Jak mogą być wkrótce napędzane samochody?

Jak mogą być wkrótce napędzane samochody?


Obecnie większość samochodów poruszających się po naszych drogach napędzana jest silnikami spalinowymi. Wiemy doskonale, i to pewnie z własnego doświadczenia, że mimo coraz to doskonalszych urządzeń służących do zmniejszenia emisji spalin, zanieczyszczenie powietrza spalinami jest wciąż narastającym problemem, szczególnie w dużych aglomeracjach miejskich.

Z tego powodu wydaje się, że przyszłość motoryzacji to samochody napędzane silnikami elektrycznymi, a stanem przejściowym od napędu spalinowego do elektrycznego są  samochody z napędem tzw. hybrydowym, w których występują dwa silniki: elektryczny i spalinowy, pracujące naprzemienne w zależności od warunków: elektryczny w mieście, spalinowy poza miastem.
Dlaczego samochody napędzane silnikami elektrycznymi, które nie emitują zanieczyszczeń i są wręcz idealne dla środowiska życia człowieka, wciąż są tylko marginesem wśród pojazdów na naszych szosach?  Niestety dlatego, że ich możliwości działania są bardzo ograniczone przez zastosowanie jako źródła energii akumulatorów kwasowych (typowych akumulatorów samochodowych). Akumulatory te są ciężkie, a magazynowana w nich energia pozwala na przejechanie może nieco więcej niż 100 km między kolejnymi ładowaniami akumulatorów.

I tu pojawiła się koncepcja napędu ogniwami paliwowymi.
Co to jest ogniwo paliwowe?  Są to źródła energii, podobnie jak zwykłe akumulatory czy popularne baterie. Wykorzystują one reakcje chemiczną substratów (czyli substancji chemicznych biorących udział w reakcji), aby  wytwarzać energię elektryczną. Jednak w „normalnej” baterii czy akumulatorze substraty są magazynowane wewnątrz baterii czy akumulatora. W ogniwach paliwowych substraty reakcji chemicznej muszą być bezustannie dostarczane do ogniwa, aby te wytwarzało prąd elektryczny. Jest to więc sytuacja podobna do tej jaka występuje podczas pracy silnika spalinowego – musimy ciągle dostarczać paliwa (benzyny), inaczej  nie będzie spalania i silnik nie będzie pracował. Istotna różnica jest w tym, że w ogniwie paliwowym doprowadzane jest inne niż benzyna paliwo i wytwarzania jest „czysta” energia elektryczna.
                                         
Schemat budowy ogniwa paliwowego: 1 - wodór, 2 - przepływ elektronów, 3 - odbiornik energii, 4 - tlen, 5 - katoda, 6 - elektrolit, 7 - anoda, 8 - woda, 9 - jony hydroksylowe (rysunek zaczerpnięty z http://pl.wikipedia.org/wiki/Ogniwo_paliwowe)


Paliwem ogniwa paliwowego jest wodór doprowadzony do anody (1) i tlen doprowadzony do katody (4). Anoda i katoda przepuszczają, odpowiednio, wodór i tlen, które wchodząc w reakcję tworzą wodę. Ten chemiczny proces wyzwala ciepło i energię elektryczną wykorzystywaną  np. przez silnik elektryczny samochodu. Ogromną zaletą ogniw wodorowych jest niewielkie zanieczyszczenie powietrza – powstające w nich „spaliny”, to wyłącznie para wodna. Również istotna jest ich sprawność , która może dochodzić do 70% (chociaż najczęściej sprawność ta oscyluje około  40% - dla porównania silnik spalinowy ma sprawność około 35%).

Pierwsze zastosowanie ogniw paliwowych to misje kosmiczne (np. statek Gemini czy stacja orbitalna Sylab). Dodatkowym atutem tego zastosowania ogniw paliwowych było to, że produkowały nie tylko energię, a przy okazji również  wodę pitną (wspomniano wyżej, że „spalinami” była para wodna, którą chłodzono otrzymując wodę pitną).
Ogniwa paliwowe są coraz częściej stosowane w samochodach osobowych. W przyszłym roku ma być gotowy  Mercedes B, napędzany prądem elektrycznym z ogniw paliwowych umieszczonych w  podwoziu (patrz rysunek).

Pewną odmianę ogniw paliwowych (tzw. ogniwa polimerowe) zminiaturyzowano, przez co możliwym stało się ich zastosowanie do zasilania komputerów przenośnych czy telefonów komórkowych.


Opracowanie : Edward Pająk na podstawie: The Encyclopedia of Sience in Action, Bertelsmann Lexikon, Wikipedii – encyklopedii internetowej (http://pl.wikipedia.org) .