Útmutató: Hogyan lehet kinyitni az Ősi Arzenált, és hol keressünk üzemanyagcellákat - Horizon: Zero Dawn. Az üzemanyagcella az "alternatív" energia alternatívája

Mostanában mindenki ajkán járt az üzemanyagcellák témája. És ez nem meglepő, mivel ez a technológia az elektronika világában megjelent, új születésre talált. A mikroelektronika területén a világ vezető szereplői versenyeznek, hogy bemutassák jövőbeli termékeik prototípusait, amelyekbe saját mini erőműveik épülnek be. Ennek egyrészt gyengítenie kell a mobileszközök „foglalathoz” való kötődését, másrészt meg kell hosszabbítania az akkumulátor élettartamát.

Ráadásul ezek egy része etanol alapú, így ezeknek a technológiáknak a fejlesztése közvetlenül az alkoholos italgyártók számára előnyös – egy tucat év múlva „informatikusok” sorban állnak a következő „adag” mögött. laptop fog sorakozni a borfőzdében.

Nem maradhatunk távol az üzemanyagcellák "lázától", amely a Hi-Tech ipart uralta, és megpróbáljuk kitalálni, hogy milyen állat ez a technológia, mivel eszik meg, és mikorra számíthatunk rá. "vendéglátás". Ebben az anyagban megvizsgáljuk az üzemanyagcellák által megtett utat a technológia felfedezésének pillanatától napjainkig. Megpróbáljuk felmérni a jövőbeni megvalósításuk és fejlesztésük kilátásait is.

Milyen volt

Az üzemanyagcella elvét 1838-ban írta le először Christian Friedrich Schonbein, majd egy évvel később a Philosophical Journal is publikálta cikkét ebben a témában. Ezek azonban csak elméleti tanulmányok voltak. Az első működő üzemanyagcella 1843-ban látta meg a fényt egy walesi származású tudós, Sir William Robert Grove laboratóriumában. Létrehozásakor a feltaláló a modern foszforsav akkumulátorokhoz hasonló anyagokat használt. Ezt követően W. Thomas Grub továbbfejlesztette Sir Grove üzemanyagcelláját. 1955-ben ez a vegyész, aki dolgozott legendás cég A General Electric szulfonált polisztirol ioncserélő membránt használt elektrolitként egy üzemanyagcellában. Mindössze három évvel később kollégája, Leonard Niedrach javasolta a platina membránra fektetésének technológiáját, amely katalizátorként működött a hidrogén-oxidáció és az oxigénfelvétel folyamatában.

Az üzemanyagcellák "atyja" Christian Schönbein

Ezek az elvek képezték az alapját az új generációs üzemanyagcelláknak, amelyeket alkotóikról „Grubb-Nidrach” elemeknek neveztek. A General Electric tovább fejlődött ebbe az irányba, amelyben a NASA és a McDonnell Aircraft légiközlekedési óriás segítségével létrehozták az első kereskedelmi üzemanyagcellát. Az új technológiát a tengerentúlon is felfigyelték. És már 1959-ben a brit Francis Bacon (Francis Thomas Bacon) bevezetett egy 5 kW teljesítményű álló üzemanyagcellát. Szabadalmaztatott terveit ezt követően az amerikaiak engedélyezték, és felhasználták űrhajók NASA az energiarendszerekben és az ivóvízellátásban. Ugyanebben az évben az amerikai Harry Ihrig megépítette az első üzemanyagcellás traktort (15 kW összteljesítmény). Az akkumulátorokban elektrolitként kálium-hidroxidot, reagensként sűrített hidrogént és oxigént használtak.

A helyhez kötött üzemanyagcellák kereskedelmi célú gyártását először az UTC Power indította el, amely tartalék energiaellátó rendszereket kínált kórházak, egyetemek és üzleti központok számára. Ez a cég, amely ezen a területen világelső, még mindig gyárt hasonló megoldásokat 200 kW teljesítményig. A NASA fő üzemanyagcella-szállítója is. Termékeit széles körben használták az Apollo űrprogram során, és továbbra is keresettek az Space Shuttle program részeként. Az UTC Power emellett „fogyasztói fogyasztású” tüzelőanyagcellákat is kínál a járműalkalmazások széles skálájához. Ő volt az első, aki olyan üzemanyagcellát hozott létre, amely protoncserélő membrán segítségével negatív hőmérsékletű áramfelvételt tesz lehetővé.

Hogyan működik

A kutatók különféle anyagokkal kísérleteztek reagensként. Az üzemanyagcellák működési elvei azonban a jelentősen eltérő teljesítményjellemzők ellenére változatlanok maradnak. Bármely üzemanyagcella elektrokémiai energiaátalakító eszköz. Meghatározott mennyiségű tüzelőanyagból (anód oldalon) és oxidálószerből (katód oldalon) termel villamos energiát. A reakció elektrolit (szabad ionokat tartalmazó, elektromosan vezető közegként viselkedő anyag) jelenlétében megy végbe. Elvileg minden ilyen készülékbe bizonyos reagensek lépnek be és reakciótermékeik, amelyeket az elektrokémiai reakció végrehajtása után eltávolítanak. Az elektrolit ebben az esetben csak a reaktánsok kölcsönhatásának közegeként szolgál, és nem változik az üzemanyagcellában. Egy ilyen séma alapján egy ideális üzemanyagcellának addig kell működnie, amíg megvan a reakcióhoz szükséges anyagok.

Az üzemanyagcellákat itt nem szabad összetéveszteni a hagyományos akkumulátorokkal. Az első esetben némi "üzemanyagot" fogyasztanak az elektromos áram előállításához, amelyet később újra kell tölteni. A galvánelemek esetében az elektromosságot zárt körben tárolják. kémiai rendszer. Az akkumulátorok esetében az áram alkalmazása lehetővé teszi a fordított elektrokémiai reakció létrejöttét, és a reagensek visszaállítását az eredeti állapotukba (azaz feltöltésre). Az üzemanyag és az oxidálószer különféle kombinációi lehetségesek. Például egy hidrogén üzemanyagcella hidrogént és oxigént (oxidálószert) használ reagensként. Gyakran bikarbonátokat és alkoholokat használnak üzemanyagként, és a levegő, a klór és a klór-dioxid oxidálószerként működnek.

Az üzemanyagcellában lezajló katalízisreakció kiüti az üzemanyagból az elektronokat és protonokat, és a mozgó elektronok kialakulnak. elektromosság. Az üzemanyagcellák általában platinát vagy ötvözeteit használják katalizátorként a reakció felgyorsítására. Egy másik katalitikus folyamat az elektronokat visszaadja protonokkal és oxidálószerrel kombinálva, ami reakciótermékek (emisszió) képződését eredményezi. Ezek a kibocsátások általában egyszerű anyagok: víz és szén-dioxid.

A hagyományos protoncserélő membrán üzemanyagcellában (PEMFC) egy polimer protonvezető membrán választja el az anód és a katód oldalát. A katód felől a hidrogén az anódkatalizátorra diffundál, ahol azután elektronok és protonok szabadulnak fel onnan. A protonok ezután a membránon keresztül a katódra jutnak, és az elektronok, amelyek nem tudják követni a protonokat (a membrán elektromosan szigetelt), a külső terhelési áramkörön (az áramellátó rendszeren) keresztül jutnak el. A katódos katalizátor oldalon az oxigén reakcióba lép a membránon áthaladt protonokkal és a külső terhelési körön keresztül belépő elektronokkal. A reakció eredményeként víz keletkezik (gőz vagy folyadék formájában). Például reakciótermékek üzemanyagcellákban szénhidrogén tüzelőanyaggal (metanol, gázolaj) víz és szén-dioxid.

Szinte minden típusú üzemanyagcella szenved elektromos veszteségtől, amelyet mind az üzemanyagcella érintkezőinek és elemeinek természetes ellenállása, mind az elektromos túlfeszültség (a kezdeti reakció végrehajtásához szükséges többletenergia) okoz. Bizonyos esetekben ezeket a veszteségeket nem lehet teljesen elkerülni, és néha "a játék nem éri meg a gyertyát", de legtöbbször elfogadható minimumra csökkenthető. Erre a problémára megoldást jelent ezen eszközök készleteinek alkalmazása, amelyekben az üzemanyagcellák az áramellátó rendszer követelményeitől függően párhuzamosan (nagyobb áram) vagy sorosan (nagyobb feszültség) kapcsolhatók.

Az üzemanyagcellák típusai

Az üzemanyagcelláknak nagyon sok típusa létezik, de megpróbálunk röviden elidőzni a leggyakoribbaknál.

Alkáli üzemanyagcellák (AFC)

Az alkáli vagy lúgos üzemanyagcellák, amelyeket brit „atyjukról” Bacon celláknak is neveznek, az egyik legfejlettebb üzemanyagcellás technológia. Ezek az eszközök segítettek az embernek a Holdra lépésében. Általában a NASA az 1960-as évek közepe óta használ ilyen típusú üzemanyagcellákat. Az AFC-k hidrogént és tiszta oxigént fogyasztanak, így termelnek vizet inni, hő és villany. Nagyrészt annak köszönhető, hogy ez a technológia jól fejlett, a hasonló rendszerek közül az egyik legmagasabb hatásfokkal rendelkezik (kb. 70%-os potenciál).

Ennek a technológiának azonban vannak hátrányai is. A folyékony lúgos anyag elektrolitként való felhasználásának sajátosságai miatt, amely nem blokkolja a szén-dioxidot, lehetséges, hogy a kálium-hidroxid (az elektrolit egyik lehetősége) reakcióba léphet a közönséges levegő ezen komponensével. Az eredmény egy mérgező kálium-karbonát vegyület lehet. Ennek elkerülése érdekében vagy tiszta oxigént kell használni, vagy meg kell tisztítani a levegőt a szén-dioxidtól. Ez természetesen befolyásolja az ilyen eszközök költségeit. Ennek ellenére azonban az AFC-k a ma elérhető legolcsóbb üzemanyagcellák.

Közvetlen bórhidrid üzemanyagcellák (DBFC)

A lúgos tüzelőanyag-cellák ezen altípusa nátrium-bórhidridet használ üzemanyagként. A hagyományos hidrogén-AFC-kkel ellentétben azonban ennek a technológiának van egy jelentős előnye – nincs kockázata annak, hogy szén-dioxiddal érintkezve mérgező vegyületek képződjenek. Reakciójának terméke azonban a bórax, amelyet széles körben használnak mosószerekben és szappanokban. A borax viszonylag nem mérgező.

A DBFC-k még a hagyományos üzemanyagcelláknál is olcsóbbak, mivel nem igényelnek drága platina katalizátort. Ezenkívül nagyobb az energiasűrűségük. Becslések szerint egy kilogramm nátrium-bórhidrid előállítása 50 dollárba kerül, de ha megszervezik a tömegtermelést és feldolgozzák a bóraxot, akkor ez a rúd 50-szeresére csökkenthető.

Fém-hidrid üzemanyagcellák (MHFC)

A lúgos üzemanyagcellák ezen alosztályát jelenleg aktívan tanulmányozzák. Ezeknek az eszközöknek a sajátossága, hogy képesek kémiai úton tárolni a hidrogént az üzemanyagcellában. A direkt bórhidrid üzemanyagcella ugyanilyen képességgel rendelkezik, de vele ellentétben az MHFC tiszta hidrogénnel van töltve.

Ezen üzemanyagcellák megkülönböztető jellemzői a következők:

• az elektromos energiából történő újratöltés képessége;
• alacsony hőmérsékleten történő munkavégzés - -20 ° C-ig;
• hosszú eltarthatóság;
• gyors "hideg" indítás;
• az a képesség, hogy egy ideig külső hidrogénforrás nélkül dolgozzon (az üzemanyagcsere időszakára).

Annak ellenére, hogy sok cég dolgozik tömeggyártású MHFC-k létrehozásán, a prototípusok hatékonysága nem elég magas a versenytárs technológiákhoz képest. Ezeknek az üzemanyagcelláknak az egyik legjobb áramsűrűsége 250 milliamper/négyzetcentiméter, a hagyományos PEMFC üzemanyagcellák pedig 1 amper/négyzetcentiméter áramsűrűséget biztosítanak.

Elektrogalvanikus üzemanyagcellák (EGFC)

Az EGFC-ben a kémiai reakció kálium-hidroxid és oxigén részvételével megy végbe. Ez elektromos áramot hoz létre az ólomanód és az aranyozott katód között. Az elektrogalvanikus tüzelőanyag-cella kimeneti feszültsége egyenesen arányos az oxigén mennyiségével. Ez a funkció lehetővé tette, hogy az EGFC-t széles körben használhassák oxigénvizsgáló eszközként búvárfelszerelésekben és orvosi berendezésekben. De éppen e függőség miatt a kálium-hidroxid alapú üzemanyagcellák időtartama nagyon korlátozott. eredményes munka(amíg az oxigénkoncentráció magas).

Az első tanúsítvánnyal rendelkező EGFC oxigénmérők 2005-ben váltak széles körben elérhetővé, de akkoriban nem szereztek nagy népszerűséget. A két évvel később kiadott, jelentősen módosított modell sokkal sikeresebb volt, és egy floridai speciális búvárkiállításon „innovációért” díjat is kapott. Jelenleg olyan szervezetek használják őket, mint a NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) és a DDRC (Búvárbetegségek Kutatóközpontja).

Hangyasav közvetlen üzemanyagcellák (DFAFC)

Ezek az üzemanyagcellák a PEMFC direkt hangyasav eszközök egyik altípusa. Sajátos tulajdonságaik miatt ezek az üzemanyagcellák nagy eséllyel válhatnak a jövőben az olyan hordozható elektronikai cikkek fő áramforrásává, mint a laptopok, mobiltelefonok stb.

A metanolhoz hasonlóan a hangyasavat közvetlenül táplálják be az üzemanyagcellába, speciális tisztítási lépés nélkül. Ennek az anyagnak a tárolása is sokkal biztonságosabb, mint például a hidrogéné, ráadásul nem szükséges semmilyen különleges tárolási körülményt biztosítani: a hangyasav normál hőmérsékleten folyadék. Ezen túlmenően ennek a technológiának két vitathatatlan előnye van a közvetlen metanol üzemanyagcellákkal szemben. Először is, a metanollal ellentétben a hangyasav nem szivárog át a membránon. Ezért a DFAFC hatékonyságának értelemszerűen magasabbnak kell lennie. Másodszor, nyomáscsökkentés esetén a hangyasav nem olyan veszélyes (a metanol vakságot, erős adagolás esetén halált okozhat).

Érdekes módon a közelmúltig sok tudós nem látta gyakorlati jövőt ennek a technológiának. Az ok, ami miatt a kutatók évekig véget vetettek a hangyasavnak, a nagy elektrokémiai túlfeszültség volt, amely jelentős elektromos veszteségekhez vezetett. De a közelmúltban végzett kísérletek eredményei azt mutatták, hogy ennek a hatástalanságnak az oka a platina katalizátorként való felhasználása, amelyet hagyományosan széles körben használnak erre a célra az üzemanyagcellákban. Miután az Illinoisi Egyetem tudósai számos kísérletet végeztek más anyagokkal, kiderült, hogy palládium katalizátorként történő felhasználása esetén a DFAFC termelékenysége magasabb, mint az egyenértékű közvetlen metanolos üzemanyagcelláké. Jelenleg ennek a technológiának a jogai az amerikai Tekion cég tulajdonában vannak, amely Formira Power Pack termékcsaládját kínálja mikroelektronikai eszközökhöz. Ez a rendszer egy "duplex", amely egy tároló akkumulátorból és a tényleges üzemanyagcellából áll. Miután az akkumulátort töltő kazettában lévő reagensek kimerültek, a felhasználó egyszerűen kicseréli egy újra. Így teljesen függetlenné válik a "foglalattól". A gyártó ígérete szerint a töltések közötti idő megduplázódik, annak ellenére, hogy a technológia mindössze 10-15%-kal fog többe kerülni, mint a hagyományos akkumulátorok. Ennek a technológiának az egyetlen komoly akadálya lehet, hogy egy közepes méretű cég támogatja, és egyszerűen „leborulhat” a technológiájukat bemutató nagyobb versenytársak, amelyek számos területen még a DFAFC-nál is alacsonyabbak lehetnek. paramétereket.

Közvetlen metanol üzemanyagcellák (DMFC)

Ezek az üzemanyagcellák a protoncserélő membráneszközök egy részhalmazát képezik. Az üzemanyagcellába töltött metanolt további tisztítás nélkül használják. A metil-alkoholt azonban sokkal könnyebb tárolni, és nem robbanásveszélyes (bár gyúlékony és vakságot okozhat). Ugyanakkor a metanol energiakapacitása lényegesen nagyobb, mint a sűrített hidrogéné.

Mivel azonban a metanol képes átszivárogni a membránon, a DMFC hatékonysága nagy mennyiségű üzemanyaggal alacsony. Bár szállításra és nagy telepítésre emiatt nem alkalmasak, ezek a készülékek kiválóan alkalmasak mobileszközök akkumulátorcseréjére.

Feldolgozott metanol üzemanyagcellák (RMFC)

A feldolgozott metanol üzemanyagcellák csak abban különböznek a DMFC-ktől, hogy a metanolt hidrogénné és szén-dioxiddá alakítják, mielőtt villamos energiát termelnének. Ez egy speciális eszközben történik, amelyet üzemanyag-feldolgozónak neveznek. Ezen előzetes szakasz után (a reakció 250°C feletti hőmérsékleten megy végbe) a hidrogén oxidációs reakción megy keresztül, melynek eredményeként víz és elektromosság képződik.

Az RMFC-ben a metanol felhasználása annak köszönhető, hogy a hidrogén természetes hordozója, és kellően alacsony hőmérsékleten (más anyagokhoz képest) hidrogénre és szén-dioxidra bomlik le. Ezért ez a technológia fejlettebb, mint a DMFC. A feldolgozott metanol üzemanyagcellák hatékonyabbak, kompaktabbak és nulla alatti hőmérsékleten működnek.

Közvetlen etanol üzemanyagcellák (DEFC)

A protoncserélő ráccsal rendelkező üzemanyagcellák osztályának másik képviselője. Ahogy a neve is sugallja, az etanol az üzemanyagcellába kerül, megkerülve a további tisztítás vagy egyszerűbb anyagokra bomlás szakaszait. Ezen eszközök első előnye az etil-alkohol használata a mérgező metanol helyett. Ez azt jelenti, hogy nem kell sok pénzt fektetni ennek az üzemanyagnak a fejlesztésébe.

Az alkohol energiasűrűsége körülbelül 30%-kal nagyobb, mint a metanolé. Ráadásul nagy mennyiségben biomasszából is nyerhető. Az etanol üzemanyagcellák költségének csökkentése érdekében aktív kutatás folyik alternatív katalizátoranyag után. A hagyományosan üzemanyagcellákban ilyen célra használt platina túl drága, és jelentős akadálya e technológiák tömeges elterjedésének. Erre a problémára megoldást jelenthetnek a vas, réz és nikkel keverékéből készült katalizátorok, amelyek lenyűgöző eredményeket mutatnak a kísérleti rendszerekben.

Cink levegős üzemanyagcellák (ZAFC)

A ZAFC a cink levegőből származó oxigénnel történő oxidációját használja fel elektromos áram előállítására. Ezeknek az üzemanyagcelláknak a gyártása olcsó, és meglehetősen nagy energiasűrűséget biztosítanak. Jelenleg hallókészülékekben és kísérleti elektromos autókban használják őket.

Az anód oldalon cinkrészecskék elektrolittal, a katód oldalon pedig a levegőből származó víz és oxigén keveréke található, amelyek egymással reakcióba lépve hidroxilt képeznek (molekulája egy oxigénatom és egy hidrogénatom, amelyek között kovalens kötés van). A hidroxil és a cinkkeverék reakciója eredményeként elektronok szabadulnak fel, amelyek a katódra mennek. Max feszültség Az ilyen üzemanyagcellák által kibocsátott feszültség 1,65 V, de általában mesterségesen 1,4–1,35 V-ra csökkentik, korlátozva a levegő hozzáférését a rendszerhez. Ennek az elektrokémiai reakciónak a végterméke a cink-oxid és a víz.

Ez a technológia használható akkumulátorokban (újratöltés nélkül) és üzemanyagcellákban is. Utóbbi esetben az anódoldali kamrát megtisztítják és újratöltik cinkpasztával. Általában véve a ZAFC technológia egyszerű és megbízható akkumulátornak bizonyult. Vitathatatlan előnyük, hogy a reakciót csak az üzemanyagcella levegőellátásának beállításával tudják szabályozni. Sok kutató a cink-levegő üzemanyagcellákat tekinti az elektromos járművek jövőbeli fő energiaforrásának.

Mikrobás üzemanyagcellák (MFC)

A baktériumoknak az emberiség javára való felhasználásának gondolata nem új keletű, bár ezek az ötletek csak nemrégiben valósultak meg. Jelenleg a biotechnológiák kereskedelmi felhasználásának kérdése különböző termékek előállításához (például hidrogén előállítása biomasszából), semlegesítés káros anyagokés villamosenergia-termelés. A mikrobiális üzemanyagcellák, más néven biológiai üzemanyagcellák, olyan biológiai elektrokémiai rendszer, amely baktériumok felhasználásával villamos energiát termel. Ez a technológia olyan anyagok katabolizmusán (egy összetett molekula egyszerűbbé bomlása energia felszabadulásával) alapul, mint a glükóz, acetát (ecetsav sója), butirát (vajsav sója) vagy szennyvíz. Oxidációjuk következtében elektronok szabadulnak fel, amelyek az anódra kerülnek, majd a keletkezett elektromos áram a vezetőn keresztül a katódra áramlik.

Az ilyen üzemanyagcellákban általában közvetítőket használnak az elektronok permeabilitásának javítására. A probléma az, hogy a közvetítő szerepet betöltő anyagok drágák és mérgezőek. Elektrokémiailag aktív baktériumok alkalmazása esetén azonban nincs szükség mediátorokra. Az ilyen "adómentes" mikrobiális üzemanyagcellákat a közelmúltban kezdték létrehozni, ezért messze nem minden tulajdonságukat tanulmányozták jól.

Annak ellenére, hogy az MFC-nek még le kell győznie az akadályokat, ez a technológia hatalmas lehetőségeket rejt magában. Először is, az „üzemanyagot” nem nehéz megtalálni. Sőt, manapság a szennyvízkezelés és sok hulladék ártalmatlanításának kérdése nagyon akut. A technológia alkalmazása mindkét problémát megoldhatja. Másodszor, elméletileg a hatékonysága nagyon magas lehet. A fő probléma A mérnökök számára a mikrobiális üzemanyagcellák a mikrobák, és valójában ennek az eszköznek a legfontosabb elemei. És miközben a számos kutatási támogatásban részesülő mikrobiológusok örülnek, a sci-fi-írók is dörzsölik a kezüket a rossz mikroorganizmusok „kiadásának” következményeiről szóló könyvek sikerére számítva. Természetesen fennáll annak a veszélye, hogy olyasmit hoznak ki, ami nem csak a felesleges hulladékot "emészti meg", hanem valami értékeset is. Tehát elvileg, mint minden új biotechnológia esetében, az emberek óvakodnak attól az ötlettől, hogy baktériumokkal fertőzött dobozt hordjanak a zsebükben.

Alkalmazás

Helyhez kötött háztartási és ipari erőművek

Az üzemanyagcellákat széles körben használják energiaforrásként különféle autonóm rendszerekben, például űrhajókban, távoli meteorológiai állomásokon, katonai létesítményekben stb. Az ilyen áramellátó rendszer fő előnye a rendkívül magas megbízhatóság más technológiákhoz képest. A mozgó alkatrészek és az üzemanyagcellákban lévő mechanizmusok hiánya miatt az energiaellátó rendszerek megbízhatósága elérheti a 99,99%-ot. Ráadásul a hidrogén reagensként történő alkalmazása esetén nagyon kis tömeg érhető el, ami az egyik legfontosabb kritérium az űrberendezéseknél.

Az utóbbi időben a lakóépületekben és irodákban széles körben használt kapcsolt hő- és villamosenergia-berendezések egyre elterjedtebbek. Ezeknek a rendszereknek a sajátossága, hogy folyamatosan áramot termelnek, amit ha nem fogyasztanak el azonnal, víz és levegő melegítésére használnak fel. Annak ellenére, hogy az ilyen berendezések elektromos hatásfoka mindössze 15-20%, ezt a hátrányt kompenzálja az a tény, hogy a fel nem használt villamos energiát hőtermelésre használják fel. Általában az ilyen kombinált rendszerek energiahatékonysága körülbelül 80%. Az egyik legjobb reagens az ilyen üzemanyagcellákhoz a foszforsav. Ezek az egységek 90%-os energiahatékonyságot biztosítanak (35-50% villamos energia, a többi hőenergia).

Szállítás

Az üzemanyagcellákon alapuló energiarendszereket a közlekedésben is széles körben alkalmazzák. A németek egyébként az elsők között szereltek üzemanyagcellákat a járművekbe. Tehát nyolc éve debütált a világ első ilyen felszereléssel felszerelt kereskedelmi hajója. Ezt a "Hydra" névre keresztelt kis hajót, amelyet legfeljebb 22 utas szállítására terveztek, 2000 júniusában bocsátották vízre Németország egykori fővárosa közelében. A hidrogén (lúgos üzemanyagcella) energiahordozó reagensként működik. A lúgos (lúgos) üzemanyagcellák alkalmazásának köszönhetően a berendezés akár -10°C hőmérsékleten is képes áramot generálni, és nem "ijed meg" a sós víztől. Az 5 kW-os villanymotorral hajtott "Hydra" hajó akár 6 csomós (kb. 12 km/h) sebességre is képes.

"Hydra" hajó

Az üzemanyagcellák (különösen hidrogénüzemű) sokkal szélesebb körben elterjedtek a szárazföldi közlekedésben. Általánosságban elmondható, hogy a hidrogént meglehetősen régóta használják az autómotorok üzemanyagaként, és elvileg a hagyományos belső égésű motorok könnyen átalakíthatók erre az alternatív üzemanyagra. A hidrogén hagyományos elégetése azonban kevésbé hatékony, mint a hidrogén és az oxigén közötti kémiai reakcióval történő villamos energia előállítása. És ideális esetben a hidrogén, ha üzemanyagcellákban kerül felhasználásra, teljesen biztonságos lesz a természet számára, vagy ahogy mondani szokás, "környezetbarát", mivel a kémiai reakció során nem szabadul fel szén-dioxid vagy más anyag, amely érinti az "üvegházat" hatás".

Igaz, itt – ahogy az várható is – több nagy „de” van. A helyzet az, hogy a hidrogén nem megújuló erőforrásokból (földgáz, szén, olajtermékek) előállítására szolgáló számos technológia nem annyira környezetbarát, mivel a folyamat során nagy mennyiségű szén-dioxid szabadul fel. Elméletileg, ha megújuló erőforrásokat használnak a megszerzéséhez, akkor egyáltalán nem lesz káros kibocsátás. Ebben az esetben azonban a költségek jelentősen megnőnek. Sok szakértő szerint ezen okok miatt a hidrogénben a benzin vagy a földgáz helyettesítő lehetősége nagyon korlátozott. Vannak már olcsóbb alternatívák, és nagy valószínűséggel a periódusos rendszer első elemén lévő üzemanyagcellák nem válhatnak tömegjelenséggé a járművekben.

Az autógyártók meglehetősen aktívan kísérleteznek a hidrogénnel, mint energiaforrással. Ennek fő oka pedig az EU meglehetősen kemény álláspontja a légkörbe történő káros kibocsátással kapcsolatban. Az egyre szigorodó európai korlátozások hatására a Daimler AG, a Fiat és a Ford Motor Company bemutatta elképzelését az üzemanyagcellák jövőjéről az autóiparban, és alapmodelljeit hasonló hajtásláncokkal szerelték fel. Egy másik európai autóipari óriás, a Volkswagen jelenleg is készíti üzemanyagcellás járművét. A japán és dél-koreai cégek sem maradnak el mögöttük. Azonban nem mindenki fogad erre a technológiára. Sokan szívesebben módosítják a belső égésű motorokat, vagy kombinálják azokat akkumulátoros villanymotorokkal. A Toyota, a Mazda és a BMW követte ezt az utat. Ami az amerikai cégeket illeti, a Ford mellett a Focus modellel a General Motors több üzemanyagcellás autót is bemutatott. Mindezeket a vállalkozásokat számos állam aktívan támogatja. Például az Egyesült Államokban van egy törvény, amely szerint a piacra kerülő új hibrid autó mentesül az adó alól, ami elég tisztességes összeg lehet, mert az ilyen autók általában drágábbak, mint hagyományos belső égésű autóik. motorok. Így a hibridek vásárlásként még vonzóbbá válnak. Ez a törvény azonban egyelőre csak a 60 ezres autós eladási szint eléréséig vonatkozik a piacra kerülő modellekre, utána a kedvezmény automatikusan megszűnik.

Elektronika

Nem is olyan régen az üzemanyagcellákat egyre inkább használják a laptopokban, mobiltelefonokés egyéb mobil elektronikus eszközök. Ennek oka a hosszú akkumulátor-élettartamra tervezett készülékek rohamosan növekvő falánksága volt. A telefonok nagy érintőképernyőinek, a nagy teljesítményű audioképességeknek, valamint a Wi-Fi, Bluetooth és más nagyfrekvenciás vezeték nélküli kommunikációs protokollok támogatásának bevezetése következtében az akkumulátor kapacitásigénye is megváltozott. És bár az akkumulátorok nagy utat tettek meg az első mobiltelefonok napjai óta, kapacitás és kompaktság tekintetében (egyébként ma már nem engednék be a stadionokba a szurkolókat ezzel a kommunikációs funkciós fegyverrel), mégsem tartják a lépést az elektronikus áramkörök miniatürizálásával, sem azzal, hogy a gyártók mindent beleépítenek termékeikbe több funkciót. A jelenlegi akkumulátorok másik jelentős hátránya a hosszú töltési idő. Minden ahhoz vezet, hogy minél több olyan funkció van egy telefonban vagy zsebben lévő multimédia lejátszóban, amely a tulajdonos autonómiáját növeli (vezeték nélküli internet, navigációs rendszerek stb.), annál inkább függ az „aljzattól” ez az eszköz.

Nincs mit mondani azokról a laptopokról, amelyek sokkal kisebbek, mint a maximális méretben korlátozottak. Hosszú ideje kialakult az ultra-hatékony laptopok rése, amelyeket egyáltalán nem autonóm működésre szánnak, kivéve az egyik irodából a másikba való áthelyezést. És még a laptopok világának legköltséghatékonyabb tagjai is küzdenek azért, hogy egy egész napos akkumulátor-üzemidőt biztosítsanak. Ezért nagyon éles a kérdés, hogy találjunk alternatívát a hagyományos akkumulátorokhoz, amelyek nem drágábbak, de sokkal hatékonyabbak is. Az iparág vezető képviselői pedig a közelmúltban megoldják ezt a problémát. Nem is olyan régen megjelentek a kereskedelmi metanolos üzemanyagcellák, amelyek tömeges szállítása már jövőre megkezdődhet.

A kutatók valamiért a metanolt választották a hidrogén helyett. Sokkal egyszerűbb a metanol tárolása, mert nem igényel nagy nyomást vagy különlegeset hőmérsékleti rezsim. A metil-alkohol -97,0 °C és 64,7 °C közötti hőmérsékleten folyadék. Ahol fajlagos energia Az N-edik térfogatú metanol egy nagyságrenddel nagyobb, mint az azonos térfogatú hidrogénben nagy nyomás alatt. A mobil elektronikai eszközökben széles körben használt direkt metanol üzemanyagcellás technológia magában foglalja a metanol felhasználását az üzemanyagcella-tartály egyszerű feltöltése után, megkerülve a katalitikus átalakítási eljárást (innen ered a "direkt metanol" elnevezés). Ez is egy nagy előnye ennek a technológiának.

Azonban, ahogy az várható volt, ezeknek az előnyöknek megvoltak a hátrányai, amelyek jelentősen korlátozták az alkalmazási kört. Tekintettel arra a tényre, hogy ennek ellenére ezt a technológiát még nem fejlesztették ki teljesen, az ilyen üzemanyagcellák alacsony hatásfokának problémája, amelyet a metanol „szivárgása” okoz a membránanyagon keresztül, továbbra is megoldatlan. Ezenkívül nincsenek lenyűgöző dinamikus jellemzőik. Nem könnyű eldönteni, hogy mi legyen az anódnál keletkező szén-dioxiddal. A modern DMFC-eszközök nem képesek nagy energia előállítására, de kis mennyiségű anyag számára nagy energiakapacitásuk van. Ez azt jelenti, hogy bár sok energia még nem áll rendelkezésre, a közvetlen metanol üzemanyagcellák képesek előállítani. hosszú idő. Ez alacsony fogyasztásuk miatt nem teszi lehetővé, hogy közvetlenül a járművekben használják, de szinte ideális megoldássá teszik azokat a mobil eszközökhöz, amelyeknél kritikus az akkumulátor élettartama.

Legújabb trendek

Bár már régóta gyártanak üzemanyagcellákat járművekhez, ezek a megoldások egyelőre nem terjedtek el. Ennek számos oka van. A fő szempontok pedig a gazdasági céltalanság és a gyártók nem hajlandók a megfizethető üzemanyag előállítását bevezetni. A megújuló energiaforrásokra való átállás természetes folyamatának kierőltetésére tett kísérletek, ahogy az várható volt, nem vezettek semmi jóra. Természetesen a mezőgazdasági termékek drágulásának oka inkább nem abban rejlik, hogy elkezdték tömegesen bioüzemanyaggá alakítani őket, hanem abban, hogy Afrikában és Ázsiában sok ország nem képes elegendő terméket előállítani. akár a hazai termékek iránti kereslet kielégítésére.

Nyilvánvalóan a bioüzemanyagok használatának elutasítása nem vezet jelentős javuláshoz a világ élelmiszerpiaci helyzetében, hanem éppen ellenkezőleg, az európai és amerikai gazdálkodókra csaphat le, akik hosszú évek óta először kaptak jó pénzkereseti lehetőség. De nem lehet leírni ennek a kérdésnek az etikai oldalát, csúnya "kenyeret" tölteni tartályokba, amikor emberek milliói éheznek. Ezért különösen európai politikusok most hűvösebb lesz a biotechnológiához való hozzáállás, amit már a megújuló energiaforrásokra való átállás stratégiájának felülvizsgálata is megerősít.

Ebben a helyzetben a mikroelektronikának kell az üzemanyagcellák legígéretesebb alkalmazási területévé válnia. Itt van a legnagyobb esélye az üzemanyagcelláknak, hogy megvegyék a lábukat. Először is, az emberek, akik mobiltelefont vásárolnak, szívesebben kísérleteznek, mint például az autóvásárlók. Másodszor, készek pénzt költeni, és általában nem idegenkednek a "világ megmentésétől". Ennek igazolására szolgálhat az iPod Nano piros "Bono" változatának elsöprő sikere, amelynek eladásából befolyt pénz egy része a Vöröskereszthez került.

Az Apple iPod Nano "Bono" verziója

Azok között, akik figyelmüket a hordozható elektronikai üzemanyagcellák felé fordították, mint olyan cégek, amelyek korábban üzemanyagcellák gyártására specializálódtak, és most egyszerűen felfedezték új gömb alkalmazásaik, valamint a mikroelektronika vezető gyártói. A közelmúltban például az MTI Micro, amely a mobil elektronikai eszközök metanolos üzemanyagcelláinak gyártására helyezte át tevékenységét, bejelentette, hogy 2009-ben tömeggyártásba kezd. Bemutatta a világ első metanol üzemanyagcellás GPS-készülékét is. A cég képviselői szerint a közeljövőben termékei teljesen felváltják a hagyományos lítium-ion akkumulátorokat. Igaz, eleinte nem lesznek olcsók, de ez a probléma minden új technológiát kísér.

Egy olyan cég számára, mint a Sony, amely nemrégiben mutatta be média-meghajtású eszközének DMFC-változatát, ezek a technológiák újak, de komolyan gondolják, hogy nem vesznek el egy ígéretes új piacon. A Sharp viszont még tovább ment, és az üzemanyagcellás prototípusával nemrégiben világrekordot állított fel a metanol köbcentiméterenkénti 0,3 watt fajlagos energiakapacitását illetően. Még sok ország kormánya is találkozott az ezeket az üzemanyagcellákat gyártó cégekkel. Így az USA, Kanada, Nagy-Britannia, Japán és Kína repülőterei a metanol toxicitása és gyúlékonysága ellenére eltörölték a kabinban történő szállítására vonatkozó, korábban érvényben lévő korlátozásokat. Természetesen ez csak tanúsított, legfeljebb 200 ml-es üzemanyagcellák esetén megengedett. Ez azonban ismét megerősíti a fejlesztések iránti érdeklődést nemcsak a rajongók, hanem az államok részéről is.

Igaz, a gyártók továbbra is igyekeznek eljátszani a biztonságot, és az üzemanyagcellákat főként tartalék táprendszerként kínálják. Az egyik ilyen megoldás az üzemanyagcella és az akkumulátor kombinációja: amíg van üzemanyag, folyamatosan tölti az akkumulátort, majd annak lemerülése után a felhasználó egyszerűen kicseréli az üres patront egy új, metanolos tartályra. Egy másik népszerű trend az üzemanyagcellás töltők létrehozása. Használhatók útközben. Ugyanakkor nagyon gyorsan tudják tölteni az akkumulátorokat. Vagyis a jövőben talán mindenki a zsebében hord majd egy ilyen "foglalatot". Ez a megközelítés különösen fontos lehet a mobiltelefonok esetében. A laptopok viszont belátható időn belül beépített üzemanyagcellákat kaphatnak, amelyek ha nem is teljesen helyettesítik a "foglalatból" való töltést, de legalább komoly alternatívává válhatnak.

Így a legnagyobb német vegyipari cég, a BASF előrejelzése szerint, amely nemrégiben jelentette be Japánban üzemanyagcellás-fejlesztő központja építésének megkezdését, 2010-re ezen eszközök piaca 1 milliárd dollár lesz. Ugyanakkor elemzői az üzemanyagcella-piac 20 milliárd dolláros növekedését jósolják 2020-ra. Egyébként ebben a központban a BASF üzemanyagcellák fejlesztését tervezi hordozható elektronikai eszközökhöz (különösen laptopokhoz) és helyhez kötött energiarendszerekhez. Ennek a vállalkozásnak a helyét nem véletlenül választották ki – a német cég a helyi cégeket tekinti ezeknek a technológiáknak a fő vásárlóinak.

Konklúzió helyett

Természetesen az üzemanyagcelláktól nem szabad azt várni, hogy a meglévő áramellátó rendszert helyettesítsék. Legalábbis a belátható jövőben. Ez kétélű fegyver: a hordozható erőművek minden bizonnyal hatékonyabbak, mivel nincs veszteség a villamos energia fogyasztóhoz való eljuttatásával kapcsolatban, de azt is érdemes figyelembe venni, hogy komoly vetélytársává válhatnak a központi áramellátásnak. rendszer csak akkor, ha ezekhez a berendezésekhez központi üzemanyag-ellátó rendszert hoznak létre. Vagyis az "aljzatot" végül ki kell cserélni egy bizonyos csőre, amely minden házat és minden zugát ellátja a szükséges reagensekkel. És ez nem egészen az a szabadság és függetlenség a külső áramforrásoktól, amiről az üzemanyagcella-gyártók beszélnek.

Ezeknek az eszközöknek vitathatatlan előnyük van a töltési sebesség formájában - egyszerűen kicserélték a metanol patront (a végső megoldás, kidugaszolta a trófeát Jack Daniel "s) a kamerába, és ismét felugrott a Louvre lépcsőjén. Másrészt, ha mondjuk egy normál telefon két óra alatt töltődik, és 2-3 naponta újra kell tölteni, akkor nem valószínű, hogy a csak szaküzletekben árusított patron cseréje, akár kéthetente egyszer is olyan nagy igény lesz a tömegfelhasználók körében. És persze addig a párszáz milliliter üzemanyagig biztonságos hermetikus edénybe rejtve eljut a végfelhasználóhoz, árának lesz ideje érdemben emelkedni.Csak a termelési léptékkel lehet majd küzdeni, de lesz-e kereslet erre a méretre a piacon?És amíg az optimális típusú üzemanyagot választanak, nagyon problémás lesz ezt a problémát megoldani.

Másrészt a hagyományos konnektoros töltés, az üzemanyagcellák és más alternatív energiaellátó rendszerek (pl. napelemek) kombinációja jelentheti a megoldást az áramforrások diverzifikálása és a környezeti típusokra való átállás problémájára. Az elektronikai termékek egy bizonyos csoportjához azonban az üzemanyagcellák széles körben használhatók. Ezt igazolja, hogy a Canon a közelmúltban szabadalmaztatta saját üzemanyagcelláját a digitális fényképezőgépekhez, és stratégiát jelentett be ezen technológiák megoldásaiba való beépítésére. Ami a laptopokat illeti, ha az üzemanyagcellák a közeljövőben eljutnak hozzájuk, akkor nagy valószínűséggel csak tartalék tápegységként. Most például főleg külső töltőmodulokról beszélünk, amelyek ráadásul egy laptophoz csatlakoznak.

De ezeknek a technológiáknak hosszú távon óriási fejlődési kilátásai vannak. Különösen az olajéhezés veszélye miatt, amely a következő néhány évtizedben bekövetkezhet. Ilyen körülmények között nem is az a fontos, hogy az üzemanyagcellák gyártása mennyire lesz olcsó, hanem az, hogy a petrolkémiai ipartól függetlenül mennyibe kerül a hozzájuk való üzemanyag előállítása, és képes lesz-e fedezni a szükségletet.

Senkit nem fognak meglepni sem a napelemek, sem a szélmalmok, amelyek a világ minden régiójában termelnek áramot. De ezekből az eszközökből a termelés nem állandó, és szükség van tartalék áramforrások telepítésére, vagy a hálózatra történő csatlakozásra az áram fogadásához abban az időszakban, amikor a megújuló energiaforrások nem termelnek áramot. Vannak azonban olyan, a 19. században kifejlesztett üzemek, amelyek "alternatív" tüzelőanyagot használnak elektromos áram előállítására, azaz nem égetnek el gázt vagy olajterméket. Az ilyen létesítmények üzemanyagcellák.

A TEREMTÉS TÖRTÉNETE

Az üzemanyagcellákat (FC) vagy az üzemanyagcellákat már 1838-1839-ben felfedezte William Grove (Grow, Grove), amikor a víz elektrolízisét tanulmányozta.

Hivatkozás: A víz elektrolízise a víz elektromos áram hatására hidrogén- és oxigénmolekulákká történő bomlásának folyamata.

Leválasztva az akkumulátort az elektrolitikus celláról, meglepődve tapasztalta, hogy az elektródák elkezdték elnyelni a felszabaduló gázt és áramot termelni. A hidrogén elektrokémiai "hideg" égetésének folyamatának felfedezése az energiaipar jelentős eseményévé vált. Később létrehozta a Grove akkumulátort. Ennek az eszköznek egy salétromsavba merített platinaelektródája és egy cink-szulfátba merített cinkelektródája volt. 12 amper áramot és 8 volt feszültséget generált. Grow maga nevezte ezt a konstrukciót "nedves akkumulátor". Ezután két platinaelektróda felhasználásával egy akkumulátort készített. Mindegyik elektróda egyik vége kénsavban volt, míg a másik vége hidrogént és oxigént tartalmazó tartályokba zárva. Az elektródák között stabil áram volt, és a tartályokban lévő víz mennyisége megnőtt. A Grow képes volt lebontani és javítani a vizet ebben az eszközben.

"Grow's Battery"

(forrás: Royal Society of the National Museum of Natural History)

A "fuel cell" (angolul "Fuel Cell") kifejezés csak 1889-ben jelent meg L. Mond és
Ch. Langer, aki megpróbált olyan berendezést létrehozni, amely levegőből és széngázból villamos energiát állít elő.

HOGYAN MŰKÖDIK?

Az üzemanyagcella egy viszonylag egyszerű eszköz. Két elektródája van: egy anód (negatív elektróda) ​​és egy katód (pozitív elektróda). Az elektródákon kémiai reakció megy végbe. A gyorsítás érdekében az elektródák felületét katalizátorral vonják be. Az üzemanyagcellák még egy elemmel vannak felszerelve - membrán. A tüzelőanyag kémiai energiájának közvetlenül elektromos árammá történő átalakulása a membrán munkája miatt következik be. Elválasztja az elem két kamráját, amelybe az üzemanyagot és az oxidálószert táplálják. A membrán csak a tüzelőanyag-hasadás eredményeként keletkező protonokat engedi át egyik kamrából a másikba egy katalizátorral bevont elektródán (az elektronok átfutnak a külső áramkörön). A második kamrában a protonok elektronokkal (és oxigénatomokkal) újraegyesülve vizet képeznek.

A hidrogén üzemanyagcella működési elve

Kémiai szinten a tüzelőanyag-energia elektromos energiává alakításának folyamata hasonló a szokásos égési (oxidációs) folyamathoz.

Az oxigénben történő normál égés során a szerves tüzelőanyag oxidálódik, és az üzemanyag kémiai energiája hőenergiává alakul. Nézzük meg, mi történik, ha a hidrogént oxigén oxidálja elektrolit közegben és elektródák jelenlétében.

A lúgos környezetben elhelyezett elektródák hidrogénnel való ellátásával kémiai reakció megy végbe:

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -

Amint láthatja, elektronokat kapunk, amelyek a külső áramkörön áthaladva belépnek az ellentétes elektródába, amelybe az oxigén belép, és ahol a reakció végbemegy:

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

Látható, hogy a létrejövő 2H 2 + O 2 → H 2 O reakció megegyezik a hagyományos égetéssel, de az üzemanyagcella áramot és némi hőt termel.

AZ ÜZEMANYAGCELLA TÍPUSAI

Az FC a reakcióhoz használt elektrolit típusa szerint osztályozható:

Megjegyzendő, hogy az üzemanyagcellákban tüzelőanyagként szén, szén-monoxid, alkoholok, hidrazin és egyéb szerves anyagok is használhatók, oxidálószerként pedig levegő, hidrogén-peroxid, klór, bróm, salétromsav stb.

ÜZEMANYAGCELLA Hatékonyság

Az üzemanyagcellák jellemzője az a hatékonyságnak nincs szigorú korlátja mint egy hőgép.

Segítség: hatékonyságCarnot ciklus a lehető legnagyobb hatásfok az azonos minimális és maximális hőmérsékletű hőmotorok között.

Ezért az üzemanyagcellák hatásfoka elméletben 100%-nál is magasabb lehet. Sokan mosolyogva azt gondolták: "Az örökmozgót feltalálták." Nem, érdemes visszamenni az iskolai kémia szakra. Az üzemanyagcella a kémiai energia elektromos energiává alakításán alapul. Itt történnek csodák. A folyamat során bizonyos kémiai reakciók hőt vehetnek fel a környezetből.

Hivatkozás: Az endoterm reakciók olyan kémiai reakciók, amelyeket hőfelvétel kísér. Az endoterm reakcióknál az entalpia változása ill belső energia pozitív értékük van (Δ H >0, Δ U >0), így a reakciótermékek több energiát tartalmaznak, mint az eredeti komponensek.

Ilyen reakció például a hidrogén oxidációja, amelyet a legtöbb üzemanyagcellában használnak. Ezért elméletileg a hatásfok több mint 100%. De manapság az üzemanyagcellák működés közben felmelegszenek, és nem tudnak hőt felvenni a környezetből.

Hivatkozás: Ezt a korlátozást a termodinamika második főtétele szabja meg. A „hideg” testről a „forróra” történő hőátvitel nem lehetséges.

Ráadásul a nem egyensúlyi folyamatokhoz kapcsolódó veszteségek is vannak. Ilyenek: az elektrolit és az elektródák fajlagos vezetőképességéből adódó ohmos veszteségek, aktiválási és koncentrációs polarizáció, diffúziós veszteségek. Ennek eredményeként az üzemanyagcellákban termelt energia egy része hővé alakul. Ezért az üzemanyagcellák nem örökmozgó gépek, és hatásfokuk nem éri el a 100%-ot. De hatékonyságuk nagyobb, mint más gépeké. Ma az üzemanyagcellás hatékonyság eléri a 80%-ot.

Referencia: A negyvenes években T. Bacon angol mérnök tervezett és épített egy 6 kW összteljesítményű, 80%-os hatásfokú, tiszta hidrogénnel és oxigénnel működő üzemanyagcellás akkumulátort, de az akkumulátor teljesítmény-tömeg aránya megfordult. túl kicsi - az ilyen cellák alkalmatlanok voltak a gyakorlati használatra és túl drágák (forrás: http://www.powerinfo.ru/).

ÜZEMANYAGCELLA PROBLÉMÁK

Szinte minden üzemanyagcella hidrogént használ üzemanyagként, így logikus kérdés: „Hol szerezhetem be?”

Úgy tűnik, hogy egy üzemanyagcellát fedeztek fel az elektrolízis eredményeként, így az elektrolízis eredményeként felszabaduló hidrogént felhasználhatja. De nézzük meg közelebbről ezt a folyamatot.

Faraday törvénye szerint: egy anyag mennyisége, amely az anódon oxidálódik, vagy a katódon redukálódik, arányos az elektroliton áthaladó elektromosság mennyiségével. Ez azt jelenti, hogy több hidrogénhez több áramot kell költenie. A víz elektrolízisének jelenlegi módszerei egységnyi hatékonysággal működnek. Ezután a keletkező hidrogént üzemanyagcellákban használjuk fel, ahol a hatásfok is egységnyinél kisebb. Ezért több energiát fogunk költeni, mint amennyit elő tudunk állítani.

Természetesen a földgázból származó hidrogén is használható. A hidrogén előállításának ez a módja továbbra is a legolcsóbb és legnépszerűbb. Jelenleg a világszerte megtermelt hidrogén mintegy 50%-át földgázból nyerik. Probléma van azonban a hidrogén tárolásával és szállításával. A hidrogénnek alacsony a sűrűsége ( egy liter hidrogén 0,0846 grammot nyom), ezért a nagy távolságra történő szállításhoz össze kell nyomni. Ez pedig további energia- és készpénzköltség. Ezenkívül ne feledkezzünk meg a biztonságról.

Azonban itt is van megoldás - folyékony szénhidrogén üzemanyag használható hidrogénforrásként. Például etil- vagy metil-alkohol. Igaz, itt már szükség van egy speciális kiegészítő eszközre - egy üzemanyag-átalakítóra, amely magas hőmérsékleten (metanol esetében valahol 240 ° C körül lesz) az alkoholokat gázhalmazállapotú H 2 és CO 2 keverékévé alakítja. De ebben az esetben már nehezebb a hordozhatóságra gondolni - az ilyen eszközöket jó helyhez kötött vagy autós generátorként használni, de a kompakt mobil berendezésekhez valami kevésbé terjedelmesre van szükség.

Katalizátor

Az üzemanyagcellában a reakció fokozása érdekében az anód felülete általában katalizátor. Egészen a közelmúltig a platinát katalizátorként használták. Ezért az üzemanyagcella költsége magas volt. Másodszor, a platina egy viszonylag ritka fém. Szakértők szerint az üzemanyagcellák ipari gyártásában a feltárt platinakészletek 15-20 éven belül elfogynak. De a tudósok szerte a világon megpróbálják a platinát más anyagokkal helyettesíteni. Egyébként néhányan jó eredményeket értek el. A kínai tudósok tehát a platinát kalcium-oxiddal helyettesítették (forrás: www.cheburek.net).

ÜZEMANYAGCELLÁK HASZNÁLATA

Első alkalommal 1959-ben teszteltek üzemanyagcellát az autóiparban. Az Alice-Chambers traktor 1008 akkumulátorral működött. Az üzemanyag gázok, főként propán és oxigén keveréke volt.

Forrás: http://www.planetseed.com/

A 60-as évek közepétől, az "űrverseny" csúcsán az űrhajók alkotói érdeklődtek az üzemanyagcellák iránt. Tudósok és mérnökök ezreinek munkája tette lehetővé egy új szint elérését, és 1965. Az üzemanyagcellákat az USA-ban tesztelték a Gemini 5 űrszondán, majd később az Apollo űrszondán a Holdra történő repülésekhez és a Shuttle program keretében. A Szovjetunióban az üzemanyagcellákat az NPO Kvantnál fejlesztették ki, űrben való használatra is (forrás: http://www.powerinfo.ru/).

Mivel az üzemanyagcellában a hidrogén égésének végterméke víz, ezért a környezeti hatás szempontjából ezeket tekintik a legtisztábbnak. Ezért az üzemanyagcellák egyre népszerűbbek az ökológia iránti általános érdeklődés hátterében.

Az olyan autógyártók, mint a Honda, a Ford, a Nissan és a Mercedes-Benz már jelenleg is létrehoztak hidrogén üzemanyagcellás járműveket.

Mercedes-Benz – hidrogénnel hajtott Ener-G-Force

Ha az autókat hidrogénnel használják, akkor a hidrogéntárolás problémája megoldódik. A hidrogéntöltő állomások megépítésével bárhol lehet tankolni. Sőt, egy autó hidrogénnel való feltöltése gyorsabb, mint egy elektromos autó benzinkúton való feltöltése. De az ilyen projektek végrehajtásakor olyan problémával szembesültek, mint az elektromos járművek. Az emberek készen állnak arra, hogy „átszálljanak” hidrogén-autóba, ha van számukra megfelelő infrastruktúra. A benzinkutak építése pedig megfelelő számú fogyasztó esetén megkezdődik. Ezért ismét elérkeztünk a tojás és a csirke dilemmájához.

Az üzemanyagcellákat széles körben használják mobiltelefonokban és laptopokban. Elmúltak azok az idők, amikor a telefont hetente egyszer töltötték. Most tölt a telefon, szinte minden nap, és a laptop 3-4 órát működik hálózat nélkül. Ezért a mobiltechnológiai gyártók úgy döntöttek, hogy üzemanyagcellát szintetizálnak telefonokkal és laptopokkal a töltéshez és a munkához. Például a Toshiba 2003-ban bemutatták a metanol üzemanyagcella kész prototípusát. Kb. 100mW teljesítményt ad. Egy utántöltés 2 kocka tömény (99,5%-os) metanolból 20 órányi MP3 lejátszó működéshez elegendő. Ismét ugyanaz a "Toshiba" mutatott be egy 275x75x40 mm-es laptop tápegységet, amely lehetővé teszi, hogy a számítógép 5 órán keresztül működjön egy töltéssel.

Néhány gyártó azonban tovább ment. A PowerTrekk megjelent Töltő ugyanazzal a névvel. A PowerTrekk a világ első víztöltője. Használata nagyon egyszerű. A PowerTrekkhez vizet kell hozzáadni, hogy az USB-kábelen keresztül azonnali áramellátást biztosítson. Ez az üzemanyagcella szilíciumport és nátrium-szilicidet (NaSi) tartalmaz vízzel keverve, ez a kombináció hidrogént termel. A hidrogén magában az üzemanyagcellában keveredik a levegővel, és a hidrogént a membrán protoncseréjén keresztül, ventilátorok és szivattyúk nélkül alakítja elektromossággá. Ilyen hordozható töltőt 149 €-ért vásárolhat (

A tudás ökológiája Tudomány és technológia: A hidrogénenergia az egyik leghatékonyabb iparág, és az üzemanyagcellák lehetővé teszik számára, hogy az innovatív technológiák élvonalában maradjon.

Az üzemanyagcella olyan eszköz, amely elektrokémiai reakcióval hatékonyan állít elő egyenáramot és hőt hidrogénben gazdag üzemanyagból.

Az üzemanyagcella abban hasonlít az akkumulátorhoz, hogy kémiai reakción keresztül egyenáramot állít elő. Az akkumulátorhoz hasonlóan az üzemanyagcella is tartalmaz egy anódot, egy katódot és egy elektrolitot. Az akkumulátoroktól eltérően azonban az üzemanyagcellák nem tárolhatnak elektromos energiát, nem merülnek le, és nem igényelnek áramot az újratöltéshez. Az üzemanyagcellák mindaddig képesek folyamatosan villamos energiát termelni, amíg rendelkeznek üzemanyaggal és levegővel. A működő tüzelőanyag-cella leírására a helyes kifejezés a cellarendszer, mivel bizonyos segédrendszerekre van szükség a megfelelő működéshez.

Ellentétben más áramfejlesztőkkel, mint például a belső égésű motorok vagy a gázzal, szénnel, olajjal stb. működő turbinák, az üzemanyagcellák nem égetnek üzemanyagot. Ez azt jelenti, hogy nincsenek zajos rotorok magas nyomású, hangos kipufogó zaj, rezgések. Az üzemanyagcellák csendes elektrokémiai reakcióval termelnek áramot. Az üzemanyagcellák másik jellemzője, hogy az üzemanyag kémiai energiáját közvetlenül elektromos árammá, hővé és vízzé alakítják.

Az üzemanyagcellák rendkívül hatékonyak, és nem termelnek nagy mennyiségű üvegházhatású gázt, például szén-dioxidot, metánt és dinitrogén-oxidot. Az üzemanyagcella-üzemből származó kibocsátás egyedül a víz gőz formájában és kis mennyiségű szén-dioxid, amely egyáltalán nem bocsát ki, ha tiszta hidrogént használnak üzemanyagként. Az üzemanyagcellákat szerelvényekké, majd egyedi funkcionális modulokká szerelik össze.

Az üzemanyagcellák működési elve

Az üzemanyagcellák a folyamatban lévő elektrokémiai reakció következtében elektromosságot és hőt termelnek elektrolit, katód és anód felhasználásával.

Az anódot és a katódot egy elektrolit választja el, amely protonokat vezet. Miután a hidrogén belép az anódba és az oxigén a katódra, kémiai reakció kezdődik, melynek eredményeként elektromos áram, hő és víz keletkezik. Az anódkatalizátoron a molekuláris hidrogén disszociál és elektronokat veszít. A hidrogénionokat (protonokat) az elektroliton keresztül a katódhoz vezetik, míg az elektronokat az elektroliton és egy külső elektromos áramkörön keresztül vezetik át, és egyenáramot hoznak létre, amely a berendezések táplálására használható. A katódkatalizátoron egy oxigénmolekula egyesül egy elektronnal (amely külső kommunikációból származik) és egy bejövő protonnal, és vizet képez, amely az egyetlen reakciótermék (gőz és/vagy folyadék formájában).

Alább látható a megfelelő reakció:

Anód reakció: 2H2 => 4H+ + 4e-
Reakció a katódon: O2 + 4H+ + 4e- => 2H2O
Általános elemreakció: 2H2 + O2 => 2H2O

Üzemanyagcella típusok

Csakúgy, mint a belső égésű motorok különböző típusai, az üzemanyagcellák különböző típusai – a választás megfelelő típus az üzemanyagcella alkalmazásától függ.Az üzemanyagcellákat magas hőmérsékletre és alacsony hőmérsékletre osztják. Az alacsony hőmérsékletű üzemanyagcellák viszonylag tiszta hidrogént igényelnek tüzelőanyagként.

Ez gyakran azt jelenti, hogy tüzelőanyag-feldolgozásra van szükség ahhoz, hogy az elsődleges tüzelőanyagot (például földgázt) tiszta hidrogénné alakítsák. Ez a folyamat további energiát fogyaszt, és speciális felszerelést igényel. A magas hőmérsékletű üzemanyagcelláknak nincs szükségük erre a további eljárásra, mivel magas hőmérsékleten képesek "belsőleg átalakítani" az üzemanyagot, vagyis nincs szükség hidrogén-infrastruktúrába való beruházásra.

Üzemanyag elemek olvadt karbonáton (MCFC).

Az olvadt karbonát elektrolit üzemanyagcellák magas hőmérsékletű üzemanyagcellák. A magas üzemi hőmérséklet lehetővé teszi a földgáz közvetlen felhasználását tüzelőanyag-feldolgozó nélkül és a tüzelőanyagot alacsonyan fűtőértékeüzemanyag termelési folyamatokés más forrásokból. Ezt a folyamatot az 1960-as évek közepén fejlesztették ki. Azóta a gyártási technológia, a teljesítmény és a megbízhatóság javult.

Az RCFC működése eltér a többi üzemanyagcellától. Ezek a cellák olvadt karbonátsók keverékéből származó elektrolitot használnak. Jelenleg kétféle keveréket használnak: lítium-karbonátot és kálium-karbonátot vagy lítium-karbonátot és nátrium-karbonátot. A karbonátsók megolvasztásához és az ionok nagyfokú mobilitásának eléréséhez az elektrolitban az olvadt karbonát elektrolitot tartalmazó üzemanyagcellák magas hőmérsékleten (650 °C) működnek. A hatásfok 60-80% között változik.

650°C-ra hevítve a sók a karbonátionok (CO32-) vezetőjévé válnak. Ezek az ionok a katódról az anódra jutnak, ahol hidrogénnel egyesülve vizet, szén-dioxidot és szabad elektronokat képeznek. Ezeket az elektronokat egy külső elektromos áramkörön keresztül visszaküldik a katódra, és melléktermékként elektromos áramot és hőt állítanak elő.

Anód reakció: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
Reakció a katódon: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-
Általános elemreakció: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(katód) => H2O(g) + CO2(anód)

Az olvadt karbonát elektrolit üzemanyagcellák magas üzemi hőmérséklete bizonyos előnyökkel jár. Magas hőmérsékleten a földgáz belülről megreformálódik, így nincs szükség üzemanyag-feldolgozóra. Ezenkívül az előnyök közé tartozik, hogy az elektródákon szabványos anyagokat, például rozsdamentes acéllemezt és nikkelkatalizátort lehet használni. A hulladékhő felhasználható nagynyomású gőz előállítására különféle ipari és kereskedelmi alkalmazásokhoz.

Az elektrolit magas reakcióhőmérsékletének is megvannak a maga előnyei. A magas hőmérséklet alkalmazása jelentős időt vesz igénybe az optimális működési feltételek eléréséhez, és a rendszer lassabban reagál az energiafogyasztás változásaira. Ezek a jellemzők lehetővé teszik az olvadt karbonát elektrolittal működő üzemanyagcellás rendszerek használatát állandó teljesítmény mellett. A magas hőmérséklet megakadályozza az üzemanyagcellák szén-monoxid okozta károsodását, "mérgezést" stb.

Az olvadt karbonát üzemanyagcellák alkalmasak nagy, helyhez kötött létesítményekben való használatra. Iparilag termelt hőerőművek teljesítményével elektromos energia 2,8 MW. Legfeljebb 100 MW kimenő teljesítményű erőművek fejlesztése folyik.

Foszforsav (PFC) alapú üzemanyagcellák.

A foszforsav (ortofoszforsav) alapú üzemanyagcellák voltak az első kereskedelmi használatra szánt üzemanyagcellák. Ezt az eljárást az 1960-as évek közepén fejlesztették ki, és az 1970-es évek óta tesztelik. Azóta nőtt a stabilitás, a teljesítmény és a költségek.

A foszforsav (ortofoszforsav) alapú üzemanyagcellák ortofoszforsav (H3PO4) alapú elektrolitot használnak, amelynek koncentrációja akár 100%. A foszforsav ionvezetőképessége alacsony hőmérsékleten alacsony, ezért ezeket az üzemanyagcellákat 150-220°C-ig használják.

Töltőhordozó az üzemanyagcellákban ebből a típusból jelentése hidrogén (H+, proton). Hasonló folyamat megy végbe a protoncserélő membrán üzemanyagcellákban (MEFC), amelyek során az anódhoz juttatott hidrogén protonokra és elektronokra bomlik. A protonok áthaladnak az elektroliton, és a katódon a levegőből származó oxigénnel egyesülve vizet képeznek. Az elektronokat egy külső elektromos áramkör mentén irányítják, és elektromos áram keletkezik. Az alábbiakban bemutatjuk azokat a reakciókat, amelyek elektromosságot és hőt termelnek.

Anód reakció: 2H2 => 4H+ + 4e-
Reakció a katódon: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O
Általános elemreakció: 2H2 + O2 => 2H2O

A foszforsav (ortofoszfor) alapú tüzelőanyag-cellák hatékonysága több mint 40% elektromos energia előállítása során. A kombinált hő- és villamosenergia-termelésben a teljes hatásfok körülbelül 85%. Ezenkívül adott üzemi hőmérsékleten a hulladékhő felhasználható víz melegítésére és légköri nyomású gőz előállítására.

Az ilyen típusú tüzelőanyagcellák egyik előnye a hőerőművek nagy teljesítménye a foszforsav (ortofoszfor) alapú tüzelőanyag-cellás hő- és villamosenergia-termelésben. Az üzemek körülbelül 1,5%-os koncentrációban használnak szén-monoxidot, ami nagymértékben bővíti az üzemanyag választékot. Ezenkívül a CO2 nem befolyásolja az elektrolitot és az üzemanyagcella működését, ez a típusú cella reformált természetes üzemanyaggal működik. Az egyszerű felépítés, az alacsony elektrolit illékonyság és a megnövelt stabilitás szintén az ilyen típusú üzemanyagcellák előnyei.

A 400 kW-ig terjedő villamos teljesítményű hőerőműveket iparilag gyártják. A 11 MW-os létesítmények megfeleltek a vonatkozó teszteknek. Legfeljebb 100 MW kimenő teljesítményű erőművek fejlesztése folyik.

Üzemanyagcellák protoncserélő membránnal (PME)

A protoncserélő membránnal ellátott üzemanyagcellákat tekintik leginkább legjobb típusüzemanyagcellák a jármű teljesítményének előállítására, amely helyettesítheti a benzines és dízel belső égésű motorokat. Ezeket az üzemanyagcellákat először a NASA használta a Gemini programhoz. Napjainkban 1 W és 2 kW közötti teljesítményű MOPFC berendezéseket fejlesztenek és mutatnak be.

Ezek az üzemanyagcellák szilárd polimer membránt (vékony műanyag fóliát) használnak elektrolitként. Vízzel impregnálva ez a polimer áthalad a protonokon, de nem vezet elektronokat.

Az üzemanyag hidrogén, a töltéshordozó pedig egy hidrogénion (proton). Az anódon a hidrogénmolekula hidrogénionra (protonra) és elektronokra válik szét. A hidrogénionok az elektroliton keresztül a katódra jutnak, míg az elektronok a külső kör körül mozogva elektromos energiát termelnek. A levegőből vett oxigént a katódra táplálják, és elektronokkal és hidrogénionokkal egyesülve víz keletkezik. Az elektródákon a következő reakciók mennek végbe:

Anód reakció: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Reakció a katódon: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Általános elemreakció: 2H2 + O2 => 2H2O

Más típusú üzemanyagcellákhoz képest a protoncserélő membrán üzemanyagcellák adott térfogathoz vagy tömeghez több energiát termelnek. Ez a funkció lehetővé teszi, hogy kompaktak és könnyűek legyenek. Ezenkívül az üzemi hőmérséklet kevesebb, mint 100°C, ami lehetővé teszi a gyors üzembe helyezést. Ezek a jellemzők, valamint a kibocsátott energia gyors megváltoztatásának képessége csak néhány azon jellemzők közül, amelyek miatt ezek az üzemanyagcellák első számú jelöltek a járművekben való használatra.

További előnye, hogy az elektrolit szilárd, nem pedig folyékony anyag. Szilárd elektrolittal könnyebb a gázokat a katódon és az anódon tartani, így az ilyen üzemanyagcellák gyártása olcsóbb. Más elektrolitokhoz képest a szilárd elektrolit használata nem okoz olyan problémákat, mint a tájékozódás, kevesebb a probléma a korrózió fellépése miatt, ami a cella és alkatrészeinek hosszabb élettartamát eredményezi.

Szilárd oxid üzemanyagcellák (SOFC)

A szilárd oxid üzemanyagcellák a legmagasabb üzemi hőmérsékletű üzemanyagcellák. Az üzemi hőmérséklet 600°C és 1000°C között változhat, ami lehetővé teszi különféle típusú üzemanyagok használatát speciális előkezelés nélkül. E magas hőmérsékletek kezelésére az elektrolit vékony, kerámia alapú szilárd fém-oxid, gyakran ittrium és cirkónium ötvözete, amely oxigén (O2-) ionok vezetője. A szilárd oxid üzemanyagcellák alkalmazásának technológiája az 1950-es évek vége óta fejlődik. és két konfigurációja van: sík és cső alakú.

A szilárd elektrolit hermetikus gázátmenetet biztosít egyik elektródáról a másikra, míg a folyékony elektrolitok porózus hordozóban helyezkednek el. Az ilyen típusú üzemanyagcellák töltéshordozója az oxigénion (О2-). A katódon az oxigénmolekulák a levegőtől egy oxigénionra és négy elektronra válnak el. Az oxigénionok áthaladnak az elektroliton, és a hidrogénnel egyesülve négy szabad elektront képeznek. Az elektronokat egy külső elektromos áramkörön keresztül irányítják, elektromos áramot és hulladékhőt termelve.

Anód reakció: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e-
Reakció a katódon: O2 + 4e- => 2O2-
Általános elemreakció: 2H2 + O2 => 2H2O

A megtermelt elektromos energia hatásfoka az összes tüzelőanyagcella közül a legmagasabb - körülbelül 60%. Ezenkívül a magas üzemi hőmérséklet lehetővé teszi a kombinált hő- és villamosenergia-termelést nagynyomású gőz előállítására. A magas hőmérsékletű üzemanyagcella és a turbina kombinálása egy hibrid üzemanyagcellát hoz létre, amely akár 70%-kal növeli az elektromos energiatermelés hatékonyságát.

A szilárd oxid üzemanyagcellák nagyon magas hőmérsékleten (600°C - 1000°C) működnek, így hosszú időre van szükség az optimális működési feltételek eléréséhez, és a rendszer lassabban reagál az energiafogyasztás változásaira. Ilyen magas üzemi hőmérsékleten nincs szükség konverterre a hidrogén visszanyeréséhez a tüzelőanyagból, ami lehetővé teszi, hogy a hőerőmű viszonylag szennyezett tüzelőanyaggal működjön a szénelgázosításból vagy a füstgázokból és hasonlókból. Ezenkívül ez az üzemanyagcella kiválóan alkalmas nagy teljesítményű alkalmazásokhoz, beleértve az ipari és nagy központi erőműveket. Iparilag gyártott modulok 100 kW kimenő elektromos teljesítménnyel.

Üzemanyagcellák közvetlen metanol-oxidációval (DOMTE)

A metanol közvetlen oxidációjával működő üzemanyagcellák alkalmazásának technológiája aktív fejlesztési időszakon megy keresztül. Sikeresen meghonosodott a mobiltelefonok, laptopok táplálása, valamint a hordozható áramforrások létrehozása terén. mire irányul ezen elemek jövőbeni alkalmazása.

A metanol közvetlen oxidációjával rendelkező üzemanyagcellák felépítése hasonló a protoncserélő membránnal (MOFEC) rendelkező üzemanyagcellákhoz, pl. elektrolitként polimert, töltéshordozóként hidrogéniont (protont) használnak. A folyékony metanol (CH3OH) azonban az anódnál víz jelenlétében oxidálódik, CO2, hidrogénionok és elektronok szabadulnak fel, amelyeket egy külső elektromos áramkörön keresztül vezetnek, és elektromos áram keletkezik. A hidrogénionok áthaladnak az elektroliton, és reakcióba lépnek a levegő oxigénjével és a külső áramkör elektronjaival, hogy vizet képezzenek az anódon.

Anód reakció: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e-
Reakció a katódon: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O
Általános elemreakció: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O

Ezeknek az üzemanyagcelláknak a fejlesztése az 1990-es évek elején kezdődött. A továbbfejlesztett katalizátorok kifejlesztése után, valamint a közelmúlt egyéb innovációinak köszönhetően a teljesítménysűrűség és a hatásfok 40%-ra nőtt.

Ezeket az elemeket 50-120°C hőmérséklet-tartományban tesztelték. Alacsony üzemi hőmérsékletük és konverterre nincs szükségük miatt a közvetlen metanol üzemanyagcellák a legjobb jelöltek a mobiltelefonoktól és egyéb fogyasztói termékektől az autómotorokig. Az ilyen típusú üzemanyagcellák előnye a kis méretük a folyékony tüzelőanyag használatából adódóan, valamint az átalakító használatának hiánya.

Alkáli üzemanyagcellák (AFC)

Az alkáli üzemanyagcellák (ALFC) az egyik legtöbbet tanulmányozott technológia, és az 1960-as évek közepe óta használják őket. a NASA az Apollo és Space Shuttle programban. Ezeken az űrhajókon az üzemanyagcellák termelnek áramot és ivóvizet. Az alkáli tüzelőanyag-cellák a villamosenergia-termelés leghatékonyabb elemei közé tartoznak, az energiatermelés hatékonysága eléri a 70%-ot.

Az alkáli tüzelőanyag-cellák elektrolitot, azaz vizes kálium-hidroxid oldatot használnak, amely porózus, stabilizált mátrixban van. A kálium-hidroxid koncentrációja az üzemanyagcella üzemi hőmérsékletétől függően változhat, amely 65°C és 220°C között van. Az SFC töltéshordozója egy hidroxidion (OH-), amely a katódról az anódra mozog, ahol hidrogénnel reagálva vizet és elektronokat termel. Az anódon keletkezett víz visszakerül a katódra, és ott ismét hidroxidionokat generál. Az üzemanyagcellában lezajló reakciósorozat eredményeként villamos energia és melléktermékként hő keletkezik:

Anód reakció: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Reakció a katódon: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
A rendszer általános reakciója: 2H2 + O2 => 2H2O

Az SFC-k előnye, hogy ezeket az üzemanyagcellákat a legolcsóbban gyártani, mivel az elektródákon szükséges katalizátor bármely olyan anyag lehet, amely olcsóbb, mint a többi üzemanyagcella katalizátora. Ezenkívül az SCFC-k viszonylag alacsony hőmérsékleten működnek, és a leghatékonyabb üzemanyagcellák közé tartoznak – ezek a jellemzők rendre hozzájárulhatnak a gyorsabb energiatermeléshez és a magas üzemanyag-hatékonysághoz.

Az egyik jellemző vonásai SHTE - nagy érzékenység a CO2-ra, amelyet üzemanyag vagy levegő tartalmazhat. A CO2 reakcióba lép az elektrolittal, gyorsan megmérgezi, és nagymértékben csökkenti az üzemanyagcella hatékonyságát. Ezért az SFC-k használata zárt terekre korlátozódik, például űrhajókra és víz alatti járművekre, tiszta hidrogénnel és oxigénnel kell működniük. Sőt, az olyan molekulák, mint a CO, a H2O és a CH4, amelyek biztonságosak más tüzelőanyag-cellák számára, sőt egyesek üzemanyaga is, károsak az SFC-kre.

Polimer elektrolit üzemanyagcellák (PETE)

A polimer elektrolit tüzelőanyagcellák esetében a polimer membrán polimer szálakból áll, vízrégiókkal, amelyekben vízionok vezetése van, H2O+ (proton, vörös) kapcsolódik a vízmolekulához. A vízmolekulák problémát jelentenek a lassú ioncsere miatt. Ezért mind az üzemanyagban, mind a kipufogóelektródákon magas vízkoncentrációra van szükség, ami az üzemi hőmérsékletet 100°C-ra korlátozza.

Szilárd savas üzemanyagcellák (SCFC)

A szilárd savas üzemanyagcellákban az elektrolit (CsHSO4) nem tartalmaz vizet. Az üzemi hőmérséklet tehát 100-300°C. Az SO42-oxi-anionok forgása lehetővé teszi a protonok (piros) mozgását az ábrán látható módon.

A szilárd savas tüzelőanyag-cella általában olyan szendvics, amelyben egy nagyon vékony réteg szilárd savvegyületet helyeznek el két szorosan összenyomott elektróda közé a jó érintkezés biztosítása érdekében. Melegítéskor a szerves komponens elpárolog, az elektródák pórusain keresztül távozik, megtartva az üzemanyag (vagy a cellák másik végén lévő oxigén), az elektrolit és az elektródák közötti számos érintkezési képességet.

Üzemanyagcellás típus	Üzemhőmérséklet	Energiatermelési hatékonyság	Üzemanyagtípus	Alkalmazási terület
RKTE	550-700°C	50-70%		Közepes és nagy telepítések
FKTE	100-220°C	35-40%	tiszta hidrogén	Nagy telepítések
MOPTE	30-100°C	35-50%	tiszta hidrogén	Kisebb telepítések
SOFC	450-1000°C	45-70%	A legtöbb szénhidrogén üzemanyag	Kis, közepes és nagy telepítések
POMTE	20-90 °C	20-30%	metanol	Hordozható egységek
SHTE	50-200°C	40-65%	tiszta hidrogén	űrkutatás
PETE	30-100°C	35-50%	tiszta hidrogén	Kisebb telepítések

Csatlakozzon hozzánk a

Röviddel útja kezdete után Aloy egy Forerunner bunkerbe botlik, amely közvetlenül a Nora törzs földjein kívül található. A bunker belsejében, egy erős ajtó mögött van valami páncél, ami messziről nagyon vonzónak tűnik.

távíró

csipog

Röviddel útja kezdete után Aloy egy Forerunner bunkerbe botlik, amely közvetlenül a Nora törzs földjein kívül található. A bunker belsejében, egy erős ajtó mögött van valami páncél, ami messziről nagyon vonzónak tűnik.

Valójában ez a Shield Weaver - a játék legjobb felszerelése. Hogyan lehet hozzájutni? A légmentesen záródó bunkerajtó kinyitásához és a Shield Weaver megszerzéséhez öt üzemanyagcellát kell találnia a játékvilágban szétszórva.

Az alábbiakban megmutatjuk, hol keress üzemanyagcellákat, és hogyan oldj meg rejtvényeket keresés közben és az Ősi Fegyvertárban.

Fuel Cell #1 – Mother's Heart (az anyaméh küldetés)

Az Aloy még azelőtt megtalálja a legelső üzemanyagcellát, hogy az megtelne nyitott világ. A beavatás után hősnőnk az Anya Szívében, a Nóra törzs szent helyén és a Matriarchák lakhelyén találja magát.

Az ágyból felkelve Aloy sorban végigmegy több szobán, és az egyikben egy lezárt ajtóra talál, amit nem lehet kinyitni. Nézz körül - a közelben lesz egy szellőzőakna, égő gyertyákkal díszítve. te ott.

Miután átmész a bányán, egy zárt ajtó mögött találod magad. Nézzen a padlóra a gyertyák és a titokzatos faltömb mellett - itt van egy üzemanyagcella.

Fontos: Ha most nem veszed fel ezt az üzemanyagcellát, akkor csak a játék későbbi szakaszaiban, a "Heart of the Burrow" küldetés teljesítése után tudsz újra eljutni erre a helyre.

2. számú üzemanyagcella – romok

Aloy már járt ezeken a romokon – gyerekként esett ide. A Beavatáson való átesés után érdemes felidézni gyermekkorát, és újra visszatérni ide – felvenni a második fűtőelemet.

A romok bejárata így néz ki, ugorj bátran.

Szüksége van a romok első szintjére, a térképen lilával kiemelt jobb alsó területre. Van itt egy ajtó, amit Aloy kinyit a lándzsájával.

Miután átment az ajtón, menjen fel a lépcsőn, és forduljon jobbra - Aloy fiatalkorában nem tudott átmászni ezeken a cseppköveken, de most vitája van. Vegye ki újra a lándzsát, és törje meg a cseppköveket - az út szabad, hátra kell venni az asztalon heverő fűtőelemet.

Fuel Cell #3 – Master's Limit (Master's Limit Quest)

Észak felé tartunk. A történet küldetése, a Master's Reach során Aloy feltárja az óriási Forerunner romokat. A romok tizenkettedik szintjén egy másik üzemanyagcella rejtőzik.

Nemcsak fel kell másznia a romok felső szintjére, hanem egy kicsit feljebb is. Mássz fel az épület fennmaradt részén, amíg egy kis, minden szélnek nyitott platformon találod magad.

Itt található a harmadik üzemanyagcella. Le kell menni.

4. üzemanyagcella – Halál kincse (Halál kincse feladat)

Ez a tüzelőanyag a térkép északi részén is el van rejtve, de sokkal közelebb van a Nora törzs földjeihez. Aloy is eljut ide a történetküldetés során.

Az elemhez való eljutáshoz Aloynak vissza kell állítania az áramellátást a hely harmadik szintjén található lezárt ajtóhoz.

Ehhez meg kell oldania egy kis rejtvényt - az ajtó alatti szinten két négy szabályozóból álló blokk található.

Először is foglalkozzunk a szabályozók bal oldali blokkjával. Az első gombnak "felfelé kell néznie", a másodiknak "jobbra", a harmadiknak "balra", a negyediknek "lefelé" kell lennie.

Átmegyünk a jobb oldali blokkhoz. Ne érintse meg az első két szabályozót, a harmadik és negyedik szabályozónak "lefelé" kell néznie.

Egy szinttel feljebb emelkedünk – itt a szabályozók utolsó blokkja. A helyes sorrend: fel, le, balra, jobbra.

Ha mindent jól csinál, akkor az összes kezelőszerv színe türkizre változik, és az áramellátás helyreáll. Mássz vissza az ajtóhoz, és nyissa ki – ez egy másik üzemanyag elem.

Fuel Cell #5 – GAIA Prime (a Fallen Mountain küldetés)

Végül az utolsó üzemanyagcella – és ismét a telekfeladat. Aloy a GAEA Prime romjaihoz utazik.

Legyen különösen óvatos, amikor a harmadik szintre ér. Valamikor Ala előtt lesz egy vonzó szakadék, amelybe kötélen ereszkedhetsz le - oda mész nincs szükség.

Érdemes balra fordulni és felfedezni a rejtett barlangot, be lehet jutni, ha óvatosan lefelé haladunk a hegyoldalon.

Gyere be és menj előre a legvégéig. A jobb oldali utolsó szobában lesz egy állvány, rajta az utolsó üzemanyagcellával. Megcsináltad!

Útban az Ősi Arzenál felé

Már csak vissza kell térni az Ősi Arzenálba, és megkapni a jól megérdemelt jutalmat. Emlékszel az arzenál koordinátáira? Ha nem, itt a térkép.

Mássz le, és helyezd be az üzemanyagcellákat az üres cellákba. A szabályozók lángolnak, most meg kell oldanod a rejtvényt, hogy kinyithasd az ajtót.

Az első gombnak felfelé, a másodiknak jobbra, a harmadiknak lefelé, a negyediknek balra, az ötödiknek felfelé kell néznie. Kész, az ajtó nyitva – de még nincs vége.

Most fel kell oldania a páncéltartókat, egy másik szabályozó rejtvényt, ahol a maradék üzemanyagcellák jól jönnek. Itt az első gombnak jobbra, a másodiknak balra, a harmadiknak felfelé, a negyediknek jobbra, az ötödiknek balra kell néznie.

Végre, ennyi gyötrelem után birtokba vetted az ősi páncélt. Ez a Shield Weaver, egy nagyon klassz felszerelés, amely Aloyt gyakorlatilag sebezhetetlenné teszi egy ideig.

A lényeg az, hogy gondosan figyelje a páncél színét: ha fehéren villog, akkor minden rendben van. Ha piros, nincs több védelem.

Ezeket az Egyesült Államok Nemzeti Repülési és Űrhivatalának (NASA) űrhajói üzemeltetik. Ezek biztosítják az Omaha-i First National Bank számítógépeinek áramellátását. Néhány chicagói nyilvános városi buszon használják.

Ezek mind üzemanyagcellák. Az üzemanyagcellák olyan elektrokémiai eszközök, amelyek égési folyamat nélkül termelnek áramot – kémiai úton, hasonlóan az akkumulátorokhoz. Az egyetlen különbség az, hogy mást használnak vegyi anyagok hidrogén és oxigén, a kémiai reakció terméke pedig víz. Földgáz is használható, de természetesen bizonyos szintű szén-dioxid-kibocsátás elkerülhetetlen szénhidrogén üzemanyagok használatakor.

Mivel az üzemanyagcellák nagy hatékonysággal és káros kibocsátások nélkül működhetnek, nagy ígéretekkel bírnak fenntartható energiaforrásként, amely segít csökkenteni az üvegházhatású gázok és más szennyező anyagok kibocsátását. Az üzemanyagcellák széles körben elterjedt használatának fő akadálya a magas költségük, összehasonlítva más elektromos áramot termelő vagy járműveket meghajtó eszközökkel.

Fejlődéstörténet

Az első üzemanyagcellákat Sir William Groves mutatta be 1839-ben. Groves kimutatta, hogy az elektrolízis folyamata - a víz elektromos áram hatására hidrogénné és oxigénné történő felosztása - reverzibilis. Vagyis a hidrogén és az oxigén kémiailag egyesíthető elektromossággá.

Miután ez bebizonyosodott, sok tudós rohant szorgalmasan tanulmányozni az üzemanyagcellákat, de a tizenkilencedik század második felében a belső égésű motor feltalálása és az olajkészletek kitermelésére szolgáló infrastruktúra fejlesztése messze elmaradt az üzemanyagcellák fejlesztésétől. Még inkább korlátozza az üzemanyagcellák fejlesztését a magas költségek.

Az üzemanyagcellák fejlesztésének felfutása az 1950-es években következett be, amikor a NASA hozzájuk fordult egy kompakt elektromos generátor szükségessége miatt az űrrepülésekhez. Megfelelő pénzeszközöket fektettek be, és ennek eredményeként az Apollo és a Gemini repüléseit üzemanyagcellákkal hajtották végre. Az űrhajók üzemanyagcellákkal is működnek.

Az üzemanyagcellák még nagyrészt kísérleti technológia, de több cég már forgalmazza őket a kereskedelmi piacon. Csak az elmúlt közel tíz évben jelentős előrelépés történt a kereskedelmi üzemanyagcellás technológia terén.

Hogyan működik az üzemanyagcella

Az üzemanyagcellák olyanok, mint az akkumulátorok – kémiai reakciók során áramot termelnek. Ezzel szemben a belső égésű motorok tüzelőanyagot égetnek el, és így hőt termelnek, ami aztán mechanikai energiává alakul. Hacsak a kipufogógázokból származó hőt nem használják fel valamilyen módon (például fűtésre vagy légkondicionálásra), akkor elmondható, hogy a belső égésű motorok hatásfoka meglehetősen alacsony. Például várható, hogy az üzemanyagcellák hatásfoka, ha járműben használják őket – ez a projekt jelenleg fejlesztés alatt áll – több mint kétszer olyan hatékony lesz, mint a mai, tipikus autókban használt benzinmotoroké.

Bár mind az akkumulátorok, mind az üzemanyagcellák kémiai úton termelnek villamos energiát, két nagyon eltérő funkciót látnak el. Az akkumulátorok tárolt energiaeszközök: az általuk termelt elektromosság a bennük lévő anyagok kémiai reakciójának eredménye. Az üzemanyagcellák nem tárolják az energiát, hanem a kívülről szállított tüzelőanyagból származó energia egy részét alakítják át elektromos árammá. Ebből a szempontból az üzemanyagcella inkább egy hagyományos erőműhöz hasonlít.

Számos különböző típusú üzemanyagcella létezik. A legegyszerűbb üzemanyagcella egy speciális membránból áll, amelyet elektrolitnak neveznek. A por alakú elektródákat a membrán mindkét oldalán helyezik el. Ez a kialakítás - két elektródával körülvett elektrolit - külön elem. A hidrogén az egyik oldalra (anód), az oxigén (levegő) a másik oldalra (katód) áramlik. Minden elektródának más és más a kémiai reakciója.

Az anódnál a hidrogén protonok és elektronok keverékére bomlik. Egyes üzemanyagcellákban az elektródákat általában platinából vagy más nemesfémből készült katalizátor veszi körül, amely elősegíti a disszociációs reakciót:

2H2 ==> 4H+ + 4e-.

H2 = kétatomos hidrogénmolekula, forma, in

amelyben a hidrogén gázként van jelen;

H+ = ionizált hidrogén, azaz. proton;

e- = elektron.

Az üzemanyagcella működése azon alapul, hogy az elektrolit protonokat enged át magán (a katód felé), de az elektronok nem. Az elektronok a katód felé mozognak a külső vezetőkör mentén. Ez az elektronmozgás olyan elektromos áram, amely az üzemanyagcellához csatlakoztatott külső eszköz, például villanymotor vagy izzó táplálására használható. Ezt az eszközt általában "terhelésnek" nevezik.

Az üzemanyagcella katód oldalán a protonok (amelyek áthaladtak az elektroliton) és az elektronok (amelyek áthaladtak a külső terhelésen) "rekombinálódnak", és reakcióba lépnek a katódba juttatott oxigénnel, így víz, H2O keletkezik:

4H+ + 4e- + O2 ==> 2H2O.

Az üzemanyagcellában az általános reakció a következőképpen írható:

2H2 + O2 ==> 2H2O.

Munkájuk során az üzemanyagcellák hidrogént és a levegőből származó oxigént használnak fel. A hidrogént közvetlenül vagy egy külső tüzelőanyag-forrástól, például földgáztól, benzintől vagy metanoltól való leválasztással lehet szállítani. Külső forrás esetén kémiailag kell átalakítani a hidrogén kinyeréséhez. Ezt a folyamatot "reformálásnak" nevezik. A hidrogén ammóniából, alternatív forrásokból, például a városi hulladéklerakókból és szennyvíztisztító telepekből származó gázból, valamint vízelektrolízisből is nyerhető, amely elektromos áram segítségével bontja le a vizet hidrogénre és oxigénre. Jelenleg a közlekedésben használt üzemanyagcellás technológiák többsége metanolt használ.

Különféle eszközöket fejlesztettek ki az üzemanyag reformálására, hogy hidrogént állítsanak elő üzemanyagcellákhoz. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma kifejlesztett egy üzemanyag-üzemanyag-üzemet egy benzinreformerben, amely egy önálló üzemanyagcellát hidrogénnel lát el. Az egyesült államokbeli Pacific Northwest National Laboratory kutatói egy kompakt üzemanyag-reformálót mutattak be, amely egytizede egy tápegység méretének. Az amerikai közszolgáltató, a Northwest Power Systems és a Sandia National Laboratory bemutatott egy üzemanyag-reformálót, amely a dízelüzemanyagot hidrogénné alakítja át üzemanyagcellákhoz.

Egyenként az üzemanyagcellák körülbelül 0,7-1,0 voltot termelnek. A feszültség növelése érdekében az elemeket "kaszkádba" állítják össze, azaz. soros csatlakozás. Több áram létrehozása érdekében a kaszkádelem-készleteket párhuzamosan kell csatlakoztatni. Ha kombinálja az üzemanyagcellás kaszkádokat egy üzemanyaggyárral, egy levegőellátó és hűtőrendszerrel, valamint egy vezérlőrendszerrel, akkor üzemanyagcellás motort kap. Ez a motor képes meghajtani egy járművet, egy álló erőművet vagy egy hordozható elektromos generátort6. Az üzemanyagcellás motorok az alkalmazástól, az üzemanyagcella típusától és a felhasznált üzemanyagtól függően különböző méretűek. Például az omahai bankban telepített négy különálló, 200 kW-os helyhez kötött erőmű mindegyike megközelítőleg akkora, mint egy kamion utánfutó.

Alkalmazások

Az üzemanyagcellák helyhez kötött és mobil eszközökben is használhatók. Az Egyesült Államok szigorodó károsanyag-kibocsátási szabályozására válaszul az autógyártók, köztük a DaimlerChrysler, a Toyota, a Ford, a General Motors, a Volkswagen, a Honda és a Nissan kísérleteztek és mutattak be üzemanyagcellás járműveket. Az első kereskedelmi üzemanyagcellás járművek várhatóan 2004-ben vagy 2005-ben kerülnek az utakra.

Mérföldkő volt az üzemanyagcellás technológia történetében a Ballard Power System kísérleti, 32 láb hosszú, 90 kilowattos hidrogén üzemanyagcellás motorral felszerelt városi buszának 1993. júniusi bemutatója. Azóta sokan különböző típusokés különböző generációs üzemanyagcellás személygépjárművek hajtják különböző típusoküzemanyag. 1996 vége óta három hidrogén üzemanyagcellás golfkocsit használnak a kaliforniai Palm Desertben. Az Illinois állambeli Chicago útjain; Brit Columbia, Vancouver; és Oslo, Norvégia üzemanyagcellás városi buszokat tesztel. Lúgos üzemanyagcellás taxikat tesztelnek London utcáin.

Az üzemanyagcellás technológiát alkalmazó helyhez kötött létesítményeket is bemutatják, de ezeket még nem használják széles körben a kereskedelemben. A First National Bank of Omaha Nebraska államban üzemanyagcellás rendszert használ a számítógépek áramellátására, mivel a rendszer megbízhatóbb, mint a régi, akkumulátoros tartalékkal ellátott hálózati rendszer. A világ legnagyobb kereskedelmi, 1,2 MW-os üzemanyagcellás rendszerét hamarosan telepítik egy alaszkai levelezőközpontba. Az üzemanyagcellás laptopokat, a szennyvíztisztítókban használt vezérlőrendszereket és az automatákat is tesztelik és demonstrálják.

"Érvek és ellenérvek"

Az üzemanyagcelláknak számos előnye van. Míg a modern belsőégésű motorok hatásfoka mindössze 12-15%, addig az üzemanyagcelláknál ez az együttható 50%. Az üzemanyagcellák hatásfoka továbbra is jó szinten maradhat magas szint, még akkor is, ha nem teljes névleges teljesítménnyel használják őket, ami jelentős előny a benzinmotorokhoz képest.

Az üzemanyagcella-konstrukció moduláris jellege azt jelenti, hogy az üzemanyagcellás erőmű kapacitása néhány további fokozat hozzáadásával növelhető. Ez biztosítja, hogy a kapacitáskihasználtsági tényező minimálisra csökkenjen, ami lehetővé teszi a kereslet és a kínálat jobb összehangolását. Mivel az üzemanyagcella-köteg hatékonyságát az egyes cellák teljesítménye határozza meg, a kis tüzelőanyagcellás erőművek ugyanolyan hatékonyan működnek, mint a nagyok. Emellett a helyhez kötött tüzelőanyagcellás rendszerek hulladékhője felhasználható víz- és helyiségfűtésre, tovább növelve az energiahatékonyságot.

Az üzemanyagcellák használatakor gyakorlatilag nincs káros kibocsátás. Amikor a motor tiszta hidrogénnel működik, csak hő és tiszta vízgőz keletkezik melléktermékként. Tehát az űrhajókon az űrhajósok vizet isznak, amely a fedélzeti üzemanyagcellák működésének eredményeként keletkezik. A kibocsátások összetétele a hidrogénforrás természetétől függ. A metanol használata nulla nitrogén-oxid- és szén-monoxid-kibocsátást eredményez, és csak csekély szénhidrogén-kibocsátást eredményez. A kibocsátás növekszik, ahogy a hidrogénről a metanolra a benzinre vált, bár a kibocsátás még benzin esetén is meglehetősen alacsony marad. Mindenesetre a mai hagyományos belső égésű motorok üzemanyagcellás cseréje a CO2- és NOx-kibocsátás általános csökkenését eredményezné.

Az üzemanyagcellák alkalmazása biztosítja az energetikai infrastruktúra rugalmasságát, további lehetőségeket teremtve a decentralizált energiatermelésre. A decentralizált energiaforrások sokfélesége lehetővé teszi az átviteli veszteségek csökkentését és az energiaértékesítési piacok fejlesztését (ami különösen fontos a távoli és vidéki területeken, ahol nincs hozzáférés a villamos vezetékekhez). Az üzemanyagcellák segítségével az egyes lakók vagy városrészek saját maguk biztosíthatják a villamos energia nagy részét, és ezzel jelentősen növelhetik a felhasználás hatékonyságát.

Az üzemanyagcellák kiváló minőségű energiát és nagyobb megbízhatóságot kínálnak. Strapabíróak, nincsenek mozgó alkatrészeik, és állandó teljesítményt adnak.

Az üzemanyagcellás technológiát azonban tovább kell fejleszteni a teljesítmény javítása, a költségek csökkentése és ezáltal az üzemanyagcellák más energiatechnológiákkal való versenyképesebbé tétele érdekében. Meg kell jegyezni, hogy az energiatechnológiák költségjellemzőinek figyelembe vételekor a technológiai jellemzők összes összetevője alapján összehasonlítást kell végezni, beleértve a működési tőkeköltségeket, a szennyezőanyag-kibocsátást, az energiaminőséget, a tartósságot, a leszerelést és a rugalmasságot.

Bár a hidrogéngáz a legjobb üzemanyag, ehhez még nem létezik infrastruktúra vagy szállítási bázis. Rövid távon a meglévő fosszilis tüzelőanyag-ellátó rendszereket (benzinkutak stb.) fel lehetne használni arra, hogy az erőműveket benzin, metanol vagy földgáz formájában hidrogénforrással látják el. Ez megszüntetné a dedikált hidrogéntöltő állomások szükségességét, de minden járművet fel kell szerelni egy fosszilis tüzelőanyag-hidrogén átalakítóval ("reformer"). Ennek a megközelítésnek az a hátránya, hogy fosszilis tüzelőanyagokat használ, és ezáltal szén-dioxid-kibocsátást eredményez. A jelenleg vezető jelölt metanol kevesebb károsanyag-kibocsátást termel, mint a benzin, de nagyobb tankra lenne szükség egy autóban, mert kétszer annyi helyet foglal el ugyanazon energiatartalom mellett.

Ellentétben a fosszilis tüzelőanyag-ellátó rendszerekkel, a nap- és szélenergia rendszerek (amelyek vízből hidrogént és oxigént állítanak elő elektromos árammal) és a közvetlen fotokonverziós rendszerek (félvezető anyagokat vagy enzimeket használnak a hidrogén előállítására) képesek hidrogént szolgáltatni reformálási lépés nélkül, és így ily módon a kibocsátások. A káros anyagok kibocsátása elkerülhető lenne, ami metanol vagy benzin üzemanyagcellák használatakor figyelhető meg. A hidrogén tárolható és szükség szerint elektromos árammá alakítható az üzemanyagcellában. A jövőben az üzemanyagcelláknak az ilyen típusú megújuló energiaforrásokhoz való csatlakoztatása valószínűleg hatékony stratégia a produktív, környezetbarát és sokoldalú energiaforrás biztosítására.

Az IEER ajánlásai szerint a helyi és szövetségi hatóságok, valamint az államok kormányai beszerzési költségvetésük egy részét üzemanyagcellás járművek szállítására, valamint helyhez kötött rendszerek az üzemanyagcellákról, hogy hőt és villamos energiát biztosítsanak egyes jelentős vagy új épületei számára. Ez hozzájárul a létfontosságú technológia fejlesztéséhez és csökkenti az üvegházhatású gázok kibocsátását.