Panduan: Cara membuka Arsenal Kuno dan di mana mencari sel bahan bakar - Horizon: Zero Dawn. Sel bahan bakar sebagai alternatif energi "alternatif"

Baru-baru ini, topik sel bahan bakar menjadi perbincangan semua orang. Dan ini tidak mengherankan, dengan munculnya teknologi ini di dunia elektronik, ia telah menemukan kelahiran baru. Para pemimpin dunia di bidang mikroelektronika berlomba untuk mempresentasikan prototipe produk masa depan mereka, yang akan mengintegrasikan pembangkit listrik mini mereka sendiri. Ini seharusnya, di satu sisi, melemahkan pengikatan perangkat seluler ke "soket", dan di sisi lain, memperpanjang masa pakai baterai mereka.

Selain itu, beberapa dari mereka bekerja berdasarkan etanol, sehingga pengembangan teknologi ini bermanfaat langsung bagi produsen minuman beralkohol - dalam belasan tahun, antrean "orang IT" berdiri di belakang "dosis" berikutnya untuk mereka laptop akan berbaris di penyulingan anggur.

Kita tidak bisa lepas dari "demam" sel bahan bakar yang telah mencengkeram industri Hi-Tech, dan kami akan mencoba mencari tahu jenis binatang apa teknologi ini, apa yang dimakannya dan kapan kita harus mengharapkannya terjadi. "katering". Dalam materi ini, kami akan mempertimbangkan jalur yang dilalui oleh sel bahan bakar dari saat teknologi ini ditemukan hingga saat ini. Kami juga akan mencoba menilai prospek implementasi dan pengembangannya di masa depan.

Bagaimana itu?

Untuk pertama kalinya, prinsip perangkat sel bahan bakar dijelaskan oleh Christian Friedrich Schonbein pada tahun 1838, dan setahun kemudian, Philosophical Journal menerbitkan artikelnya tentang topik ini. Namun, ini hanya studi teoretis. Sel bahan bakar pertama yang bekerja melihat cahaya pada tahun 1843 di laboratorium seorang ilmuwan asal Welsh, Sir William Robert Grove. Saat membuatnya, penemunya menggunakan bahan yang mirip dengan yang digunakan dalam baterai asam fosfat modern. Selanjutnya, sel bahan bakar Sir Grove diperbaiki oleh W. Thomas Grub. Pada tahun 1955, ahli kimia ini, yang bekerja untuk perusahaan legendaris General Electric menggunakan membran penukar ion polistirena tersulfonasi sebagai elektrolit dalam sel bahan bakar. Hanya tiga tahun kemudian, rekannya Leonard Niedrach mengusulkan teknologi peletakan platina pada membran, yang bertindak sebagai katalis dalam proses oksidasi hidrogen dan pengambilan oksigen.

"Bapak" sel bahan bakar Christian Schönbein

Prinsip-prinsip ini membentuk dasar dari generasi baru sel bahan bakar, yang disebut elemen "Grubb-Nidrach" setelah penciptanya. General Electric terus berkembang ke arah ini, di mana, dengan bantuan NASA dan raksasa penerbangan McDonnell Aircraft, sel bahan bakar komersial pertama dibuat. Teknologi baru diperhatikan di luar negeri. Dan sudah pada tahun 1959, orang Inggris Francis Bacon (Francis Thomas Bacon) memperkenalkan sel bahan bakar stasioner dengan kekuatan 5 kW. Desainnya yang dipatenkan kemudian dilisensikan oleh Amerika dan digunakan di pesawat luar angkasa NASA dalam sistem tenaga dan pasokan air minum. Pada tahun yang sama, orang Amerika Harry Ihrig membangun traktor sel bahan bakar pertama (daya total 15 kW). Kalium hidroksida digunakan sebagai elektrolit dalam baterai, dan hidrogen dan oksigen terkompresi digunakan sebagai reagen.

Untuk pertama kalinya, produksi sel bahan bakar stasioner untuk tujuan komersial dioperasikan oleh UTC Power, yang menawarkan sistem tenaga cadangan untuk rumah sakit, universitas, dan pusat bisnis. Perusahaan yang merupakan pemimpin dunia di bidang ini masih memproduksi solusi serupa dengan daya hingga 200 kW. Ini juga merupakan pemasok utama sel bahan bakar untuk NASA. Produknya banyak digunakan selama program luar angkasa Apollo dan masih diminati sebagai bagian dari program Pesawat Ulang-alik. UTC Power juga menawarkan sel bahan bakar "konsumsi konsumen" untuk berbagai aplikasi kendaraan. Dia adalah orang pertama yang membuat sel bahan bakar yang memungkinkan untuk menerima arus pada suhu negatif melalui penggunaan membran pertukaran proton.

Bagaimana itu bekerja

Para peneliti bereksperimen dengan berbagai zat sebagai reagen. Namun, prinsip dasar pengoperasian sel bahan bakar, meskipun memiliki karakteristik kinerja yang sangat berbeda, tetap tidak berubah. Setiap sel bahan bakar adalah perangkat konversi energi elektrokimia. Ini menghasilkan listrik dari sejumlah bahan bakar (di sisi anoda) dan oksidator (di sisi katoda). Reaksi berlangsung dengan adanya elektrolit (zat yang mengandung ion bebas dan berperilaku sebagai media konduktif listrik). Pada prinsipnya, dalam perangkat semacam itu, ada reagen tertentu yang memasukinya dan produk reaksinya, yang dikeluarkan setelah reaksi elektrokimia dilakukan. Elektrolit dalam hal ini hanya berfungsi sebagai media interaksi reaktan dan tidak berubah dalam sel bahan bakar. Berdasarkan skema seperti itu, sel bahan bakar yang ideal harus bekerja selama ada pasokan zat yang diperlukan untuk reaksi.

Sel bahan bakar tidak harus bingung dengan baterai konvensional di sini. Dalam kasus pertama, beberapa "bahan bakar" dikonsumsi untuk menghasilkan listrik, yang kemudian perlu diisi ulang. Dalam kasus sel galvanik, listrik disimpan dalam sirkuit tertutup. sistem kimia. Dalam kasus baterai, menerapkan arus memungkinkan reaksi elektrokimia terbalik terjadi dan mengembalikan reagen ke keadaan semula (yaitu, mengisi daya). Berbagai kombinasi bahan bakar dan oksidator dimungkinkan. Misalnya, sel bahan bakar hidrogen menggunakan hidrogen dan oksigen (zat pengoksidasi) sebagai reaktan. Seringkali, bikarbonat dan alkohol digunakan sebagai bahan bakar, dan udara, klorin dan klorin dioksida bertindak sebagai oksidan.

Reaksi katalisis yang terjadi di sel bahan bakar merobohkan elektron dan proton dari bahan bakar, dan elektron yang bergerak terbentuk listrik. Sel bahan bakar biasanya menggunakan platinum atau paduannya sebagai katalis untuk mempercepat reaksi. Proses katalitik lain mengembalikan elektron dengan menggabungkannya dengan proton dan zat pengoksidasi, menghasilkan pembentukan produk reaksi (emisi). Sebagai aturan, emisi ini adalah zat sederhana: air dan karbon dioksida.

Dalam sel bahan bakar membran pertukaran proton konvensional (PEMFC), membran konduktif proton polimer memisahkan sisi anoda dan katoda. Dari sisi katoda, hidrogen berdifusi ke katalis anoda, di mana elektron dan proton kemudian dilepaskan darinya. Proton kemudian melewati membran ke katoda, dan elektron, yang tidak dapat mengikuti proton (membran diisolasi secara elektrik), diarahkan melalui rangkaian beban eksternal (sistem catu daya). Pada sisi katalis katodik, oksigen bereaksi dengan proton yang telah melewati membran dan elektron yang masuk melalui rangkaian beban eksternal. Sebagai hasil dari reaksi ini, air diperoleh (dalam bentuk uap atau cairan). Misalnya, produk reaksi dalam sel bahan bakar menggunakan bahan bakar hidrokarbon (metanol, solar) adalah air dan karbon dioksida.

Sel bahan bakar dari hampir semua jenis mengalami rugi-rugi listrik, yang disebabkan oleh hambatan alami dari kontak dan elemen sel bahan bakar, dan oleh tegangan lebih listrik (energi tambahan yang diperlukan untuk melakukan reaksi awal). Dalam beberapa kasus, tidak mungkin untuk sepenuhnya menghindari kerugian ini, dan kadang-kadang "permainan tidak sepadan dengan lilin", tetapi paling sering mereka dapat dikurangi hingga minimum yang dapat diterima. Solusi untuk masalah ini adalah penggunaan set perangkat ini, di mana sel bahan bakar, tergantung pada persyaratan untuk sistem catu daya, dapat dihubungkan secara paralel (arus lebih tinggi) atau seri (tegangan lebih tinggi).

Jenis sel bahan bakar

Ada banyak sekali jenis sel bahan bakar, tetapi kami akan mencoba membahas secara singkat yang paling umum.

Sel bahan bakar alkali (AFC)

Sel bahan bakar alkali atau alkaline, juga disebut sel Bacon setelah "ayah" Inggris mereka, adalah salah satu teknologi sel bahan bakar yang paling berkembang dengan baik. Perangkat inilah yang membantu manusia menginjakkan kaki di bulan. Secara umum, NASA telah menggunakan sel bahan bakar jenis ini sejak pertengahan 1960-an. AFC mengkonsumsi hidrogen dan oksigen murni, menghasilkan air minum, panas dan listrik. Sebagian besar karena fakta bahwa teknologi ini dikembangkan dengan baik, ia memiliki salah satu tingkat efisiensi tertinggi di antara sistem serupa (potensi sekitar 70%).

Namun, teknologi ini juga memiliki kekurangan. Karena kekhususan penggunaan zat alkali cair sebagai elektrolit, yang tidak menghalangi karbon dioksida, kalium hidroksida (salah satu pilihan elektrolit yang digunakan) dapat bereaksi dengan komponen udara biasa ini. Hasilnya bisa menjadi senyawa beracun kalium karbonat. Untuk menghindari hal ini, perlu menggunakan oksigen murni, atau untuk membersihkan udara dari karbon dioksida. Secara alami, ini memengaruhi biaya perangkat tersebut. Namun, meskipun demikian, AFC adalah sel bahan bakar termurah untuk diproduksi yang tersedia saat ini.

Sel Bahan Bakar Borohidrida Langsung (DBFC)

Subtipe sel bahan bakar alkali ini menggunakan natrium borohidrida sebagai bahan bakar. Namun, tidak seperti hidrogen AFC konvensional, teknologi ini memiliki satu keuntungan signifikan - tidak ada risiko menghasilkan senyawa beracun setelah kontak dengan karbon dioksida. Namun, produk dari reaksinya adalah zat boraks, yang banyak digunakan dalam deterjen dan sabun. Boraks relatif tidak beracun.

DBFC dapat dibuat lebih murah daripada sel bahan bakar tradisional karena tidak memerlukan katalis platinum yang mahal. Selain itu, mereka memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi. Diperkirakan produksi satu kilogram natrium borohidrida berharga $ 50, tetapi jika Anda mengatur produksi massalnya dan mengatur pemrosesan boraks, maka batang ini dapat dikurangi hingga 50 kali lipat.

Sel Bahan Bakar Hidrida Logam (MHFC)

Subkelas sel bahan bakar alkali ini saat ini sedang dipelajari secara aktif. Sebuah fitur dari perangkat ini adalah kemampuan untuk menyimpan hidrogen secara kimiawi di dalam sel bahan bakar. Sel bahan bakar borohidrida langsung memiliki kemampuan yang sama, tetapi tidak seperti itu, MHFC diisi dengan hidrogen murni.

Di antara karakteristik khas dari sel bahan bakar ini adalah sebagai berikut:

kemampuan untuk mengisi ulang dari energi listrik;
bekerja pada suhu rendah - hingga -20°C;
umur simpan yang lama;
mulai "dingin" cepat;
kemampuan untuk bekerja selama beberapa waktu tanpa sumber hidrogen eksternal (untuk periode penggantian bahan bakar).

Terlepas dari kenyataan bahwa banyak perusahaan sedang mengerjakan pembuatan MHFC yang diproduksi secara massal, efisiensi prototipe tidak cukup tinggi dibandingkan dengan teknologi pesaing. Salah satu rapat arus terbaik untuk sel bahan bakar ini adalah 250 miliampere per sentimeter persegi, dengan sel bahan bakar PEMFC konvensional menghasilkan rapat arus 1 amp per sentimeter persegi.

Sel bahan bakar elektro-galvanik (EGFC)

Reaksi kimia dalam EGFC berlangsung dengan partisipasi kalium hidroksida dan oksigen. Ini menciptakan arus listrik antara anoda timbal dan katoda berlapis emas. Tegangan keluaran dari sel bahan bakar elektro-galvanik berbanding lurus dengan jumlah oksigen. Fitur ini memungkinkan EGFC untuk digunakan secara luas sebagai alat uji oksigen pada peralatan selam dan peralatan medis. Namun justru karena ketergantungan ini, sel bahan bakar berbasis kalium hidroksida memiliki jangka waktu yang sangat terbatas. kerja yang efektif(selama konsentrasi oksigen tinggi).

Penguji oksigen EGFC bersertifikat pertama menjadi tersedia secara luas pada tahun 2005, tetapi tidak mendapatkan banyak popularitas saat itu. Dirilis dua tahun kemudian, model yang dimodifikasi secara signifikan jauh lebih sukses dan bahkan menerima penghargaan untuk "inovasi" di acara penyelam khusus di Florida. Saat ini, organisasi seperti NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) dan DDRC (Diving Diseases Research Center) menggunakannya.

Sel bahan bakar langsung asam format (DFAFC)

Sel bahan bakar ini adalah subtipe perangkat asam format langsung PEMFC. Karena fitur khusus mereka, sel bahan bakar ini memiliki peluang besar di masa depan untuk menjadi sarana utama untuk menyalakan elektronik portabel seperti laptop, ponsel, dll.

Seperti metanol, asam format langsung dimasukkan ke dalam sel bahan bakar tanpa langkah pemurnian khusus. Juga jauh lebih aman untuk menyimpan zat ini daripada, misalnya, hidrogen, dan selain itu, tidak perlu menyediakan kondisi penyimpanan khusus: asam format adalah cairan pada suhu normal. Selain itu, teknologi ini memiliki dua keunggulan yang tidak dapat disangkal dibandingkan sel bahan bakar metanol langsung. Pertama, tidak seperti metanol, asam format tidak meresap melalui membran. Oleh karena itu, efisiensi DFAFC, menurut definisi, harus lebih tinggi. Kedua, jika terjadi depresurisasi, asam format tidak begitu berbahaya (metanol dapat menyebabkan kebutaan, dan dengan dosis yang kuat dapat menyebabkan kematian).

Menariknya, hingga saat ini, banyak ilmuwan tidak melihat teknologi ini memiliki masa depan yang praktis. Alasan yang mendorong para peneliti untuk mengakhiri asam format selama bertahun-tahun adalah tegangan lebih elektrokimia yang tinggi, yang menyebabkan kerugian listrik yang signifikan. Tetapi hasil eksperimen baru-baru ini menunjukkan bahwa alasan ketidakefisienan ini adalah penggunaan platinum sebagai katalis, yang secara tradisional telah digunakan secara luas untuk tujuan ini dalam sel bahan bakar. Setelah ilmuwan dari University of Illinois melakukan sejumlah percobaan dengan bahan lain, ternyata ketika menggunakan paladium sebagai katalis, produktivitas DFAFC lebih tinggi daripada sel bahan bakar metanol langsung yang setara. Saat ini, hak atas teknologi ini dimiliki oleh perusahaan Amerika Tekion, yang menawarkan lini produk Formira Power Pack untuk perangkat mikroelektronika. Sistem ini adalah "duplex" yang terdiri dari baterai penyimpanan dan sel bahan bakar yang sebenarnya. Setelah persediaan reagen di dalam cartridge yang mengisi baterai habis, pengguna cukup menggantinya dengan yang baru. Dengan demikian, itu menjadi sepenuhnya independen dari "soket". Menurut janji pabrikan, waktu antara pengisian daya akan berlipat ganda, meskipun faktanya teknologinya hanya akan menelan biaya 10-15% lebih banyak daripada baterai konvensional. Satu-satunya kendala serius dalam perjalanan teknologi ini mungkin adalah bahwa hal itu didukung oleh perusahaan menengah dan itu dapat dengan mudah "dikekang" oleh pesaing skala besar yang mempresentasikan teknologi mereka, yang bahkan mungkin lebih rendah daripada DFAFC dalam beberapa hal. parameter.

Sel bahan bakar metanol langsung (DMFC)

Sel bahan bakar ini adalah bagian dari perangkat membran pertukaran proton. Mereka menggunakan metanol yang diisikan ke dalam sel bahan bakar tanpa pemurnian lebih lanjut. Namun, metil alkohol jauh lebih mudah disimpan dan tidak meledak (walaupun mudah terbakar dan dapat menyebabkan kebutaan). Pada saat yang sama, kapasitas energi metanol secara signifikan lebih tinggi daripada hidrogen terkompresi.

Namun, karena fakta bahwa metanol mampu meresap melalui membran, efisiensi DMFC dengan volume bahan bakar yang besar menjadi rendah. Meskipun tidak cocok untuk transportasi dan pemasangan besar karena alasan ini, perangkat ini sangat bagus sebagai pengganti baterai untuk perangkat seluler.

Sel bahan bakar metanol yang diproses (RMFC)

Sel bahan bakar metanol yang diproses berbeda dari DMFC hanya dalam hal mereka mengubah metanol menjadi hidrogen dan karbon dioksida sebelum menghasilkan listrik. Ini terjadi di perangkat khusus yang disebut prosesor bahan bakar. Setelah tahap pendahuluan ini (reaksi dilakukan pada suhu di atas 250 °C), hidrogen mengalami reaksi oksidasi, yang menghasilkan pembentukan air dan listrik.

Penggunaan metanol di RMFC adalah karena fakta bahwa itu adalah pembawa alami hidrogen, dan pada suhu yang cukup rendah (dibandingkan dengan zat lain) dapat didekomposisi menjadi hidrogen dan karbon dioksida. Oleh karena itu, teknologi ini lebih maju dari DMFC. Sel bahan bakar metanol yang diproses lebih efisien, lebih kompak, dan beroperasi pada suhu di bawah nol.

Sel bahan bakar etanol langsung (DEFC)

Perwakilan lain dari kelas sel bahan bakar dengan kisi pertukaran proton. Sesuai dengan namanya, etanol memasuki sel bahan bakar melewati tahapan pemurnian tambahan atau dekomposisi menjadi zat yang lebih sederhana. Kelebihan pertama dari perangkat ini adalah penggunaan etil alkohol sebagai pengganti metanol beracun. Artinya, Anda tidak perlu menginvestasikan banyak uang dalam pengembangan bahan bakar ini.

Kepadatan energi alkohol sekitar 30% lebih tinggi dari metanol. Selain itu, dapat diperoleh dalam jumlah besar dari biomassa. Untuk mengurangi biaya sel bahan bakar etanol, pencarian aktif sedang dilakukan untuk bahan katalis alternatif. Platinum, yang secara tradisional digunakan dalam sel bahan bakar untuk tujuan ini, terlalu mahal dan merupakan hambatan signifikan untuk adopsi massal teknologi ini. Solusi untuk masalah ini dapat berupa katalis yang terbuat dari campuran besi, tembaga dan nikel, yang menunjukkan hasil yang mengesankan dalam sistem eksperimental.

Sel Bahan Bakar Udara Seng (ZAFC)

ZAFC menggunakan oksidasi seng dengan oksigen dari udara untuk menghasilkan listrik. Sel bahan bakar ini tidak mahal untuk diproduksi dan memberikan kepadatan energi yang cukup tinggi. Saat ini, mereka digunakan dalam alat bantu dengar dan mobil listrik eksperimental.

Di sisi anoda ada campuran partikel seng dengan elektrolit, dan di sisi katoda, air dan oksigen dari udara, yang bereaksi satu sama lain dan membentuk hidroksil (molekulnya adalah atom oksigen dan atom hidrogen, di antaranya ada ikatan kovalen). Sebagai hasil dari reaksi hidroksil dengan campuran seng, elektron dilepaskan, menuju katoda. Tegangan Maks, yang diberikan oleh sel bahan bakar tersebut, adalah 1,65 V, tetapi, sebagai aturan, itu dikurangi secara artifisial menjadi 1,4-1,35 V, membatasi akses udara ke sistem. Produk akhir dari reaksi elektrokimia ini adalah seng oksida dan air.

Dimungkinkan untuk menggunakan teknologi ini baik dalam baterai (tanpa pengisian ulang) dan dalam sel bahan bakar. Dalam kasus terakhir, ruang di sisi anoda dibersihkan dan diisi ulang dengan pasta seng. Secara umum, teknologi ZAFC telah terbukti menjadi baterai yang sederhana dan andal. Keuntungan tak terbantahkan mereka adalah kemampuan untuk mengontrol reaksi hanya dengan menyesuaikan pasokan udara ke sel bahan bakar. Banyak peneliti sedang mempertimbangkan sel bahan bakar seng-udara sebagai sumber daya utama masa depan untuk kendaraan listrik.

Sel bahan bakar mikroba (MFC)

Gagasan menggunakan bakteri untuk kepentingan umat manusia bukanlah hal baru, meskipun baru belakangan ini terwujud gagasan tersebut. Saat ini, isu penggunaan komersial bioteknologi untuk produksi berbagai produk (misalnya, produksi hidrogen dari biomassa), netralisasi zat berbahaya dan pembangkit listrik. Sel bahan bakar mikroba, juga disebut sebagai sel bahan bakar biologis, adalah sistem elektrokimia biologis yang menghasilkan listrik melalui penggunaan bakteri. Teknologi ini didasarkan pada katabolisme (penguraian molekul kompleks menjadi lebih sederhana dengan pelepasan energi) zat seperti glukosa, asetat (garam asam asetat), butirat (garam asam butirat) atau air limbah. Karena oksidasinya, elektron dilepaskan, yang ditransfer ke anoda, setelah itu arus listrik yang dihasilkan mengalir melalui konduktor ke katoda.

Dalam sel bahan bakar seperti itu, mediator biasanya digunakan untuk meningkatkan permeabilitas elektron. Masalahnya adalah zat yang berperan sebagai mediator itu mahal dan beracun. Namun, dalam hal menggunakan bakteri yang aktif secara elektrokimia, tidak diperlukan mediator. Sel bahan bakar mikroba "bebas pemancar" seperti itu mulai dibuat baru-baru ini, dan oleh karena itu, jauh dari semua sifatnya dipelajari dengan baik.

Terlepas dari kendala yang belum diatasi MFC, teknologi ini memiliki potensi yang sangat besar. Pertama, "bahan bakar" tidak sulit ditemukan. Terlebih lagi, saat ini masalah pengolahan air limbah dan pembuangan banyak limbah menjadi sangat akut. Penerapan teknologi ini dapat mengatasi kedua masalah tersebut. Kedua, secara teoritis efisiensinya bisa sangat tinggi. Masalah utama bagi para insinyur, sel bahan bakar mikroba adalah, dan sebenarnya elemen terpenting dari perangkat ini, mikroba. Dan sementara ahli mikrobiologi, yang menerima banyak hibah untuk penelitian, bersukacita, penulis fiksi ilmiah juga menggosok tangan mereka, mengantisipasi keberhasilan buku tentang konsekuensi dari "publikasi" mikroorganisme yang salah. Secara alami, ada risiko mengeluarkan sesuatu yang "mencerna" tidak hanya sampah yang tidak perlu, tetapi juga sesuatu yang berharga. Jadi pada prinsipnya, seperti halnya bioteknologi baru, orang waspada terhadap gagasan membawa kotak penuh bakteri di saku mereka.

Aplikasi

Pembangkit listrik domestik dan industri stasioner

Sel bahan bakar banyak digunakan sebagai sumber energi di berbagai sistem otonom, seperti pesawat ruang angkasa, stasiun cuaca jarak jauh, instalasi militer, dll. Keuntungan utama dari sistem catu daya semacam itu adalah keandalannya yang sangat tinggi dibandingkan dengan teknologi lain. Karena tidak adanya bagian yang bergerak dan mekanisme apa pun dalam sel bahan bakar, keandalan sistem catu daya dapat mencapai 99,99%. Selain itu, dalam hal menggunakan hidrogen sebagai reagen, bobot yang sangat kecil dapat dicapai, yang merupakan salah satu kriteria terpenting dalam hal peralatan luar angkasa.

Baru-baru ini, instalasi panas dan listrik gabungan, yang banyak digunakan di bangunan tempat tinggal dan kantor, menjadi lebih luas. Keunikan sistem ini adalah bahwa mereka terus-menerus menghasilkan listrik, yang, jika tidak segera dikonsumsi, digunakan untuk memanaskan air dan udara. Terlepas dari kenyataan bahwa efisiensi listrik dari instalasi semacam itu hanya 15-20%, kerugian ini dikompensasi oleh fakta bahwa listrik yang tidak terpakai digunakan untuk produksi panas. Secara umum, efisiensi energi dari sistem gabungan tersebut adalah sekitar 80%. Salah satu reagen terbaik untuk sel bahan bakar tersebut adalah asam fosfat. Unit-unit ini memberikan efisiensi energi 90% (35-50% listrik dan sisanya energi panas).

Mengangkut

Sistem energi berbasis sel bahan bakar juga banyak digunakan dalam transportasi. Omong-omong, Jerman termasuk yang pertama memasang sel bahan bakar pada kendaraan. Jadi kapal komersial pertama di dunia yang dilengkapi dengan pengaturan seperti itu memulai debutnya delapan tahun lalu. Kapal kecil ini, dijuluki "Hydra" dan dirancang untuk mengangkut hingga 22 penumpang, diluncurkan di dekat bekas ibu kota Jerman pada Juni 2000. Hidrogen (sel bahan bakar alkali) bertindak sebagai reagen pembawa energi. Berkat penggunaan sel bahan bakar alkaline (basa), instalasi ini mampu menghasilkan arus pada suhu hingga -10 °C dan tidak "takut" air asin. Perahu "Hydra", digerakkan oleh motor listrik 5 kW, mampu melaju hingga 6 knot (sekitar 12 km/jam).

Perahu "Hydra"

Sel bahan bakar (terutama bertenaga hidrogen) telah menjadi jauh lebih luas dalam transportasi darat. Secara umum, hidrogen telah digunakan sebagai bahan bakar mesin mobil untuk waktu yang cukup lama, dan pada prinsipnya, mesin pembakaran internal konvensional dapat dengan mudah diubah untuk menggunakan bahan bakar alternatif ini. Namun, pembakaran hidrogen konvensional kurang efisien daripada menghasilkan listrik melalui reaksi kimia antara hidrogen dan oksigen. Dan idealnya, hidrogen, jika digunakan dalam sel bahan bakar, akan benar-benar aman untuk alam atau, seperti yang mereka katakan, "ramah lingkungan", karena tidak ada karbon dioksida atau zat lain yang dilepaskan selama reaksi kimia yang menyentuh "rumah kaca". memengaruhi".

Benar, di sini, seperti yang diharapkan, ada beberapa "tetapi" besar. Faktanya adalah bahwa banyak teknologi untuk memproduksi hidrogen dari sumber daya yang tidak terbarukan (gas alam, batu bara, produk minyak) tidak begitu ramah lingkungan, karena sejumlah besar karbon dioksida dilepaskan dalam prosesnya. Secara teoritis, jika sumber daya terbarukan digunakan untuk mendapatkannya, maka tidak akan ada emisi berbahaya sama sekali. Namun, dalam hal ini, biayanya meningkat secara signifikan. Menurut banyak ahli, untuk alasan ini, potensi hidrogen sebagai pengganti bensin atau gas alam sangat terbatas. Sudah ada alternatif yang lebih murah, dan kemungkinan besar, sel bahan bakar pada elemen pertama tabel periodik tidak akan bisa menjadi fenomena massal di kendaraan.

Pabrikan mobil cukup aktif bereksperimen dengan hidrogen sebagai sumber energi. Dan alasan utama untuk ini adalah posisi UE yang agak sulit dalam kaitannya dengan emisi berbahaya ke atmosfer. Didorong oleh pembatasan yang semakin ketat di Eropa, Daimler AG, Fiat dan Ford Motor Company telah meluncurkan visi mereka untuk masa depan sel bahan bakar di industri otomotif, melengkapi model dasar mereka dengan powertrain serupa. Raksasa mobil Eropa lainnya, Volkswagen, saat ini sedang mempersiapkan kendaraan sel bahan bakarnya. Perusahaan Jepang dan Korea Selatan tidak ketinggalan. Namun, tidak semua orang bertaruh pada teknologi ini. Banyak orang lebih suka memodifikasi mesin pembakaran internal atau menggabungkannya dengan motor listrik bertenaga baterai. Toyota, Mazda dan BMW mengikuti jalan ini. Sedangkan untuk perusahaan Amerika, selain Ford dengan model Focus-nya, General Motors juga menghadirkan beberapa mobil fuel cell. Semua usaha ini secara aktif didorong oleh banyak negara. Misalnya, di Amerika Serikat ada undang-undang yang menyatakan bahwa mobil hibrida baru yang memasuki pasar dibebaskan dari pajak, yang dapat menjadi jumlah yang cukup layak, karena sebagai aturan, mobil seperti itu lebih mahal daripada rekan-rekan mereka dengan pembakaran internal tradisional. mesin. Dengan demikian, hibrida sebagai pembelian menjadi lebih menarik. Namun, untuk saat ini, undang-undang ini hanya berlaku untuk model yang memasuki pasar hingga mencapai tingkat penjualan 60.000 mobil, setelah itu manfaatnya secara otomatis dibatalkan.

Elektronik

Belum lama ini, sel bahan bakar mulai menemukan peningkatan penggunaan di laptop, ponsel dan perangkat elektronik seluler lainnya. Alasan untuk ini adalah kerakusan yang meningkat pesat dari perangkat yang dirancang untuk masa pakai baterai yang lama. Sebagai hasil dari penggunaan layar sentuh besar di ponsel, kemampuan audio yang kuat, dan pengenalan dukungan untuk Wi-Fi, Bluetooth, dan protokol komunikasi nirkabel frekuensi tinggi lainnya, persyaratan kapasitas baterai juga telah berubah. Dan, meskipun baterai telah berkembang jauh sejak hari-hari ponsel pertama, dalam hal kapasitas dan kekompakan (jika tidak, penggemar hari ini tidak akan diizinkan masuk ke stadion dengan senjata ini dengan fungsi komunikasi), mereka masih tidak mengikuti dengan miniaturisasi sirkuit elektronik, atau dengan keinginan produsen untuk membangun semua produk mereka lebih banyak fitur. Kerugian lain yang signifikan dari baterai saat ini adalah waktu pengisian yang lama. Semuanya mengarah pada fakta bahwa semakin banyak fitur di ponsel atau pemutar multimedia saku yang dirancang untuk meningkatkan otonomi pemiliknya (Internet nirkabel, sistem navigasi, dll.), semakin tergantung pada "soket" perangkat ini.

Tidak ada yang bisa dikatakan tentang laptop yang jauh lebih kecil daripada yang terbatas dalam ukuran maksimum. Ceruk laptop super-efisien telah terbentuk sejak lama, yang tidak dimaksudkan untuk operasi otonom sama sekali, kecuali untuk transfer semacam itu dari satu kantor ke kantor lainnya. Dan bahkan anggota dunia laptop yang paling hemat biaya pun berjuang untuk memberikan masa pakai baterai sehari penuh. Oleh karena itu, pertanyaan untuk menemukan alternatif untuk baterai tradisional, yang tidak akan lebih mahal, tetapi juga jauh lebih efisien, sangat akut. Dan perwakilan industri terkemuka baru-baru ini telah memecahkan masalah ini. Belum lama ini, sel bahan bakar metanol komersial diperkenalkan, pengiriman massal yang dapat dimulai pada awal tahun depan.

Para peneliti memilih metanol daripada hidrogen untuk beberapa alasan. Jauh lebih mudah untuk menyimpan metanol karena tidak memerlukan tekanan tinggi atau khusus rezim suhu. Metil alkohol berbentuk cair pada -97,0°C hingga 64,7°C. Di mana energi spesifik yang terkandung dalam volume ke-N metanol adalah urutan besarnya lebih besar daripada dalam volume yang sama dari hidrogen di bawah tekanan tinggi. Teknologi sel bahan bakar metanol langsung, banyak digunakan dalam perangkat elektronik bergerak, melibatkan penggunaan metanol setelah hanya mengisi wadah sel bahan bakar, melewati prosedur konversi katalitik (maka nama "metanol langsung"). Ini juga merupakan keuntungan utama dari teknologi ini.

Namun, seperti yang diharapkan, semua kelebihan ini memiliki kekurangan, yang secara signifikan membatasi ruang lingkup penerapannya. Mengingat fakta bahwa teknologi ini belum sepenuhnya dikembangkan, masalah rendahnya efisiensi sel bahan bakar tersebut yang disebabkan oleh "kebocoran" metanol melalui bahan membran masih belum terselesaikan. Selain itu, mereka tidak memiliki karakteristik dinamis yang mengesankan. Tidak mudah untuk memutuskan apa yang harus dilakukan dengan karbon dioksida yang dihasilkan di anoda. Perangkat DMFC modern tidak mampu menghasilkan energi tinggi, tetapi mereka memiliki kapasitas energi tinggi untuk volume materi yang kecil. Ini berarti bahwa meskipun banyak energi belum tersedia, sel bahan bakar metanol langsung dapat menghasilkannya. lama. Ini tidak memungkinkan mereka untuk menemukan penggunaan langsung di kendaraan karena dayanya yang rendah, tetapi menjadikannya solusi yang hampir ideal untuk perangkat seluler yang masa pakai baterainya sangat penting.

Tren terbaru

Meskipun sel bahan bakar untuk kendaraan telah diproduksi sejak lama, sejauh ini solusi tersebut belum tersebar luas. Ada banyak alasan untuk ini. Dan yang utama adalah ketidakmampuan ekonomi dan keengganan produsen untuk menjalankan produksi bahan bakar yang terjangkau. Upaya untuk memaksakan proses alami transisi ke sumber energi terbarukan, seperti yang diharapkan, tidak menghasilkan sesuatu yang baik. Tentu saja, alasan kenaikan tajam harga produk pertanian agak tersembunyi bukan karena mereka mulai dikonversi secara besar-besaran menjadi bahan bakar nabati, tetapi karena banyak negara di Afrika dan Asia tidak mampu menghasilkan produk yang cukup. bahkan untuk memenuhi permintaan produk dalam negeri.

Jelas, penolakan penggunaan biofuel tidak akan mengarah pada peningkatan yang signifikan dalam situasi di pasar pangan dunia, tetapi, sebaliknya, dapat menyerang petani Eropa dan Amerika, yang untuk pertama kalinya dalam bertahun-tahun telah menerima kesempatan untuk mendapatkan uang yang baik. Tetapi seseorang tidak dapat menghapus aspek etis dari masalah ini, adalah buruk untuk mengisi "roti" dalam tangki ketika jutaan orang kelaparan. Oleh karena itu, khususnya Politisi Eropa sekarang akan ada sikap yang lebih dingin terhadap bioteknologi, yang sudah dikonfirmasi oleh revisi strategi untuk transisi ke sumber energi terbarukan.

Dalam situasi ini, mikroelektronika harus menjadi bidang aplikasi sel bahan bakar yang paling menjanjikan. Di sinilah sel bahan bakar memiliki peluang terbesar untuk mendapatkan pijakan. Pertama, orang yang membeli ponsel lebih ingin bereksperimen daripada, katakanlah, pembeli mobil. Dan kedua, mereka siap untuk menghabiskan uang dan, sebagai suatu peraturan, tidak menolak untuk "menyelamatkan dunia." Keberhasilan luar biasa dari versi merah "Bono" dari iPod Nano dapat berfungsi sebagai konfirmasi akan hal ini, sebagian dari uang penjualannya disumbangkan ke Palang Merah.

Versi "Bono" dari Apple iPod Nano

Di antara mereka yang telah mengalihkan perhatian mereka ke sel bahan bakar untuk elektronik portabel, sebagai perusahaan yang sebelumnya mengkhususkan diri dalam menciptakan sel bahan bakar dan sekarang baru saja ditemukan lingkup baru aplikasi mereka, dan produsen mikroelektronika terkemuka. Misalnya, baru-baru ini MTI Micro, yang telah menggunakan kembali bisnisnya untuk memproduksi sel bahan bakar metanol untuk perangkat elektronik bergerak, mengumumkan bahwa mereka akan memulai produksi massal pada tahun 2009. Dia juga memperkenalkan perangkat GPS sel bahan bakar metanol pertama di dunia. Menurut perwakilan perusahaan ini, dalam waktu dekat produknya akan sepenuhnya menggantikan baterai lithium-ion tradisional. Benar, pada awalnya mereka tidak akan murah, tetapi masalah ini menyertai teknologi baru apa pun.

Untuk perusahaan seperti Sony, yang baru-baru ini memamerkan varian DMFC dari perangkat bertenaga media, teknologi ini baru, tetapi mereka serius untuk tidak tersesat di pasar baru yang menjanjikan. Pada gilirannya, Sharp melangkah lebih jauh dan, dengan prototipe sel bahan bakarnya, baru-baru ini mencetak rekor dunia untuk kapasitas energi spesifik 0,3 watt per sentimeter kubik metanol. Bahkan pemerintah dari banyak negara bertemu dengan perusahaan yang memproduksi sel bahan bakar ini. Jadi bandara di AS, Kanada, Inggris, Jepang, dan Cina, terlepas dari toksisitas dan sifat mudah terbakar metanol, membatalkan pembatasan transportasi yang ada sebelumnya di kabin. Tentu saja, ini hanya diperbolehkan untuk sel bahan bakar bersertifikat dengan kapasitas maksimum 200 ml. Namun demikian, ini sekali lagi menegaskan minat dalam perkembangan ini di pihak tidak hanya peminat, tetapi juga negara.

Benar, pabrikan masih mencoba bermain aman dan menawarkan sel bahan bakar terutama sebagai sistem tenaga cadangan. Salah satu solusinya adalah kombinasi sel bahan bakar dan baterai: selama ada bahan bakar, baterai terus-menerus diisi, dan setelah habis, pengguna cukup mengganti kartrid kosong dengan wadah metanol baru. Tren populer lainnya adalah pembuatan pengisi daya sel bahan bakar. Mereka dapat digunakan saat bepergian. Pada saat yang sama, mereka dapat mengisi baterai dengan sangat cepat. Dengan kata lain, di masa depan, mungkin semua orang akan membawa "soket" seperti itu di saku mereka. Pendekatan ini mungkin sangat relevan dalam kasus ponsel. Pada gilirannya, laptop mungkin di masa mendatang memperoleh sel bahan bakar built-in, yang, jika tidak sepenuhnya menggantikan pengisian dari "soket", maka setidaknya menjadi alternatif serius untuk itu.

Jadi, menurut perkiraan perusahaan kimia terbesar Jerman BASF, yang baru-baru ini mengumumkan pembangunan pusat pengembangan sel bahan bakarnya di Jepang, pada tahun 2010 pasar untuk perangkat ini akan menjadi $1 miliar. Pada saat yang sama, para analis memperkirakan pertumbuhan pasar sel bahan bakar menjadi $20 miliar pada tahun 2020. Omong-omong, di pusat ini BASF berencana mengembangkan sel bahan bakar untuk elektronik portabel (khususnya laptop) dan sistem energi stasioner. Tempat untuk perusahaan ini tidak dipilih secara kebetulan - perusahaan Jerman melihat perusahaan lokal sebagai pembeli utama teknologi ini.

Alih-alih sebuah kesimpulan

Tentu saja, kita tidak boleh berharap dari sel bahan bakar bahwa mereka akan menjadi pengganti sistem catu daya yang ada. Setidaknya untuk masa yang akan datang. Ini adalah pedang bermata dua: pembangkit listrik portabel tentu lebih efisien, karena tidak adanya kerugian yang terkait dengan pengiriman listrik ke konsumen, tetapi juga patut dipertimbangkan bahwa mereka dapat menjadi pesaing serius untuk catu daya terpusat. sistem hanya jika sistem pasokan bahan bakar terpusat untuk instalasi ini dibuat. Artinya, "soket" akhirnya harus diganti dengan pipa tertentu yang memasok reagen yang diperlukan ke setiap rumah dan setiap sudut dan celah. Dan ini bukan kebebasan dan kemandirian dari sumber arus eksternal yang dibicarakan oleh produsen sel bahan bakar.

Perangkat ini memiliki keunggulan yang tidak dapat disangkal dalam bentuk kecepatan pengisian - mereka hanya mengganti kartrid metanol (dalam Resort terakhir, membuka tutup piala Jack Daniel "s) di kamera, dan kembali menaiki tangga Louvre. Sebaliknya, jika, katakanlah, telepon biasa akan terisi daya dalam dua jam dan perlu diisi ulang setiap 2-3 hari, maka tidak mungkin alternatif berupa penggantian cartridge yang hanya dijual di toko khusus, bahkan setiap dua minggu sekali akan sangat diminati oleh pengguna massal. Dan, tentu saja, sampai beberapa ratus mililiter bahan bakar ini disembunyikan dalam wadah kedap udara yang aman sampai ke konsumen akhir, harganya akan naik secara substansial. Mungkin hanya bertarung dengan skala produksi, tetapi apakah skala ini akan laris di pasar? Dan sampai jenis yang optimal bahan bakar yang dipilih, akan sangat bermasalah untuk mengatasi masalah ini.

Di sisi lain, kombinasi pengisian plug-in tradisional, sel bahan bakar dan sistem pasokan energi alternatif lainnya (misalnya panel surya) dapat menjadi solusi untuk masalah diversifikasi sumber daya dan beralih ke jenis lingkungan. Namun, untuk kelompok produk elektronik tertentu, sel bahan bakar dapat digunakan secara luas. Ini dikonfirmasi oleh fakta bahwa Canon baru-baru ini mematenkan sel bahan bakarnya sendiri untuk kamera digital dan mengumumkan strategi untuk menggabungkan teknologi ini ke dalam solusinya. Adapun laptop, jika sel bahan bakar mencapai mereka dalam waktu dekat, maka kemungkinan besar hanya sebagai sistem tenaga cadangan. Sekarang, misalnya, kita berbicara terutama tentang modul pengisian daya eksternal yang juga terhubung ke laptop.

Tetapi teknologi ini memiliki prospek yang sangat besar untuk dikembangkan dalam jangka panjang. Terutama mengingat ancaman kelaparan minyak, yang mungkin terjadi dalam beberapa dekade mendatang. Dalam kondisi ini, yang lebih penting bukanlah seberapa murah produksi sel bahan bakar, tetapi berapa banyak produksi bahan bakar untuk mereka terlepas dari industri petrokimia dan apakah itu akan mampu menutupi kebutuhannya.

Tidak ada yang akan terkejut dengan panel surya atau kincir angin, yang menghasilkan listrik di semua wilayah di dunia. Tetapi output dari perangkat ini tidak konstan dan perlu untuk memasang sumber daya cadangan, atau terhubung ke jaringan untuk menerima listrik selama periode ketika fasilitas energi terbarukan tidak menghasilkan listrik. Namun, ada pembangkit yang dikembangkan pada abad ke-19 yang menggunakan bahan bakar "alternatif" untuk menghasilkan listrik, yaitu tidak membakar produk gas atau minyak. Instalasi tersebut adalah sel bahan bakar.

SEJARAH PENCIPTAAN

Fuel cell (FC) atau sel bahan bakar ditemukan pada awal tahun 1838-1839 oleh William Grove (Grow, Grove) ketika ia sedang mempelajari elektrolisis air.

Referensi: Elektrolisis air adalah proses penguraian air di bawah aksi arus listrik menjadi molekul hidrogen dan oksigen.

Memutuskan baterai dari sel elektrolitik, dia terkejut menemukan bahwa elektroda mulai menyerap gas yang dilepaskan dan menghasilkan arus. Penemuan proses elektrokimia "dingin" pembakaran hidrogen telah menjadi peristiwa penting dalam industri energi. Kemudian dia menciptakan akumulator Grove. Perangkat ini memiliki elektroda platinum yang direndam dalam asam nitrat dan elektroda seng dalam seng sulfat. Ini menghasilkan arus 12 amp dan tegangan 8 volt. Tumbuh sendiri disebut konstruksi ini "baterai basah". Dia kemudian menciptakan baterai menggunakan dua elektroda platinum. Salah satu ujung masing-masing elektroda dalam asam sulfat, sedangkan ujung lainnya disegel dalam wadah hidrogen dan oksigen. Ada arus yang stabil di antara elektroda, dan jumlah air di dalam wadah meningkat. Grow mampu menguraikan dan meningkatkan kualitas air di perangkat ini.

"Baterai Tumbuh"

(sumber: Royal Society of National Museum of Natural History)

Istilah "sel bahan bakar" (bahasa Inggris "Fuel Cell") muncul hanya pada tahun 1889 oleh L. Mond dan
Ch. Langer, yang mencoba membuat alat untuk menghasilkan listrik dari udara dan gas batubara.

BAGAIMANA ITU BEKERJA?

Sel bahan bakar adalah perangkat yang relatif sederhana. Ini memiliki dua elektroda: anoda (elektroda negatif) dan katoda (elektroda positif). Reaksi kimia terjadi pada elektroda. Untuk mempercepatnya, permukaan elektroda dilapisi dengan katalis. Sel bahan bakar dilengkapi dengan satu elemen lagi - sebuah membran. Konversi energi kimia bahan bakar langsung menjadi listrik terjadi karena kerja membran. Ini memisahkan dua ruang elemen di mana bahan bakar dan oksidator dipasok. Membran hanya memungkinkan proton, yang diperoleh sebagai hasil pemecahan bahan bakar, untuk lewat dari satu ruang ke ruang lain pada elektroda yang dilapisi dengan katalis (elektron kemudian mengalir melalui sirkuit eksternal). Di ruang kedua, proton bergabung kembali dengan elektron (dan atom oksigen) untuk membentuk air.

Prinsip kerja sel bahan bakar hidrogen

Pada tataran kimia, proses pengubahan energi bahan bakar menjadi energi listrik mirip dengan proses pembakaran (oksidasi) biasa.

Selama pembakaran normal dalam oksigen, bahan bakar organik dioksidasi, dan energi kimia bahan bakar diubah menjadi energi panas. Mari kita lihat apa yang terjadi ketika hidrogen dioksidasi oleh oksigen dalam media elektrolit dan dengan adanya elektroda.

Dengan memasok hidrogen ke elektroda yang terletak di lingkungan basa, reaksi kimia berlangsung:

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -

Seperti yang Anda lihat, kita mendapatkan elektron, yang, melewati sirkuit eksternal, memasuki elektroda yang berlawanan, tempat oksigen masuk dan di mana reaksi berlangsung:

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

Dapat dilihat bahwa reaksi yang dihasilkan 2H 2 + O 2 → H 2 O sama seperti pada pembakaran konvensional, namun sel bahan bakar menghasilkan listrik dan panas.

JENIS SEL BAHAN BAKAR

FC diklasifikasikan menurut jenis elektrolit yang digunakan untuk reaksi:

Perlu dicatat bahwa batu bara, karbon monoksida, alkohol, hidrazin, dan zat organik lainnya juga dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam sel bahan bakar, dan udara, hidrogen peroksida, klorin, bromin, asam nitrat, dll. dapat digunakan sebagai zat pengoksidasi.

Efisiensi SEL BAHAN BAKAR

Salah satu ciri sel bahan bakar adalah tidak ada batasan keras pada efisiensi seperti mesin panas.

Bantuan: efisiensiSiklus Carnot adalah efisiensi maksimum yang mungkin di antara semua mesin kalor dengan suhu minimum dan maksimum yang sama.

Oleh karena itu, efisiensi sel bahan bakar secara teori bisa lebih tinggi dari 100%. Banyak yang tersenyum dan berpikir, "Mesin gerak abadi telah ditemukan." Tidak, ada baiknya kembali ke kursus kimia sekolah. Sel bahan bakar didasarkan pada konversi energi kimia menjadi energi listrik. Di sinilah keajaiban terjadi. Reaksi kimia tertentu dalam prosesnya dapat menyerap panas dari lingkungan.

Referensi: Reaksi endoterm adalah reaksi kimia yang disertai dengan penyerapan panas. Untuk reaksi endoterm, perubahan entalpi dan energi dalam memiliki nilai positif (Δ H >0, Δ kamu >0), dengan demikian, produk reaksi mengandung lebih banyak energi daripada komponen aslinya.

Contoh dari reaksi tersebut adalah oksidasi hidrogen, yang digunakan di sebagian besar sel bahan bakar. Oleh karena itu, secara teoritis, efisiensinya bisa lebih dari 100%. Tapi hari ini, sel bahan bakar memanas selama operasi dan tidak dapat menyerap panas dari lingkungan.

Referensi: Batasan ini ditentukan oleh hukum kedua termodinamika. Proses pemindahan panas dari benda "dingin" ke benda "panas" tidak mungkin.

Plus, ada kerugian yang terkait dengan proses non-ekuilibrium. Seperti: kerugian ohmik karena konduktivitas spesifik dari elektrolit dan elektroda, polarisasi aktivasi dan konsentrasi, kerugian difusi. Akibatnya, sebagian energi yang dihasilkan dalam sel bahan bakar diubah menjadi panas. Oleh karena itu, sel bahan bakar bukanlah mesin gerak abadi dan efisiensinya kurang dari 100%. Tetapi efisiensinya lebih besar daripada mesin lain. Hari ini efisiensi sel bahan bakar mencapai 80%.

Referensi: Pada tahun empat puluhan, insinyur Inggris T. Bacon merancang dan membangun baterai sel bahan bakar dengan daya total 6 kW dan efisiensi 80%, beroperasi pada hidrogen dan oksigen murni, tetapi rasio daya terhadap berat baterai berubah menjadi terlalu kecil - sel seperti itu tidak cocok untuk penggunaan praktis dan terlalu mahal (sumber: http://www.powerinfo.ru/).

MASALAH SEL BAHAN BAKAR

Hampir semua sel bahan bakar menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, jadi pertanyaan logisnya adalah: “Di mana saya bisa mendapatkannya?”

Tampaknya sel bahan bakar ditemukan sebagai hasil elektrolisis, jadi Anda dapat menggunakan hidrogen yang dilepaskan sebagai hasil elektrolisis. Tapi mari kita lihat lebih dekat proses ini.

Menurut hukum Faraday: jumlah zat yang teroksidasi di anoda atau berkurang di katoda sebanding dengan jumlah listrik yang melewati elektrolit. Artinya, untuk mendapatkan lebih banyak hidrogen, Anda perlu mengeluarkan lebih banyak listrik. Metode elektrolisis air yang ada berjalan dengan efisiensi kurang dari satu. Kemudian kami menggunakan hidrogen yang dihasilkan dalam sel bahan bakar, di mana efisiensinya juga kurang dari satu. Oleh karena itu, kita akan menghabiskan lebih banyak energi daripada yang bisa kita hasilkan.

Tentu saja, hidrogen yang berasal dari gas alam juga dapat digunakan. Metode produksi hidrogen ini tetap yang termurah dan paling populer. Saat ini, sekitar 50% hidrogen yang diproduksi di seluruh dunia diperoleh dari gas alam. Tapi ada masalah dengan penyimpanan dan transportasi hidrogen. Hidrogen memiliki densitas rendah ( satu liter hidrogen beratnya 0,0846 gram), oleh karena itu, untuk mengangkutnya jarak jauh, itu harus dikompresi. Dan ini adalah tambahan energi dan biaya tunai. Selain itu, jangan lupakan keselamatan.

Namun, ada juga solusi di sini - bahan bakar hidrokarbon cair dapat digunakan sebagai sumber hidrogen. Misalnya, etil atau metil alkohol. Benar, perangkat tambahan khusus sudah diperlukan di sini - konverter bahan bakar, pada suhu tinggi (untuk metanol akan berada di sekitar 240 ° C) mengubah alkohol menjadi campuran gas H 2 dan CO 2. Tetapi dalam hal ini sudah lebih sulit untuk memikirkan portabilitas - perangkat seperti itu baik untuk digunakan sebagai generator stasioner atau mobil, tetapi untuk peralatan seluler yang ringkas Anda memerlukan sesuatu yang tidak terlalu besar.

Katalisator

Untuk meningkatkan reaksi dalam sel bahan bakar, permukaan anoda biasanya katalis. Sampai saat ini, platinum digunakan sebagai katalis. Oleh karena itu, biaya sel bahan bakar tinggi. Kedua, platinum adalah logam yang relatif langka. Menurut para ahli, dalam produksi industri sel bahan bakar, cadangan platinum yang dieksplorasi akan habis dalam 15-20 tahun. Tetapi para ilmuwan di seluruh dunia sedang mencoba untuk mengganti platinum dengan bahan lain. Omong-omong, beberapa dari mereka mencapai hasil yang baik. Jadi para ilmuwan Cina mengganti platinum dengan kalsium oksida (sumber: www.cheburek.net).

MENGGUNAKAN SEL BAHAN BAKAR

Untuk pertama kalinya, sel bahan bakar dalam teknologi otomotif diuji pada tahun 1959. Traktor Alice-Chambers menggunakan 1008 baterai untuk beroperasi. Bahan bakarnya adalah campuran gas, terutama propana dan oksigen.

Sumber: http://www.planetseed.com/

Dari pertengahan 60-an, pada puncak "perlombaan ruang angkasa", pencipta pesawat ruang angkasa menjadi tertarik pada sel bahan bakar. Karya ribuan ilmuwan dan insinyur memungkinkan untuk mencapai tingkat yang baru, dan pada tahun 1965. Sel bahan bakar diuji di Amerika Serikat pada pesawat ruang angkasa Gemini 5, dan kemudian pada pesawat ruang angkasa Apollo untuk penerbangan ke Bulan dan di bawah program Shuttle. Di Uni Soviet, sel bahan bakar dikembangkan di NPO Kvant, juga untuk digunakan di luar angkasa (sumber: http://www.powerinfo.ru/).

Karena produk akhir pembakaran hidrogen dalam sel bahan bakar adalah air, mereka dianggap paling bersih dalam hal dampak lingkungan. Oleh karena itu, sel bahan bakar mulai mendapatkan popularitasnya dengan latar belakang minat umum dalam ekologi.

Saat ini, pabrikan mobil seperti Honda, Ford, Nissan dan Mercedes-Benz telah menciptakan kendaraan yang ditenagai oleh sel bahan bakar hidrogen.

Mercedes-Benz - Ener-G-Force didukung oleh hidrogen

Saat menggunakan mobil dengan hidrogen, masalah dengan penyimpanan hidrogen terpecahkan. Pembangunan stasiun pengisian hidrogen akan memungkinkan pengisian bahan bakar di mana saja. Apalagi, mengisi mobil dengan hidrogen lebih cepat daripada mengisi mobil listrik di pom bensin. Namun ketika melaksanakan proyek seperti itu, mereka menghadapi masalah seperti kendaraan listrik. Orang-orang siap untuk "berpindah" ke mobil hidrogen jika ada infrastruktur untuk mereka. Dan pembangunan SPBU akan dimulai jika jumlah konsumen mencukupi. Oleh karena itu, kami kembali dihadapkan pada dilema telur dan ayam.

Sel bahan bakar banyak digunakan di ponsel dan laptop. Lewatlah sudah hari-hari ketika telepon diisi seminggu sekali. Sekarang telepon sedang diisi, hampir setiap hari, dan laptop bekerja tanpa jaringan selama 3-4 jam. Oleh karena itu, produsen teknologi seluler memutuskan untuk mensintesis sel bahan bakar dengan ponsel dan laptop untuk mengisi daya dan bekerja. Misalnya, Toshiba pada tahun 2003 mendemonstrasikan prototipe sel bahan bakar metanol yang sudah jadi. Ini memberikan kekuatan sekitar 100mW. Satu isi ulang 2 kubus metanol pekat (99,5%) cukup untuk 20 jam pengoperasian pemutar MP3. Sekali lagi, "Toshiba" yang sama mendemonstrasikan elemen catu daya laptop 275x75x40mm, yang memungkinkan komputer bekerja selama 5 jam dari satu kali pengisian daya.

Tetapi beberapa produsen telah melangkah lebih jauh. PowerTrekk telah dirilis pengisi daya dengan nama yang sama. PowerTrekk adalah pengisi daya air pertama di dunia. Sangat mudah untuk menggunakannya. PowerTrekk perlu ditambahkan air untuk memberikan daya instan melalui kabel USB. Sel bahan bakar ini mengandung bubuk silikon dan natrium silisida (NaSi) bila dicampur dengan air, kombinasi ini menghasilkan hidrogen. Hidrogen bercampur dengan udara dalam sel bahan bakar itu sendiri, dan mengubah hidrogen menjadi listrik melalui pertukaran proton membrannya, tanpa kipas atau pompa. Anda dapat membeli pengisi daya portabel seperti itu seharga 149 € (

Ekologi pengetahuan Sains dan teknologi: Energi hidrogen adalah salah satu industri yang paling efisien, dan sel bahan bakar memungkinkannya untuk tetap menjadi yang terdepan dalam teknologi inovatif.

Sel bahan bakar adalah perangkat yang secara efisien menghasilkan arus searah dan panas dari bahan bakar yang kaya hidrogen melalui reaksi elektrokimia.

Sel bahan bakar mirip dengan baterai yang menghasilkan arus searah melalui reaksi kimia. Sekali lagi, seperti baterai, sel bahan bakar mencakup anoda, katoda, dan elektrolit. Namun, tidak seperti baterai, sel bahan bakar tidak dapat menyimpan energi listrik, tidak melepaskan, dan tidak memerlukan listrik untuk diisi ulang. Sel bahan bakar dapat terus menerus menghasilkan listrik selama mereka memiliki pasokan bahan bakar dan udara. Istilah yang tepat untuk menggambarkan sel bahan bakar yang berfungsi adalah sistem sel, karena memerlukan beberapa sistem tambahan untuk berfungsi dengan baik.

Tidak seperti pembangkit listrik lainnya seperti mesin pembakaran internal atau turbin yang menggunakan gas, batu bara, minyak, dll., sel bahan bakar tidak membakar bahan bakar. Ini berarti tidak ada rotor yang berisik tekanan tinggi, suara knalpot yang keras, getaran. Sel bahan bakar menghasilkan listrik melalui reaksi elektrokimia senyap. Fitur lain dari sel bahan bakar adalah bahwa mereka mengubah energi kimia bahan bakar secara langsung menjadi listrik, panas dan air.

Sel bahan bakar sangat efisien dan tidak menghasilkan sejumlah besar gas rumah kaca seperti karbon dioksida, metana, dan dinitrogen oksida. Satu-satunya emisi dari operasi sel bahan bakar adalah air dalam bentuk uap dan sejumlah kecil karbon dioksida, yang tidak dipancarkan sama sekali jika hidrogen murni digunakan sebagai bahan bakar. Sel bahan bakar dirakit menjadi rakitan dan kemudian menjadi modul fungsional individu.

Prinsip operasi sel bahan bakar

Sel bahan bakar menghasilkan listrik dan panas karena reaksi elektrokimia yang sedang berlangsung, menggunakan elektrolit, katoda dan anoda.

Anoda dan katoda dipisahkan oleh elektrolit yang menghantarkan proton. Setelah hidrogen memasuki anoda dan oksigen memasuki katoda, reaksi kimia dimulai, yang menghasilkan arus listrik, panas, dan air. Pada katalis anoda, molekul hidrogen berdisosiasi dan kehilangan elektron. Ion hidrogen (proton) dialirkan melalui elektrolit ke katoda, sedangkan elektron dilewatkan melalui elektrolit dan melalui rangkaian listrik eksternal, menciptakan arus searah yang dapat digunakan untuk menyalakan peralatan. Pada katalis katoda, molekul oksigen bergabung dengan elektron (yang disuplai dari komunikasi eksternal) dan proton yang masuk, dan membentuk air, yang merupakan satu-satunya produk reaksi (dalam bentuk uap dan / atau cairan).

Di bawah ini adalah reaksi yang sesuai:

Reaksi anoda: 2H2 => 4H+ + 4e-
Reaksi di katoda: O2 + 4H+ + 4e- => 2H2O
Reaksi unsur umum: 2H2 + O2 => 2H2O

Jenis sel bahan bakar

Sama seperti ada berbagai jenis mesin pembakaran internal, ada berbagai jenis sel bahan bakar - pilihannya tipe yang cocok sel bahan bakar tergantung pada aplikasinya.Sel bahan bakar dibagi menjadi suhu tinggi dan suhu rendah. Sel bahan bakar suhu rendah membutuhkan hidrogen yang relatif murni sebagai bahan bakar.

Ini sering berarti bahwa pemrosesan bahan bakar diperlukan untuk mengubah bahan bakar utama (seperti gas alam) menjadi hidrogen murni. Proses ini memakan energi tambahan dan membutuhkan peralatan khusus. Sel bahan bakar suhu tinggi tidak memerlukan prosedur tambahan ini, karena mereka dapat "mengubah secara internal" bahan bakar pada suhu tinggi, yang berarti tidak perlu berinvestasi dalam infrastruktur hidrogen.

Elemen bahan bakar pada karbonat cair (MCFC).

Sel bahan bakar elektrolit karbonat cair adalah sel bahan bakar suhu tinggi. Suhu pengoperasian yang tinggi memungkinkan penggunaan langsung gas alam tanpa prosesor bahan bakar dan bahan bakar gas dengan rendah nilai kalori bahan bakar proses produksi dan dari sumber lain. Proses ini dikembangkan pada pertengahan 1960-an. Sejak saat itu, teknologi manufaktur, kinerja, dan keandalan telah ditingkatkan.

Pengoperasian RCFC berbeda dengan sel bahan bakar lainnya. Sel-sel ini menggunakan elektrolit dari campuran garam karbonat cair. Saat ini, dua jenis campuran digunakan: litium karbonat dan kalium karbonat atau litium karbonat dan natrium karbonat. Untuk melelehkan garam karbonat dan mencapai tingkat mobilitas ion yang tinggi dalam elektrolit, sel bahan bakar dengan elektrolit cair karbonat beroperasi pada suhu tinggi (650 °C). Efisiensi bervariasi antara 60-80%.

Ketika dipanaskan sampai suhu 650 °C, garam menjadi konduktor untuk ion karbonat (CO32-). Ion-ion ini berpindah dari katoda ke anoda di mana mereka bergabung dengan hidrogen untuk membentuk air, karbon dioksida dan elektron bebas. Elektron ini dikirim melalui sirkuit listrik eksternal kembali ke katoda, menghasilkan arus listrik dan panas sebagai produk sampingan.

Reaksi anoda: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
Reaksi di katoda: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-
Reaksi unsur umum: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(katoda) => H2O(g) + CO2(anoda)

Temperatur operasi yang tinggi dari sel bahan bakar elektrolit cair karbonat memiliki keuntungan tertentu. Pada suhu tinggi, gas alam direformasi secara internal, menghilangkan kebutuhan akan prosesor bahan bakar. Selain itu, keunggulannya antara lain kemampuan untuk menggunakan bahan standar konstruksi, seperti lembaran baja tahan karat dan katalis nikel pada elektroda. Panas buangan dapat digunakan untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi untuk berbagai aplikasi industri dan komersial.

Temperatur reaksi yang tinggi dalam elektrolit juga memiliki kelebihan. Penerapan suhu tinggi membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mencapai kondisi operasi yang optimal, dan sistem bereaksi lebih lambat terhadap perubahan konsumsi energi. Karakteristik ini memungkinkan penggunaan sistem sel bahan bakar dengan elektrolit karbonat cair dalam kondisi daya konstan. Suhu tinggi mencegah kerusakan sel bahan bakar oleh karbon monoksida, "keracunan", dll.

Sel bahan bakar karbonat cair cocok untuk digunakan dalam instalasi stasioner besar. Pembangkit listrik termal yang diproduksi secara industri dengan output tenaga listrik 2.8 MW. Pembangkit dengan daya keluaran hingga 100 MW sedang dikembangkan.

Sel bahan bakar berbasis asam fosfat (PFC).

Sel bahan bakar berdasarkan asam fosfat (ortofosfat) adalah sel bahan bakar pertama untuk penggunaan komersial. Proses ini dikembangkan pada pertengahan 1960-an dan telah diuji sejak 1970-an. Sejak itu, stabilitas, kinerja, dan biaya telah ditingkatkan.

Fuel cell berbasis asam fosfat (ortofosfat) menggunakan elektrolit berbasis asam ortofosfat (H3PO4) dengan konsentrasi hingga 100%. Konduktivitas ionik asam fosfat rendah pada suhu rendah, oleh karena itu sel bahan bakar ini digunakan pada suhu hingga 150-220 °C.

Pembawa muatan dalam sel bahan bakar jenis ini adalah hidrogen (H+, proton). Proses serupa terjadi pada sel bahan bakar membran pertukaran proton (MEFC), di mana hidrogen yang dipasok ke anoda dipecah menjadi proton dan elektron. Proton melewati elektrolit dan bergabung dengan oksigen dari udara di katoda untuk membentuk air. Elektron diarahkan sepanjang sirkuit listrik eksternal, dan arus listrik dihasilkan. Di bawah ini adalah reaksi yang menghasilkan listrik dan panas.

Reaksi anoda: 2H2 => 4H+ + 4e-
Reaksi di katoda: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O
Reaksi unsur umum: 2H2 + O2 => 2H2O

Efisiensi sel bahan bakar berbasis asam fosfat (ortofosfat) lebih dari 40% saat menghasilkan energi listrik. Dalam produksi gabungan panas dan listrik, efisiensi keseluruhan adalah sekitar 85%. Selain itu, dengan suhu operasi tertentu, panas buangan dapat digunakan untuk memanaskan air dan menghasilkan uap pada tekanan atmosfer.

Kinerja tinggi pembangkit listrik termal pada sel bahan bakar berbasis asam fosfat (ortofosfat) dalam produksi gabungan panas dan listrik adalah salah satu keunggulan sel bahan bakar jenis ini. Pabrik menggunakan karbon monoksida pada konsentrasi sekitar 1,5%, yang sangat memperluas pilihan bahan bakar. Selain itu, CO2 tidak mempengaruhi elektrolit dan pengoperasian sel bahan bakar, sel jenis ini bekerja dengan bahan bakar alami yang direformasi. Konstruksi sederhana, volatilitas elektrolit yang rendah dan peningkatan stabilitas juga merupakan keuntungan dari jenis sel bahan bakar ini.

Pembangkit listrik termal dengan output daya listrik hingga 400 kW diproduksi secara industri. Instalasi untuk 11 MW telah lulus tes yang relevan. Pembangkit dengan daya keluaran hingga 100 MW sedang dikembangkan.

Sel Bahan Bakar dengan Proton Exchange Membran (PME)

Sel bahan bakar dengan membran penukar proton dianggap yang paling tipe terbaik sel bahan bakar untuk menghasilkan tenaga kendaraan yang dapat menggantikan mesin pembakaran internal bensin dan solar. Sel bahan bakar ini pertama kali digunakan oleh NASA untuk program Gemini. Saat ini, instalasi pada MOPFC dengan daya 1 W hingga 2 kW sedang dikembangkan dan didemonstrasikan.

Sel bahan bakar ini menggunakan membran polimer padat (film plastik tipis) sebagai elektrolit. Ketika diresapi dengan air, polimer ini melewatkan proton, tetapi tidak menghantarkan elektron.

Bahan bakarnya adalah hidrogen, dan pembawa muatannya adalah ion hidrogen (proton). Di anoda, molekul hidrogen dipisahkan menjadi ion hidrogen (proton) dan elektron. Ion hidrogen melewati elektrolit menuju katoda, sedangkan elektron bergerak mengelilingi lingkaran luar dan menghasilkan energi listrik. Oksigen, yang diambil dari udara, diumpankan ke katoda dan bergabung dengan elektron dan ion hidrogen untuk membentuk air. Reaksi berikut terjadi pada elektroda:

Reaksi anoda: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Reaksi di katoda: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Reaksi unsur umum: 2H2 + O2 => 2H2O

Dibandingkan dengan jenis sel bahan bakar lainnya, sel bahan bakar membran pertukaran proton menghasilkan lebih banyak daya untuk volume atau berat sel bahan bakar tertentu. Fitur ini memungkinkan mereka menjadi kompak dan ringan. Selain itu, suhu pengoperasian kurang dari 100 °C, yang memungkinkan Anda memulai pengoperasian dengan cepat. Karakteristik ini, serta kemampuan untuk mengubah output energi dengan cepat, hanyalah beberapa fitur yang membuat sel bahan bakar ini menjadi kandidat utama untuk digunakan pada kendaraan.

Keuntungan lain adalah bahwa elektrolit adalah zat padat daripada zat cair. Menjaga gas di katoda dan anoda lebih mudah dengan elektrolit padat dan oleh karena itu sel bahan bakar seperti itu lebih murah untuk diproduksi. Dibandingkan dengan elektrolit lain, penggunaan elektrolit padat tidak menimbulkan masalah seperti orientasi, lebih sedikit masalah karena terjadinya korosi, yang menyebabkan daya tahan sel dan komponennya lebih lama.

Sel bahan bakar oksida padat (SOFC)

Sel bahan bakar oksida padat adalah sel bahan bakar dengan suhu operasi tertinggi. Temperatur pengoperasian dapat bervariasi dari 600 °C hingga 1000 °C, yang memungkinkan penggunaan berbagai jenis bahan bakar tanpa perlakuan awal khusus. Untuk menangani suhu tinggi ini, elektrolit yang digunakan adalah oksida logam padat berbasis keramik tipis, seringkali merupakan paduan yttrium dan zirkonium, yang merupakan konduktor ion oksigen (O2-). Teknologi penggunaan sel bahan bakar oksida padat telah berkembang sejak akhir 1950-an. dan memiliki dua konfigurasi: planar dan tubular.

Elektrolit padat menyediakan transisi gas kedap udara dari satu elektroda ke elektroda lainnya, sedangkan elektrolit cair terletak di substrat berpori. Pembawa muatan dalam sel bahan bakar jenis ini adalah ion oksigen (О2-). Di katoda, molekul oksigen dipisahkan dari udara menjadi ion oksigen dan empat elektron. Ion oksigen melewati elektrolit dan bergabung dengan hidrogen untuk membentuk empat elektron bebas. Elektron diarahkan melalui sirkuit listrik eksternal, menghasilkan arus listrik dan membuang panas.

Reaksi anoda: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e-
Reaksi di katoda: O2 + 4e- => 2O2-
Reaksi unsur umum: 2H2 + O2 => 2H2O

Efisiensi energi listrik yang dihasilkan adalah yang tertinggi dari semua sel bahan bakar - sekitar 60%. Selain itu, suhu pengoperasian yang tinggi memungkinkan gabungan panas dan pembangkit listrik untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi. Menggabungkan sel bahan bakar suhu tinggi dengan turbin menciptakan sel bahan bakar hibrida untuk meningkatkan efisiensi pembangkit tenaga listrik hingga 70%.

Sel bahan bakar oksida padat beroperasi pada suhu yang sangat tinggi (600 °C-1000 °C), menghasilkan waktu yang lama untuk mencapai kondisi operasi yang optimal, dan sistem lebih lambat untuk merespons perubahan konsumsi daya. Pada suhu operasi yang tinggi, tidak diperlukan konverter untuk memulihkan hidrogen dari bahan bakar, yang memungkinkan pembangkit listrik termal beroperasi dengan bahan bakar yang relatif tidak murni dari gasifikasi batubara atau gas buangan, dan sejenisnya. Selain itu, sel bahan bakar ini sangat baik untuk aplikasi daya tinggi, termasuk pembangkit listrik pusat industri dan besar. Modul yang diproduksi secara industri dengan daya listrik keluaran 100 kW.

Sel bahan bakar dengan oksidasi metanol langsung (DOMTE)

Teknologi penggunaan sel bahan bakar dengan oksidasi langsung metanol sedang mengalami masa pengembangan aktif. Itu telah berhasil memantapkan dirinya di bidang memberi daya pada ponsel, laptop, serta untuk membuat sumber daya portabel. apa tujuan penerapan elemen-elemen ini di masa depan.

Struktur sel bahan bakar dengan oksidasi langsung metanol mirip dengan sel bahan bakar dengan membran penukar proton (MOFEC), yaitu. polimer digunakan sebagai elektrolit, dan ion hidrogen (proton) digunakan sebagai pembawa muatan. Namun, metanol cair (CH3OH) dioksidasi dengan adanya air di anoda, melepaskan CO2, ion hidrogen dan elektron, yang dipandu melalui sirkuit listrik eksternal, dan arus listrik dihasilkan. Ion hidrogen melewati elektrolit dan bereaksi dengan oksigen dari udara dan elektron dari sirkuit eksternal untuk membentuk air di anoda.

Reaksi anoda: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e-
Reaksi di katoda: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O
Reaksi unsur umum: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O

Pengembangan sel bahan bakar ini dimulai pada awal 1990-an. Setelah pengembangan katalis yang ditingkatkan, dan berkat inovasi terbaru lainnya, kepadatan daya dan efisiensi telah ditingkatkan hingga 40%.

Elemen-elemen ini diuji dalam kisaran suhu 50-120 °C. Dengan suhu pengoperasian yang rendah dan tidak memerlukan konverter, sel bahan bakar metanol langsung adalah kandidat terbaik untuk aplikasi mulai dari ponsel dan produk konsumen lainnya hingga mesin otomotif. Keuntungan dari sel bahan bakar jenis ini adalah dimensinya yang kecil, karena penggunaan bahan bakar cair, dan tidak adanya kebutuhan untuk menggunakan konverter.

Sel bahan bakar alkali (AFC)

Sel bahan bakar alkali (ALFC) adalah salah satu teknologi yang paling banyak dipelajari dan telah digunakan sejak pertengahan 1960-an. oleh NASA dalam program Apollo dan Space Shuttle. Di atas pesawat ruang angkasa ini, sel bahan bakar menghasilkan listrik dan air minum. Sel bahan bakar alkali adalah salah satu sel yang paling efisien digunakan untuk menghasilkan listrik, dengan efisiensi pembangkit listrik mencapai hingga 70%.

Sel bahan bakar alkali menggunakan elektrolit, yaitu larutan berair kalium hidroksida, yang terkandung dalam matriks berpori yang distabilkan. Konsentrasi kalium hidroksida dapat bervariasi tergantung pada suhu operasi sel bahan bakar, yang berkisar dari 65 ° C hingga 220 ° C. Pembawa muatan dalam SFC adalah ion hidroksida (OH-) yang bergerak dari katoda ke anoda, di mana ia bereaksi dengan hidrogen untuk menghasilkan air dan elektron. Air yang dihasilkan di anoda bergerak kembali ke katoda, sekali lagi menghasilkan ion hidroksida di sana. Sebagai hasil dari rangkaian reaksi yang terjadi di sel bahan bakar, listrik dihasilkan dan, sebagai produk sampingan, panas:

Reaksi anoda: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Reaksi di katoda: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Reaksi umum sistem: 2H2 + O2 => 2H2O

Keuntungan dari SFC adalah bahwa sel bahan bakar ini adalah yang termurah untuk diproduksi, karena katalis yang dibutuhkan pada elektroda dapat berupa zat apa pun yang lebih murah daripada yang digunakan sebagai katalis untuk sel bahan bakar lainnya. Selain itu, SCFC beroperasi pada suhu yang relatif rendah dan merupakan salah satu sel bahan bakar yang paling efisien - karakteristik tersebut masing-masing dapat berkontribusi pada pembangkitan daya yang lebih cepat dan efisiensi bahan bakar yang tinggi.

Satu dari ciri ciri SHTE - sensitivitas tinggi terhadap CO2, yang dapat terkandung dalam bahan bakar atau udara. CO2 bereaksi dengan elektrolit, dengan cepat meracuninya, dan sangat mengurangi efisiensi sel bahan bakar. Oleh karena itu, penggunaan SFC terbatas pada ruang tertutup seperti ruang angkasa dan kendaraan bawah air, mereka harus beroperasi pada hidrogen dan oksigen murni. Selain itu, molekul seperti CO, H2O dan CH4, yang aman untuk sel bahan bakar lain dan bahkan bahan bakar untuk beberapa sel, merugikan SFC.

Sel bahan bakar elektrolit polimer (PETE)

Dalam hal sel bahan bakar elektrolit polimer, membran polimer terdiri dari serat polimer dengan daerah air yang di dalamnya terdapat konduksi ion air H2O+ (proton, red) yang menempel pada molekul air. Molekul air menghadirkan masalah karena pertukaran ion yang lambat. Oleh karena itu, konsentrasi air yang tinggi diperlukan baik dalam bahan bakar maupun pada elektroda buang, yang membatasi suhu operasi hingga 100 °C.

Sel bahan bakar asam padat (SCFC)

Dalam sel bahan bakar asam padat, elektrolit (CsHSO4) tidak mengandung air. Oleh karena itu, suhu operasi adalah 100-300 °C. Rotasi anion SO42-oksi memungkinkan proton (merah) bergerak seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Biasanya, sel bahan bakar asam padat adalah sandwich di mana lapisan yang sangat tipis dari senyawa asam padat diapit di antara dua elektroda yang dikompresi untuk memastikan kontak yang baik. Ketika dipanaskan, komponen organik menguap, meninggalkan melalui pori-pori di elektroda, mempertahankan kemampuan banyak kontak antara bahan bakar (atau oksigen di ujung sel), elektrolit dan elektroda.

Jenis sel bahan bakar	Suhu kerja	Efisiensi Pembangkit Listrik	Jenis bahan bakar	Area aplikasi
RKTE	550–700 °C	50-70%		Instalasi menengah dan besar
FKTE	100–220 °C	35-40%	hidrogen murni	Instalasi besar
MOPTE	30-100 °C	35-50%	hidrogen murni	Instalasi kecil
SOFC	450–1000 °C	45-70%	Sebagian besar bahan bakar hidrokarbon	Instalasi kecil, menengah dan besar
POMTE	20-90 °C	20-30%	metanol	Unit portabel
SHTE	50–200 °C	40-65%	hidrogen murni	penelitian luar angkasa
PETE	30-100 °C	35-50%	hidrogen murni	Instalasi kecil

Bergabunglah dengan kami di

Tak lama setelah memulai perjalanannya, Aloy akan menemukan bunker Forerunner, yang terletak tepat di luar tanah suku Nora. Di dalam bunker, di balik pintu yang kuat, ada semacam baju besi yang terlihat sangat menarik dari jauh.

telegrap

menciak

Ini adalah Shield Weaver, sebenarnya - peralatan terbaik dalam game. Bagaimana menuju ke sana? Untuk membuka pintu bunker kedap udara dan mendapatkan Shield Weaver, Anda harus menemukan lima sel bahan bakar yang tersebar di seluruh dunia game.

Di bawah ini kami akan menunjukkan kepada Anda di mana mencari sel bahan bakar dan bagaimana memecahkan teka-teki saat mencari dan di Gudang Senjata Kuno.

Fuel Cell #1 - Hati Ibu (quest Rahim Ibu)

Aloy akan menemukan sel bahan bakar pertama bahkan sebelum terisi penuh dunia terbuka. Setelah Inisiasi, pahlawan wanita kita akan menemukan dirinya di Hati Ibu, tempat suci suku Nora dan tempat tinggal para Matriark.

Bangun dari tempat tidur, Aloy akan melewati beberapa ruangan secara berurutan dan di salah satunya akan menemukan pintu tertutup yang tidak bisa dibuka. Lihat sekeliling - akan ada lubang ventilasi di dekatnya, dihiasi dengan lilin yang menyala. kau disana.

Setelah melalui tambang, Anda akan menemukan diri Anda di balik pintu yang terkunci. Lihat di lantai di sebelah lilin dan blok dinding misterius - ada sel bahan bakar di sini.

Penting: Jika Anda tidak mengambil sel bahan bakar ini sekarang, Anda hanya akan dapat kembali ke lokasi ini pada tahap akhir permainan, setelah menyelesaikan quest "Heart of the Burrow".

Sel Bahan Bakar #2 - Reruntuhan

Aloy pernah ke reruntuhan ini sebelumnya - dia pernah jatuh di sini sebagai seorang anak. Setelah melewati Inisiasi, ada baiknya mengingat masa kecil Anda dan kembali ke sini lagi - mengambil elemen bahan bakar kedua.

Pintu masuk ke reruntuhan terlihat seperti ini, lompatlah dengan berani.

Anda membutuhkan reruntuhan tingkat pertama, area kanan bawah disorot dengan warna ungu di peta. Ada pintu di sini yang akan dibuka Aloy dengan tombaknya.

Setelah melewati pintu, naik tangga dan belok kanan - Aloy tidak bisa memanjat stalaktit ini di masa mudanya, tapi sekarang dia bertengkar. Keluarkan tombak lagi dan hancurkan stalaktit - jalannya jelas, tetap mengambil elemen bahan bakar yang tergeletak di atas meja.

Fuel Cell #3 - Batas Master (Quest Batas Master)

Kami menuju utara. Selama pencarian cerita, Jangkauan Guru, Aloy menjelajahi reruntuhan Forerunner raksasa. Tersembunyi di tingkat kedua belas reruntuhan adalah sel bahan bakar lain.

Anda tidak hanya perlu mendaki ke tingkat atas reruntuhan, tetapi juga mendaki sedikit lebih tinggi. Naiki bagian bangunan yang masih hidup sampai Anda menemukan diri Anda di platform kecil yang terbuka untuk semua angin.

Di sinilah sel bahan bakar ketiga berada. Itu tetap untuk turun.

Fuel cell #4 - Treasure of Death (tugas Treasure of Death)

Elemen bahan bakar ini juga tersembunyi di bagian utara peta, tetapi jauh lebih dekat ke tanah suku Nora. Aloy juga akan sampai di sini selama perjalanan misi cerita.

Untuk sampai ke elemen, Aloy perlu mengembalikan catu daya ke pintu tertutup yang terletak di tingkat ketiga lokasi.

Untuk melakukan ini, Anda perlu memecahkan teka-teki kecil - ada dua blok dari empat regulator di tingkat di bawah pintu.

Pertama, mari kita berurusan dengan blok kiri regulator. Kenop pertama harus "melihat" ke atas, yang kedua "ke kanan", yang ketiga "ke kiri", yang keempat "bawah".

Kami melewati blok kanan. Anda tidak menyentuh dua regulator pertama, regulator ketiga dan keempat harus melihat "bawah".

Kami naik satu tingkat - ini adalah blok regulator terakhir. Urutan yang benar adalah: atas, bawah, kiri, kanan.

Jika Anda melakukan semuanya dengan benar, maka semua kontrol akan berubah warna menjadi pirus, catu daya dipulihkan. Naik kembali ke pintu dan buka - itu elemen bahan bakar lain.

Fuel Cell #5 - GAIA Prime (mencari Fallen Mountain)

Akhirnya, sel bahan bakar terakhir - dan lagi pada tugas plot. Aloy melakukan perjalanan ke reruntuhan GAEA Prime.

Berhati-hatilah saat Anda mencapai level ketiga. Di beberapa titik, akan ada jurang yang menarik di depan Ala, di mana Anda bisa turun dengan tali - Anda pergi ke sana tidak dibutuhkan.

Lebih baik berbelok ke kiri dan menjelajahi gua yang tersembunyi, Anda bisa masuk ke dalamnya jika Anda hati-hati menuruni lereng gunung.

Masuk ke dalam dan maju sampai akhir. Di ruang terakhir di sebelah kanan akan ada rak dengan sel bahan bakar terakhir di atasnya. Anda melakukannya!

Menuju ke Arsenal Kuno

Tetap kembali ke Arsenal Kuno dan menerima hadiah yang memang layak. Apakah Anda ingat koordinat gudang senjata? Kalau belum, ini petanya.

Turun dan masukkan sel bahan bakar ke dalam sel kosong. Regulator sedang terbakar, sekarang Anda harus memecahkan teka-teki untuk membuka pintu.

Kenop pertama harus melihat ke atas, yang kedua ke kanan, yang ketiga ke bawah, yang keempat ke kiri, yang kelima ke atas. Selesai, pintu terbuka - tapi ini belum berakhir.

Sekarang Anda perlu membuka kunci tunggangan pelindung, teka-teki pengatur lain di mana sel bahan bakar yang tersisa akan berguna. Di sini kenop pertama harus melihat ke kanan, yang kedua ke kiri, yang ketiga ke atas, yang keempat ke kanan, yang kelima ke kiri.

Akhirnya, setelah semua siksaan ini, Anda telah memiliki baju besi kuno. Ini adalah Shield Weaver, peralatan yang sangat keren yang membuat Aloy hampir kebal untuk sementara waktu.

Hal utama adalah dengan hati-hati memantau warna baju besi: jika berkedip putih, maka semuanya beres. Jika merah, tidak ada lagi perlindungan.

Mereka dioperasikan oleh pesawat ruang angkasa dari US National Aeronautics and Space Administration (NASA). Mereka memberikan daya ke komputer First National Bank di Omaha. Mereka digunakan di beberapa bus kota umum di Chicago.

Ini semua adalah sel bahan bakar. Sel bahan bakar adalah perangkat elektrokimia yang menghasilkan listrik tanpa proses pembakaran - dengan cara kimia, seperti baterai. Satu-satunya perbedaan adalah mereka menggunakan yang berbeda zat kimia, hidrogen dan oksigen, dan produk dari reaksi kimia tersebut adalah air. Gas alam juga dapat digunakan tetapi, tentu saja, tingkat emisi karbon dioksida tertentu tidak dapat dihindari saat menggunakan bahan bakar hidrokarbon.

Karena sel bahan bakar dapat beroperasi dengan efisiensi tinggi dan tanpa emisi berbahaya, sel bahan bakar sangat menjanjikan sebagai sumber energi berkelanjutan yang akan membantu mengurangi emisi gas rumah kaca dan polutan lainnya. Hambatan utama untuk meluasnya penggunaan sel bahan bakar adalah biayanya yang tinggi dibandingkan dengan perangkat lain yang menghasilkan listrik atau menggerakkan kendaraan.

Sejarah perkembangan

Sel bahan bakar pertama ditunjukkan oleh Sir William Groves pada tahun 1839. Groves menunjukkan bahwa proses elektrolisis - pemisahan air menjadi hidrogen dan oksigen di bawah aksi arus listrik - dapat dibalik. Artinya, hidrogen dan oksigen dapat digabungkan secara kimia untuk membentuk listrik.

Setelah ini ditunjukkan, banyak ilmuwan bergegas untuk mempelajari sel bahan bakar dengan rajin, tetapi penemuan mesin pembakaran internal dan pengembangan infrastruktur untuk mengekstraksi cadangan minyak pada paruh kedua abad kesembilan belas meninggalkan pengembangan sel bahan bakar jauh di belakang. Bahkan pengembangan sel bahan bakar lebih terkendala biayanya yang tinggi.

Lonjakan pengembangan sel bahan bakar terjadi pada 1950-an, ketika NASA beralih ke mereka sehubungan dengan kebutuhan akan generator listrik kompak untuk penerbangan luar angkasa. Dana yang sesuai diinvestasikan, dan sebagai hasilnya, penerbangan Apollo dan Gemini dilakukan pada sel bahan bakar. Pesawat ruang angkasa juga berjalan di sel bahan bakar.

Sel bahan bakar sebagian besar masih merupakan teknologi eksperimental, tetapi beberapa perusahaan sudah menjualnya di pasar komersial. Dalam hampir sepuluh tahun terakhir saja, kemajuan signifikan telah dibuat dalam teknologi sel bahan bakar komersial.

Cara kerja sel bahan bakar

Sel bahan bakar seperti baterai - mereka menghasilkan listrik melalui reaksi kimia. Sebaliknya, mesin pembakaran internal membakar bahan bakar dan dengan demikian menghasilkan panas, yang kemudian diubah menjadi energi mekanik. Kecuali jika panas dari gas buang digunakan dalam beberapa cara (misalnya, untuk pemanas atau pendingin udara), maka dapat dikatakan bahwa efisiensi mesin pembakaran dalam agak rendah. Misalnya, diharapkan efisiensi sel bahan bakar saat digunakan di kendaraan - proyek yang sedang dikembangkan - akan lebih dari dua kali lebih efisien daripada mesin bensin yang biasa digunakan di mobil saat ini.

Meskipun baterai dan sel bahan bakar menghasilkan listrik secara kimiawi, keduanya melakukan dua fungsi yang sangat berbeda. Baterai adalah perangkat energi yang tersimpan: listrik yang mereka hasilkan adalah hasil dari reaksi kimia materi yang sudah ada di dalamnya. Sel bahan bakar tidak menyimpan energi, tetapi mengubah sebagian energi dari bahan bakar yang dipasok dari luar menjadi listrik. Dalam hal ini, sel bahan bakar lebih seperti pembangkit listrik konvensional.

Ada beberapa jenis sel bahan bakar. Sel bahan bakar paling sederhana terdiri dari membran khusus yang dikenal sebagai elektrolit. Elektroda bubuk disimpan di kedua sisi membran. Desain ini - elektrolit yang dikelilingi oleh dua elektroda - adalah elemen terpisah. Hidrogen mengalir ke satu sisi (anoda) dan oksigen (udara) ke sisi lain (katoda). Setiap elektroda memiliki reaksi kimia yang berbeda.

Di anoda, hidrogen terurai menjadi campuran proton dan elektron. Dalam beberapa sel bahan bakar, elektroda dikelilingi oleh katalis, biasanya terbuat dari platinum atau logam mulia lainnya, yang mendorong reaksi disosiasi:

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

H2 = molekul hidrogen diatomik, bentuk, dalam

di mana hidrogen hadir sebagai gas;

H+ = hidrogen terionisasi, mis. proton;

e- = elektron.

Pengoperasian sel bahan bakar didasarkan pada kenyataan bahwa elektrolit melewati proton melalui dirinya sendiri (menuju katoda), tetapi elektron tidak. Elektron bergerak menuju katoda di sepanjang sirkuit konduktor luar. Pergerakan elektron ini merupakan arus listrik yang dapat digunakan untuk menyalakan perangkat eksternal yang terhubung ke sel bahan bakar, seperti motor listrik atau bola lampu. Perangkat ini biasa disebut sebagai "beban".

Di sisi katoda sel bahan bakar, proton (yang telah melewati elektrolit) dan elektron (yang telah melewati beban eksternal) "bergabung kembali" dan bereaksi dengan oksigen yang disuplai ke katoda untuk membentuk air, H2O:

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

Reaksi keseluruhan dalam sel bahan bakar ditulis sebagai:

2H2 + O2 ==> 2H2O.

Dalam pekerjaannya, sel bahan bakar menggunakan bahan bakar hidrogen dan oksigen dari udara. Hidrogen dapat disuplai secara langsung atau dengan memisahkannya dari sumber bahan bakar eksternal seperti gas alam, bensin atau metanol. Dalam kasus sumber eksternal, itu harus diubah secara kimia untuk mengekstrak hidrogen. Proses ini disebut "reformasi". Hidrogen juga dapat diperoleh dari amonia, sumber alternatif seperti gas dari tempat pembuangan sampah kota dan pabrik pengolahan air limbah, dan elektrolisis air, yang menggunakan listrik untuk menguraikan air menjadi hidrogen dan oksigen. Saat ini, sebagian besar teknologi sel bahan bakar yang digunakan dalam transportasi menggunakan metanol.

Berbagai cara telah dikembangkan untuk mereformasi bahan bakar untuk menghasilkan hidrogen untuk sel bahan bakar. Departemen Energi AS telah mengembangkan pabrik bahan bakar di dalam reformer bensin untuk memasok hidrogen ke sel bahan bakar mandiri. Para peneliti di Pacific Northwest National Laboratory di AS telah mendemonstrasikan reformer bahan bakar kompak yang sepersepuluh ukuran power pack. Utilitas AS, Sistem Tenaga Barat Laut, dan Laboratorium Nasional Sandia telah mendemonstrasikan pembaharu bahan bakar yang mengubah bahan bakar diesel menjadi hidrogen untuk sel bahan bakar.

Secara individual, sel bahan bakar menghasilkan sekitar 0,7-1,0 volt masing-masing. Untuk meningkatkan tegangan, elemen-elemen dirakit menjadi "kaskade", mis. koneksi serial. Untuk membuat lebih banyak arus, set elemen kaskade dihubungkan secara paralel. Jika Anda menggabungkan kaskade sel bahan bakar dengan pembangkit bahan bakar, sistem suplai dan pendinginan udara, dan sistem kontrol, Anda mendapatkan mesin sel bahan bakar. Mesin ini dapat menggerakkan kendaraan, pembangkit listrik stasioner atau generator listrik portabel6. Mesin sel bahan bakar tersedia dalam berbagai ukuran tergantung pada aplikasi, jenis sel bahan bakar, dan bahan bakar yang digunakan. Misalnya, masing-masing dari empat pembangkit listrik stasioner 200 kW terpisah yang dipasang di tepi sungai di Omaha kira-kira seukuran truk trailer.

Aplikasi

Sel bahan bakar dapat digunakan di perangkat stasioner dan seluler. Menanggapi pengetatan peraturan emisi AS, pembuat mobil termasuk DaimlerChrysler, Toyota, Ford, General Motors, Volkswagen, Honda dan Nissan telah bereksperimen dan mendemonstrasikan kendaraan sel bahan bakar. Kendaraan sel bahan bakar komersial pertama diharapkan mulai beroperasi pada tahun 2004 atau 2005.

Sebuah tonggak dalam sejarah teknologi sel bahan bakar adalah Juni 1993 demonstrasi bus kota 32-kaki eksperimental Ballard Power System dengan mesin sel bahan bakar hidrogen 90 kilowatt. Sejak itu, banyak jenis yang berbeda dan berbagai generasi kendaraan penumpang sel bahan bakar yang ditenagai oleh jenis yang berbeda bahan bakar. Sejak akhir tahun 1996, tiga kereta golf bertenaga sel bahan bakar hidrogen telah digunakan di Palm Desert di California. Di jalan Chicago, Illinois; Vancouver, British Columbia; dan Oslo, Norwegia sedang menguji bus kota sel bahan bakar. Taksi sel bahan bakar alkali sedang diuji di jalan-jalan London.

Instalasi tetap menggunakan teknologi sel bahan bakar juga sedang didemonstrasikan, tetapi ini belum banyak digunakan secara komersial. Bank Nasional Pertama Omaha di Nebraska menggunakan sistem sel bahan bakar untuk menyalakan komputer karena sistem ini lebih andal daripada sistem listrik lama dengan cadangan baterai. Sistem sel bahan bakar 1,2 MW komersial terbesar di dunia akan segera dipasang di pusat surat di Alaska. Laptop sel bahan bakar, sistem kontrol yang digunakan di pabrik pengolahan limbah dan mesin penjual otomatis juga sedang diuji dan didemonstrasikan.

"Pro dan kontra"

Sel bahan bakar memiliki sejumlah keunggulan. Sementara efisiensi mesin pembakaran internal modern hanya 12-15%, untuk sel bahan bakar koefisien ini adalah 50%. Efisiensi sel bahan bakar bisa tetap cukup level tinggi, bahkan ketika tidak digunakan dengan daya terukur penuh, yang merupakan keunggulan utama dibandingkan mesin bensin.

Sifat modular dari desain sel bahan bakar berarti bahwa kapasitas pembangkit listrik sel bahan bakar dapat ditingkatkan hanya dengan menambahkan beberapa tahap lagi. Hal ini memastikan bahwa faktor underutilization kapasitas diminimalkan, memungkinkan pencocokan yang lebih baik dari penawaran dan permintaan. Karena efisiensi tumpukan sel bahan bakar ditentukan oleh kinerja sel individu, pembangkit listrik sel bahan bakar kecil beroperasi sama efisiennya dengan pembangkit listrik besar. Selain itu, limbah panas dari sistem sel bahan bakar stasioner dapat digunakan untuk pemanas air dan ruang, yang selanjutnya meningkatkan efisiensi energi.

Saat menggunakan sel bahan bakar, praktis tidak ada emisi berbahaya. Ketika mesin berjalan dengan hidrogen murni, hanya panas dan uap air murni yang terbentuk sebagai produk sampingan. Jadi di pesawat ruang angkasa, astronot meminum air, yang terbentuk sebagai hasil dari pengoperasian sel bahan bakar di dalamnya. Komposisi emisi tergantung pada sifat sumber hidrogen. Penggunaan metanol menghasilkan nol emisi nitrogen oksida dan karbon monoksida dan hanya sedikit emisi hidrokarbon. Emisi meningkat saat Anda berpindah dari hidrogen ke metanol ke bensin, meskipun dengan bensin, emisi akan tetap cukup rendah. Bagaimanapun, penggantian mesin pembakaran internal tradisional saat ini dengan sel bahan bakar akan menghasilkan pengurangan emisi CO2 dan NOx secara keseluruhan.

Penggunaan sel bahan bakar memberikan fleksibilitas infrastruktur energi, menciptakan peluang tambahan untuk pembangkit listrik yang terdesentralisasi. Banyaknya sumber energi terdesentralisasi memungkinkan untuk mengurangi kerugian transmisi dan mengembangkan pasar penjualan energi (yang sangat penting untuk daerah terpencil dan pedesaan di mana tidak ada akses ke saluran listrik). Dengan bantuan sel bahan bakar, masing-masing penghuni atau lingkungan dapat menyediakan sendiri sebagian besar listrik dan dengan demikian meningkatkan efisiensi penggunaannya secara signifikan.

Sel bahan bakar menawarkan energi berkualitas tinggi dan keandalan yang ditingkatkan. Mereka tahan lama, tidak memiliki bagian yang bergerak, dan menghasilkan daya yang konstan.

Namun, teknologi sel bahan bakar perlu lebih ditingkatkan untuk meningkatkan kinerja, mengurangi biaya dan dengan demikian membuat sel bahan bakar kompetitif dengan teknologi energi lainnya. Perlu dicatat bahwa ketika karakteristik biaya teknologi energi dipertimbangkan, perbandingan harus dibuat berdasarkan semua komponen karakteristik teknologi, termasuk biaya operasional modal, emisi polutan, kualitas energi, daya tahan, dekomisioning dan fleksibilitas.

Meskipun gas hidrogen adalah bahan bakar terbaik, infrastruktur atau basis transportasi untuk itu belum ada. Dalam jangka pendek, sistem pasokan bahan bakar fosil yang ada (SPBU, dll.) dapat digunakan untuk menyediakan pembangkit listrik dengan sumber hidrogen dalam bentuk bensin, metanol atau gas alam. Ini akan menghilangkan kebutuhan untuk stasiun pengisian hidrogen khusus, tetapi akan mengharuskan setiap kendaraan dilengkapi dengan konverter bahan bakar fosil ke hidrogen ("pembaru"). Kerugian dari pendekatan ini adalah menggunakan bahan bakar fosil dan dengan demikian menghasilkan emisi karbon dioksida. Metanol, yang saat ini menjadi kandidat utama, menghasilkan emisi lebih sedikit daripada bensin, tetapi akan membutuhkan tangki yang lebih besar di dalam mobil karena membutuhkan ruang dua kali lebih banyak untuk kandungan energi yang sama.

Tidak seperti sistem pasokan bahan bakar fosil, sistem surya dan angin (menggunakan listrik untuk membuat hidrogen dan oksigen dari air) dan sistem fotokonversi langsung (menggunakan bahan semikonduktor atau enzim untuk menghasilkan hidrogen) dapat memasok hidrogen tanpa langkah reformasi, dan dengan demikian, emisi zat berbahaya, yang diamati saat menggunakan metanol atau sel bahan bakar bensin, dapat dihindari. Hidrogen dapat disimpan dan diubah menjadi listrik di sel bahan bakar sesuai kebutuhan. Ke depan, menghubungkan sel bahan bakar ke jenis sumber energi terbarukan ini kemungkinan akan menjadi strategi yang efektif untuk menyediakan sumber energi yang produktif, ramah lingkungan, dan serbaguna.

Rekomendasi IEER adalah yang lokal dan otoritas federal, serta pemerintah negara bagian, mengalokasikan sebagian dari anggaran pengadaan mereka untuk transportasi ke kendaraan sel bahan bakar, serta untuk sistem stasioner pada sel bahan bakar untuk menyediakan panas dan listrik ke beberapa bangunan penting atau baru. Ini akan berkontribusi pada pengembangan teknologi vital dan mengurangi emisi gas rumah kaca.