Även om väte är en väldigt ny bränsleform som bränslekälla, är dess framtid otroligt ljus. Tekniken bakom vätgasbränsleceller förbättras dagligen och dess livskraft som ersättning för förbränningsmotorn verkar troligt. Väte används redan i specialfordon som gaffeltruckar och bussar, och det är bara en tidsfråga innan infrastruktur är på plats för att tjäna konsumentbilsmarknaden.
Varför har vätebränsleceller så stor motsättning? Eftersom deras enda biprodukter är värme och vattenånga, vilket gör vätgasbränsleceller till en verkligt nollutsläppande teknik.
Vad är en bränslecell?
En bränslecell är en anordning som genererar elektrisk kraft genom en kemisk reaktion genom att omvandla ett bränsle (väte) till el. Även om bränsleceller och batterier båda anses vara elektrokemiska celler och består av liknande struktur, kräver bränsleceller en kontinuerlig källa för bränsle och syre för att kunna köras; liknar hur en förbränningsmotor behöver ett kontinuerligt flöde av bensin eller diesel.
Hur fungerar det?
En bränslecell behöver tre huvudkomponenter för att skapa den kemiska reaktionen: en anod, katod och en elektrolyt. Först kanaliseras ett vätgasbränsle till anoden via flödesfält.
Väteatomer joniseras (avlägsnas från elektroner) och har nu bara en positiv laddning. Sedan kommer syre in i bränslecellen vid katoden, där den kombineras med elektroner som återvänder från den elektriska kretsen och de joniserade väteatomerna. Därefter, efter att syreatomen har plockat upp elektronerna, färdas den sedan genom elektrolyten för att kombinera med väteljonen. Kombinationen av syre och joniserat väte utgör grunden för den kemiska reaktionen.
Ett polymerelektrolytmembran tillåter lämpliga joner att passera mellan anoden och katoden. Om elektrolyten gav fri kontroll för att alla elektroner eller joner skulle passera fritt skulle det störa den kemiska reaktionen. I slutet av processen reagerar de positivt laddade väteatomerna med syret för att bilda både vatten och värme samtidigt som de skapar en elektrisk laddning.
Inom bränslemarknaden finns många olika applikationer med olika effektbehov. För att ge tillräcklig kraft kan enskilda bränsleceller samlas ihop för att bilda en stapel. En bränslecellstack kan dimensioneras för precis rätt mängd energi för applikationen.
Var används bränsleceller?
Bränsleceller används i både stationära och drivande kraftapplikationer för:
- Bilar, lastbilar, bussar och fritidsfordon
- Materialhanteringsutrustning
- Fungera som en primär kraftkälla för stora datacenter eller kommersiella, industriella och bostadshus
- Säkerhetskopiera strömkälla till kritiska dator- och kommunikationsnätverk
- Genererar kraft på plats
En bränslecell är en elektrokemisk anordning som kombinerar vätgas med syre för att producera el, värme och vatten. Bränslecellen liknar ett batteri genom att en elektrokemisk reaktion sker så länge som bränsle är tillgängligt. Väte lagras i en behållare under tryck och syre tas från luften.
På grund av frånvaron av förbränning finns inga skadliga utsläpp, och den enda biprodukten är rent vatten. Så rent är det vatten som släpps ut från protonbytarmembranbränslecellen (PEMFC) att besökare till Vancouver Ballard Power Systems fick varmt te tillverkat av detta rena vatten.
I grund och botten är en bränslecell elektrolys i omvänd riktning med två elektroder åtskilda av en elektrolyt. Anoden (negativ elektrod) tar emot väte och katoden (positiv elektrod) samlar syre.
En katalysator vid anoden separerar väte till positivt laddade vätejoner och elektroner. Vätet joniseras och migrerar över elektrolyten till katodfacket, där det kombineras med syre. En enda bränslecell producerar 0,6–0,8 V under belastning. För att få högre spänningar är flera celler anslutna i serie. Figur 1 illustrerar begreppet bränslecell.
Anoden (negativ elektrod) tar emot väte och katoden (positiv elektrod) samlar upp syret.
Bränslecellstekniken är dubbelt så effektiv som förbränningen när det gäller att förvandla koldioxid till energi. Väte, det enklaste kemiska grundämnet (en proton och en elektron), är rikligt och exceptionellt rent som bränsle. Väte utgör 90 procent av universum och är det tredje vanligaste elementet på jordytan. En sådan mängd bränsle skulle ge en nästan obegränsad pool av ren energi till relativt låga kostnader. Men det finns ett problem.
För de flesta bränslen är väte bunden till andra ämnen och att “frigöra” gasen tkräverar energi. När det gäller brännvärdet (NCV) är väte dyrare att producera än bensin. Vissa säger att väte är nästan energineutralt, vilket innebär att det tar så mycket energi att producera som det levererar vid slutdestinationen.
Lagring av väte utgör en ytterligare nackdel. Trycksatt väte kräver tunga ståltankar och NCV i volym är cirka 24 gånger lägre än en flytande bensinprodukt. I flytande form, som är mycket tätare, behöver väte omfattande isolering för kylförvaring.
Väte kan också produceras med en reformerare genom extraktion från ett befintligt bränsle, såsom metanol, propan, butan eller naturgas. Omvandling av fossilt bränsle till rent väte släpper ut kvarvarande kol, men detta är 90 procent mindre skadligt än vad som kommer från en bils avgasrör. Att bära en reformator skulle öka vikten på fordonet och öka dess kostnad; reformatorer är också tröga. Nettovinsten av väteomvandling är ifrågasatt eftersom den inte löser energiproblemet.
Hur fungerar en bränslecell? En WATT-bränslecell omvandlar bränsle till kraft genom oxiderande bränsle via elektrokemisk omvandling. Denna omvandling av bränsle är radikalt avancerad över den typiska gasgeneratorn som är tillgänglig för hem-, båt- och husbilsägare. En typisk gasgenerator bränner ineffektivt bränsle för att rotera en motor och direktkopplad generator. Bränsleceller tillhandahåller användbar el- och värmeenergi direkt genom att eliminera effektivitetsberövande mekanisk omvandling och omvandla kemisk energi till el effektivt utan rörliga delar.
Eftersom WATT är ett hybridsystem kan du komplettera ditt bränsle med förnybara energikällor och fungera som en fristående eller integrerad energihanterare. Med en effektivitet som är tre gånger högre än en typisk generator av samma storlek, ger WATT dig fördelarna med hög effektivitet, långsiktig stabilitet, bränsleflexibilitet, låga utsläpp och den längsta körtiden på marknaden.
WATT är utformat för att på ett intelligent och automatiskt sätt hantera batteriets laddningstillstånd – ladda batterier eller förlänga batteriladdningen genom att ge ström till laster som används. I kombination med genererad elkraft genereras också värme som kan användas för varmvatten eller uppvärmning.
Detta tar bort en stor elektrisk värmebelastning och utökar batterianvändningen för att driva viktiga belastningar som belysning, kylning, underhållning eller andra behov. Med WATT-bränslecellen har du tillgång till el exakt när och var du behöver det, och eftersom WATT tyst skapar högeffektiv, ren energi behöver du inte oroa dig för regler för buller eller utsläpp.
