Spis treści:
Społeczeństwa całego świata potrzebują nowych, w pełni odnawialnych i mniej dewastujących środowisko paliw. Na dzień dzisiejszy obecna cywilizacja opiera się na pozyskiwaniu energii z ogniw opartych na technologii spalania węgla, które potrzebują zdecydowanie więcej surowca niż jest go obecnie dostępnego. Zapotrzebowanie współczesnych państw na energię stale rośnie. W dzisiejszym świecie dąży się do poszukiwania nowych technologii, które mogą zmniejszyć uzależnienie się gospodarki od ropy naftowej i zapewnić bezpieczeństwo energetyczne. Ogniwa paliwowe oparte na wodorze stają się alternatywnym rozwiązaniem.
Wodór - paliwo przyszłości
Natura oferuje wiele możliwości wytwarzania energii odnawialnej. Pozostaje tylko pytanie jak skutecznie, efektywnie i przyjaźnie dla środowiska, przetworzyć energię światła słonecznego, wiatru, biomasy lub wody na energię elektryczną czy cieplną?
Znaczący globalny wysiłek włożony w badania technologii czystej energii skupia się na gromadzeniu, przechowywaniu i dostarczaniu energii, skutecznie i bez szkody dla naszej planety.
Naukowcy i laboratoria na całym świecie szukają sposobu na zaspokojenie stale rosnącego zapotrzebowania na energię, które nie wiąże się z dewastacją środowiska oraz narażeniem naszej planety na kolejne niebezpieczeństwa.
Jednym z alternatywnych źródeł energii jest wodór, który można otrzymać z tzw. czystych i w pełni odnawialnych źródeł, takich jak wiatr, słońce i woda. Stosując urządzenie zwane elektrolizerem, można otrzymać wodór ze zwykłej wody. Następnie ogniwa paliwowe zamieniają czysty wodór w energię elektryczną, którą można zasilać różne urządzenia i maszyny oraz samochody, czy też domowy sprzęt elektroniczny.
Wodór - podstawowe informacje
Właściwości fizyczne wodoru:
- Stan skupienia: gazowy
- Barwa: bezbarwny
- Zapach: bez zapachu
- Temperatura krytyczna: – 239,90° C
- Gęstość: 0,0899 kg/m3
- Ciśnienie krytyczne: 1,3 MPa
- Wodór nie eksploduje z powodu samonagrzewania się
- Płomień ze spalania wodoru jest stromy, skierowany w górę i ma niskie promieniowanie cieplne
Ciekawostki:
Jeśli oceniamy ilość wody potrzebną do wytworzenia określonej ilości wodoru, to:
Wodór może być wytwarzany przy użyciu ogniw baterii słonecznych lub turbin wiatrowych w procesie “przechowywania” energii słonecznej (energii wiatrowej) i może być następnie stosowany jako paliwo w ogniwach paliwowych do wytwarzania energii elektrycznej przydatnej do wielu różnych zastosowań.
Wodór może “magazynować” i “dostarczać” energię elektryczną wygenerowaną poprzez energię ze słońca lub wiatru, do wykorzystania w dowolnym czasie i w dowolnym miejscu. Może również być przechowywany w niewielkich pojemnikach.
W przeszłości wiele czynników ograniczało produkcję, przechowywanie i transport energii odnawialnych. Przy połączonym zastosowaniu elektrolizera, sposób przechowywania i transportowania wodoru poza ogniwem paliwowym nie jest już problemem, a moc elektryczna z odnawialnych źródeł energii, może być dostarczana tam gdzie aktualnie jest potrzebna.
Wodór może być produkowany w sposób zrównoważony z odnawialnych systemów energii bez emisji dwutlenku węgla. Przykładem takiego systemu jest stosowanie panelu słonecznego, turbiny wiatrowej lub generatora mikro-wodnego na konwersję energii promieniowania słonecznego, wiatrową w energię elektryczną, która napędza elektrolizer.
Elektrolizer odpowiada za rozpad wody na wodór i tlen. Wodór jest przechowywany do wykorzystania przez ogniwa paliwowe, natomiast tlen uwalniany jest do atmosfery. Tak więc, kiedy świeci słońce, wieje wiatr lub płynie woda, elektrolizer może produkować wodór. System zasilania zawierający wodór ze źródeł odnawialnych i ogniwa paliwowego jest systemem zamkniętym, tak więc żaden z produktów lub reagentów (woda, wodór i tlen) nie jest tracony do środowiska zewnętrznego.
Na czym polega proces elektrolizy wody i na jakiej zasadzie działa?
Elektroliza to proces polegający na zamianie energii elektrycznej w energię chemiczną. Po doprowadzeniu ładunków elektrycznych do wody, siła dostarczonej energii rozrywa łańcuchy chemiczne pomiędzy wodorem a tlenem i powoduje powstanie gazów podstawowych (tlenu i wodoru). Wodór zostaje zatrzymany i przechowany w odnawialnym ogniwie paliwowym, jako paliwo.
Elektrolizer jest to urządzenie, które umożliwia przeprowadzenie elektrolizy wody, która w efekcie wytwarza wodór i tlen. Elektrolizery są dziś najczęściej stosowane do generowania wodoru przy stosunkowo niskich ciśnieniach i za pomocą płynnych elektrolitów zasadowych. Przy tak niskich ciśnieniach, przechowywanie dużych ilości wodoru wymaga bardzo dużych zbiorników magazynowych.
Jednym z rozwiązań tego problemu jest zastosowanie odpowiednich sprężarek, które pomagają w zwiększeniu ciśnienia wodoru. Jednakże, energia niezbędna do tak dużego podniesienia ciśnienia wodoru, jak również koszty konserwacji sprężarek wodoru sprawiają, że ta opcja jest technologią zupełnie nieopłacalną na dużą skalę przemysłową. Tego typu rozwiązanie wymaga częstej konserwacji elektrolizera obejmującą usuwanie zużytego i wymianę na nowy elektrolitu o właściwościach silnie żrących.
Nowe podejście do procesu elektrolizy wody to elektrolizery działające na zasadzie wymiany protonowej poprzez specjalną błonę. Membrana wymiany protonów, która jest częścią elektrolizera, może być przeznaczona do generowania metodą elektrochemiczną wodoru pod ciśnieniem około 2000 psi (lub większego), w ten sposób eliminując potrzebę mechanicznej kompresji. Membrana ta wykorzystuje wytrzymałą membranę elektrolityczną, która może mieć żywotność identyczną co cały elektrolizer. Nie wymaga stosowania żrących płynów elektrolitycznych.
Dodatkowymi zaletami stosowania membrany wymiany protonów do przeprowadzenia procesów elektrolizy, w stosunku do elektrolizy alkalicznej, to niższe straty wytwarzanej energii oraz dużo większa czystość otrzymanego w procesie wodoru. Elektroliza przy pomocy tej membrany jest znacznie prostszą , trwalszą , dużo bardziej ekonomiczną technologią wytwarzania, kompresji i magazynowania wodoru.
W dzisiejszych czasach elektrownie słoneczne lub wiatrowe już dostarczają energię z powrotem do sieci energetycznej. Wystarczy elektrolizery umieścić w pobliżu takich instalacji i niektóre strumienie nadmiarowe mogą być wykorzystywane do wytwarzania wodoru poprzez elektrolizę. Oznacza to, że można szybko rozpocząć produkcję wodoru jako paliwa dla różnych gałęzi gospodarczych.
Porównanie wodoru z innymi paliwami
Zmagazynowany wodór jako nośnik energii
