim ćelijama koje rade pri srednjim ili visokim temperaturama.

Plemeniti metali su skupi i nema ih dovoljno. Neke od suvremenih elektroda upotrebljavaju plemenite metale u obliku finih disperzija u matrici nekog polimera (teflon, polietilen) na nosaču od nikla, bakra ili nekog drugog neplemenitog metala. Široka primjena gorivih ćelija u budućnosti ovisi o pronalaženju drugih, jeftinijih materijala za elektrode.

Rad gorivih ćelija sa plinovitim reaktantima ovisi o transportu materije i prijenosu naboja na granici triju faza: plinovito - tekuće - čvrsto. Pri tome je najvažnija poroznost elektroda. Plin ulazi u pore elektroda i mora dospjeti do onog dijela koji je kvašen elektrolitom. Plin se tada ionizira, a elektrolit prihvaća i odvodi nastale ione.

Katalizatori 

Tok elektrokemijske reakcije i gustoća struje ovise o katalitičkim pojavama na površini elektroda. Elektroda može biti ujedno i katalizator (elektrokatalizator) ako se određenim postupkom obradi ili ako se na njenu površinu katalizator adsorbira. Izbor katalizatora ovisi o najsporijem elementarnom stupnju ukupne reakcije, koji treba ubrzati ili mu smanjitiotpor.

Elektroliti 

U elektrolitu se prenosi naboj difuzijom iona s jedne na drugu elektrodu. Upotrebljavaju se tekući i čvrsti elektroliti. Svaka polarna tekućina, koja otapa ionske kristale, može biti tekući elektrolit. To mogu biti i rastaljene soli, ponajviše one alkalijskih metala (kloridi i karbonati). Od čvrstih elektrolita važni su ionski izmjenjivači, membrane građene od polimera(npr. polistirena) s aktivnim skupinama SO3H, COOH, OH ILI NH2. Takve membrane odvajaju katodni od anodnog prostora, te smanjuje dimenzije gorivne ćelije. Djelovanje gorive ćelije sa čvrstim elektrolitom ne ovisi o gravitaciji, te se oni stoga primjenjuju u svemirskim letjelicama.

Goriva 

Svaki kemijski element ili spoj visokog sadržaja unutrašnje energije, koji tu energiju može oksidacijom osloboditi i prijeći u ione, može biti gorivo u gorivoj ćeliji.

Oksidansi 

Oksidans u gorivoj ćeliji može biti svaka kemijska tvar koja ima jaki afinitet za elektrone i koja redukcijom prelazi u ionsko stanje. Kisik je najčešći oksidans. Upotreba zraka kao oksidansa nameće dodatni problem odvođenja dušika koji ne sudjeluje u reakciji. U nekim se reakcijama kao oksidansi upotrebljavaju halogeni elementi (Cl, Br, F) ili oksidirani oblik nekog redoks - sustava. Redoks sustavi obično se upotrebljavaju u sekundarnim gorivim ćelijama, u kojima se produkti regeneriraju elektrolizom ili Sunčevom energijom na poluvodičkim elektrodama.

Primjena gorivih ćelija

Gorive ćelije se intenzivno ispituju, a istraživanja su dobila novi poticaj zbog zaoštravanja svjetske energetske krize. Međutim, za sada ne postoje tehnička rješenja gorivih ćelija koja bi udovoljavala svim zahtjevima za visoku specifičnu snagu, pouzdanost i ekonomičnost i koji bi u tome mogli konkurirati procesima s neposrednim izgaranjem goriva (kotlovi s parnim turbinama, motori sa unutrašnjim sagorijevanjem, plinske turbine). Opravdanost upotrebe gorivih ćelija u budućnosti temelji se na dva faktora: visoki stupanj djelotvornosti i mali negativni utjecaj na okoliš. Stupanj djelotvornosti znatno je viši nego u svim do sada upotrebljavanim termičkim procesima za proizvodnju električne energije. Količina otpadne topline iz gorivih ćelija manja je nego iz konvencionalnih postrojenja, a produkti izgaranja ne sadrže štetne sastojke. Sastav produkata koji napuštaju gorivu ćeliju, kada u gorivu ima ugljika, ovisi o postignutoj potpunosti izgaranja. Gorive ćelije osim toga rade skoro bešumno.

Prije široke primjene gorivih ćelija, osim niza manjih poteškoća, treba riješiti dva ključna problema. Prvi je zamjena plemenitih metala, platine i platini srodnih metala kao materijala elektroda, s drugim, jeftinijim i pristupačnijim materijalima. Drugi je problem trajnost i pouzdanost gorivih ćelija. Ova svojstva ovise o katalitičkoj aktivnosti elektrodne površine, o mogućnosti njenog obnavljanja nakon nepredviđenog, slučajnog zagađivanja kemijskim spojevima, katalitičkim otrovima, iz goriva. Međutim, da održe radnu temperaturu, oni moraju ili neprekidno raditi, što snizuje njihov ukupni stupanj iskorištenja goriva, ili zahtijevaju pomoćne izvore energije. Ako se uspješno riješe spomenute teškoće, najvjerojatnije će se gorive ćelije najprije upotrebljavati za pogon cestovnih vozila. Tada bi pogonski motor bio istosmjerni električni motor napajan iz gorive ćelije. Gorivo i oksidans preuzimali bih se u rezervoare vozila u pumpnim stanicama koje bi odgovarale današnjim benzinskim stanicama.

Vodik i gorive ćelije

Razmatra se mogućnost upotrebe gorivih ćelija s vodikom kao gorivom za stabilna postrojenja velike snage. Vodik bi se proizvodio elektrolizom vode upotrebljavajući neiskorištene snage termoelektrana, u prvom redu nuklearnih, u razdobljima malih opterećenja u elektroenergetskom sustavu.

Vodik bi trebao postati najčešći pogon, danas alternativni, a u budućnosti standardno pogonsko gorivo automobila. Brojni proizvođači automobila već uvelike obavljaju testiranja svojih automobila koja bi u bliskoj budućnosti mogla biti pogonjena vodikom. Najdalje u tome otišli su stručnjaci u Mazdi, Toyoti, BMW-u, Audiju, Fordu, General Motorsu, ali i mnogim drugim kompanijama. Učinak većine takvih osobnih automobila još je ograničen i dosta će ovisiti o razvoju ove tehnologije i njenoj masovnoj upotrebi, a isto tako će i cijena odigrati značajnu ulogu u kupovini automobila na vodik.

 

Podijela gorivih ćelija

Prema načinu rada delimo ih na primarne i sekundarne, a prema vrsti elektrolita naone sa alkalnim elektrolitom, i na oni čiji je elektrolit sumporna kiselina, polimernamembrana (PEMFC), rastopljeni karbonati (MCFC) i čvrsti oksid (SOFC).

Kod primarnih gorivih ćelija (sl.1) gorivo i oksidans se dovode iz spoljnihrezervoara, a nastali produkt reakcije se odvodi. Primjer takvih gorivih ćelija sualkalne gorive ćelije u svemirskim letelicama kod kojih se nastala voda koristi za piće. Moguće je i rešenje kod kog se vodonik potreban za rad gorive ćelije izdvaja iznekog spoja bogatog vodikom (sl.2)

slika 1

slika 2 

Takav pristup riješava problem skladištenja vodika potrebnog za rad, a nedostatak  je emisija CO2. Jedno od mogućih goriva je metanol iz kojeg se vodik izdvaja pomoću vodene pare na 280C, uz prisustvo katalizatora.

Kod sekundarnih (regenerativnih) gorivih ćelija (slika 3) produkti reakcije seregeneriraju u polazne elemente uz dovođenje energije.

slika 3

Gorive ćelije s alkalnim elektrolitom

Najčešće upotrebljavani elektrolit je KOH (kalijum-hidroksid). Ova vrsta gorivihćelija koristi se u svemirskim letjelicama kao izvor električne energije, a vodanastala reakcijom kisika i vodika se koristi za piće. Glavna prepreka komercijalnojupotrebi ovih gorivih ćelija je relativno velika potrebna količina platine, kaokatalizatora, što uzrokuje visoke troškove. Moguće je postići iskorištenje do 80%,ako se otpadna toplina koristi za zagrijavanje vode. 

Nedostaci alkalnih gorivih ćelija:

• visoka cijena zbog velikih količina platine• potrebna je visoka čistoća vodika i kisika zbog osjetljivosti ovog tipa gorivih ćelijana prisustvo spojeva ugljika

Prednost alkalnih gorivih ćelija:

• visoka iskoristivost

Upotrebljavaju se u svemirskim letjelicama, a moguća je primjena u vozilima, podmornicama i stacionarnim objektima.

Gorive ćelije sa sumpornom kiselinom (PAFC)

Kao elektrolit se upotrebljava koncentrirana sumporna kiselina. Radna temperatura ovog tipa gorivih ćelija je oko 200C. Ova goriva ćelija dozvoljava prisutnost 1-2%CO i malo sumpora u vodiku. Nema dovoljno topline za proizvodnju pare, ali seiskorištenje može povećati iskorištavanjem otpadne topline za zagrijavanje vode. Stupanj iskoristivosti je 40-50%. Cijena ovih gorivih ćelija je $2500-$4000/kW.

Prednosti gorivih ćelija sa   sumpornom kiselinom :

• relativno dobro podnošenje prisutnosti CO i sumpora, što omogućuje upotrebuvodika dobivenog na mjestu eksploatacije iz metanola, benzina ili drugih ugljikovodika 

Nedostatak gorivih ćelija sa   sumpornom kiselinom :

• upotreba platine kao katalizatora

Postoje jedinice snaga od nekoliko kilovata do nekoliko stotina kilovata. Jedan od proizvođača gorivih ćelija za komercijalnu upotrebu je ONSI Corporation, čije se jedinice upotrebljavaju za snadbjevanje električnom energijom poslovnih zgrada, bolnica, udaljenih objekata i sl. Mjesta moguće primjene gorivih ćelija, kao komercijalno prihvatljivih izvora električne energije, su udaljeni objekti i poslovne zgrade.

Gorive ćelije s polimernom membranom kao elektrolitom (PEMFC)

Kao elektrolit se upotrebljavaju membrane od polimera koje imaju mogućnost propuštanja katona, a elektrone ne propuštaju. Napon jednog sklopa anoda-membrana-katoda je oko 0,7 V s gustocom struje od 0,5-1 A/cm2. Za dobijanjevećih snaga spaja se više sklopova anoda-membrana-katoda u rednu vezu. Gorivo je vodik, a kao oksidans se može koristiti čisti kisik ili kisik iz zraka. Ova vrstagorivih ćelija nije osjetljiva na prisutnost CO2 u struji vodika, što omogućujeupotrebu vodika dobivenog na mjestu upotrebe iz metanola ili benzina, uzuklanjanje CO. Iskorištenje je do 60%. Katalizator na elektrodama je platina.Količine potrebne platine su znatno smanjene i danas se kreću oko 0,5 mg/cm2.Ispitivane su i ćelije sa 0,3 mg/cm2 kod kojih je trošak za katalizator oko 2$/kW.

Prednosti gorivih ćelija sa   polimernom membranom :

• niska radna temperatura omogućuje mobilnu upotrebu• u odnosu na druge gorive ćelije ima relativno veliku snagu po jedinici zapremine• moguća je i varijanta regenerativnog sistema sa membranskim elektrolizerom koji upotrebljava istu tehnologiju 

Nedostaci gorivih ćelija sa   polimernom membranom :

• nedovoljna količina topline za izdvajanje vodika iz metanola ili benzina• osetljivost na prisutnost CO i sumpora u struji vodika• potrebno je ovlaživati struju vodika radi povećanja trajnosti membrane

Intenzivno se radi na istraživanju minijaturnih PEMFC za mobilnu primjenu. Napravljeno je više prototipova vozila sa PEMFC, neki od proizvođača suDaimler-Benz, Toyota, Mazda, Renault, General Motors, Ballard, Energy Partners, Inc.

Gorive ćelije s rastaljenim karbonatima kao elektrolitom (MCFC)

Sastav elektrolita ovih gorivih ćelija zavisi od izvedbe. Elektrolit je najčešće mješavina Li2CO3 i K2CO3. Radna temperatura je oko 650C. Iskoristivost je, kodsistema koji iskorištavaju otpadnu toplinu, prešla 50%. Potrebna je visoka radnatemperatura da bi se postigla zadovoljavajuća provodnost elektrolita, a iskoristivost naglo pada sa smanjivanjem temperature.

Prednosti gorivih ćelija s   rastaljenim karbonatima :

• mogućnost proizvodnje pare za izdvajanje vodika iz benzina ili metanola• mogućnost kogeneracije• visoka radna temperatura omogućuje direktnu upotrebu metanola kao goriva• nisu potrebni plemeniti metali kao katalizator  

Nedostaci gorivih ćelija s rastaljenim karbonatima:

• zbog visokih temperatura potrebni su skupi materijali• potrebno je izolirati ćeliju

 Zbog visokih radnih temperatura predviđena je upotreba za stacionarne sisteme s iskorištavanjem otpadne topline. Neke kompanije koje razvijaju ovaj tip gorivih ćelija su: Fuel Cell Energy, Inc. i M-C Power.

Gorive ćelije s čvrstim oksidima kao elektrolitom (SOFC)

Elektrolit je ZrO2. Radna temperatura se kreće oko 1000C. Zbog visoke radne temperature nisu potrebni skupi katalizatori. Iskoristivost ovog tipa gorivih ćelija je relativno loša zbog slabog provođenja elektrolita, ali provode se istraživanja u cilju povećanja iskoristivosti procesa pretvaranja kemijske u električnu energiju u ovakvim gorivim ćelijama. Ukupna iskoristivost se može povećati iskorištavanjem otpadne topline za proizvodnju pare. Predviđa se iskoristivost od preko 60%.

Prednosti gorivih ćelija s čvrstim oskidima:

• nema potrebe za ovlaživanjem plinova• visoka radna temperatura smanjuje cijenu katalizatora• mogućnost kogeneracije• čvrsti elektrolit 

Nedostaci gorivih ćelija s čvrstim oskidima:

• upotreba skupih keramičkih materijala• potrebna je izolacija ćelije

Isto kao i kod gorivih ćelija s rastaljenim karbonatima, zbog visokih radnih temperatura predviđena je upotreba za stacionarne sisteme s iskorištavanjem otpadne topline. Ispituju se sistemi od stotinjak kilovata. Neke kompanije koje se bave istraživanjem gorivih ćelija s čvrstim oksidima su: Ceramic Fuel Cells Ltd., Siemens Westinghouse, Sulzer Hexis Ltd.

Praktična primjena gorive ćelije na vozilima

Svi vodeći svijetski proizvođači automobila već dugo rade na usavršavanju vozila pokretanih gorivim ćelijama. No prije masovne proizvodnje trebati će udovoljiti nekim osnovnim zahtijevima koje mora zadovoljavati svaki automobil. U grubo ti zahtjevi svode se na potrebu da vozilo može prijeći barem 250 km bez potrebe za punjenjem, a drugi važni zahtjev je da takvo vozilo bude u stanju postići brzinu od 160 km/h do 200 km/h ovisno o veličini vozila, a trebati će se riješiti i problemi kao što su skladištenje vodika, težina automobila i naravno cijena. Npr. Toyota misli da je glavni problem razvoj načina spremanja vodika, kako bi se postigao što veći doseg. Uz to, kao dodatak korištenju visokotlačnih spremnika, nastavlja se istraživanje i razvoj drugih načina spremanja vodika. Budući da problem težine i veličine spremnika još uvijek stoji, jedino rješenje bi bilo olakšavanje drugih dijelova auta.

Nedostatci upotrebe vodika

Najčešće spominjana prednost gorivih ćelija pred klasičnim motorima sa unutrašnjim izgaranjem je ta da nema emisije štetnih plinova jer je njihov produkt čista voda. No problem nastaje pri proizvodnji vodika za koji je potrebno utrošiti jako puno energije, te se na taj način direktno prinosi emisiji CO2 i drugih štetnih plinova jer se većina električne energije u svijetu još uvijek dobiva iz fosilnih goriva. U stvari nedavne studije su pokazale da je upotreba vodika kao goriva puno lošija od upotrebe čisto električnih vozila kod kojih se može postići iskoristivost od skoro 90% dok se kod vodika računajući i proces njegove priozvodnje i skladištenja te brojke kreću oko 25% jer se veliki gubici javljaju u procesu skladištenja vodika kojeg je potrebno ili stlačiti ili ukapljiti. S druge strane električna energija se dosta unčikovito može pohraniti u baterijama ( tu se javlja problem baterija i njihove izdržljivosti). Iz ovoga je vidljivo da će razvoj gorivih ćelija u budućnosti kao i njihova moguća masovna uptreba najviše ovisiti o načinu na koji će se riješiti skladištenje vodika jer uz ovakve gubitke energije kakve danas imamo u tom procesu vodik je daleko od toga da postane “čisto” gorivo.

Prije masovne upotrebe vodika kao pogonskog goriva trebati će izgraditi na tisuće stanica gdje će vozila moći nadoponjavati spremnike vodikom. U cijeloj Europi danas postoji jedva desetak takvih crpki. Taj proces će trajati godinama i zahtijevati ogromna financiska sredstva.

Zaključak

Danas najintezivnija istraživanja se provode na gorivim ćelijama i uskoro se očekuje i prvi automobil koji će ih koristiti. Vodika na zemlji ima u gotovo neograničenim količinama i on bi mogao stotinama godina zadovoljiti naše potrebe za energijom. No prije toga treba riješiti brojne probleme i povećati iskoristivost postrojenja koja se bave proizvodnjom i skladištenjem vodika. Nakon svega ovoga postavlja se pitanje zašto se toliko čekalo?

Zanimljivo je napomenuti da veća intezivnost na istraživanjima nije baš potaknuta ekološkim problemima, već sve manjim količinama fosfatnih goriva u zemlji i sve većim poskupljenjem nafte koje je uzrokovano mnogim ratnim događanjima na bliskom istoku. Ipak glavno je da su se stvari pokrenule s mrtve točke i da je većina svjetskih zemalja prepoznala da u fosfatnim gorivima nema budućnosti. Ali trebamo napomenuti da će ipak u slijedećih 20 godina gotovo sigurno benzinski i Diesel motori prevladavati u automobilima iako dugoročno gledajući oni nemaju budućnost.

Literatura:

Internet: www. wikipedija. org www. autoweb. hr www. vidiauto. hr www. autoportal. hr www. slipnet.com www. fce. com www. physorog. com