Fuell cells

Σε προηγούμενο θέμα του blog μας είχε αναφερθεί η τεχνολογία των fuell cells, ως μία πολύ ελκυστική και πολλά υποσχόμενη τεχνολογία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
>Σε αυτό το σημείο πρέπει να εξηγήσουμε ότι οι κυψέλες καυσίμου λειτουργούν σε μεγάλη ποικιλία καυσίμων, όμως εμείς θα επικεντρωθούμε στις κυψέλες καυσίμου που χρησιμοποιούν υδρογόνο, λόγο του οικολογικού ενδιαφέροντος που παρουσιάζουν
Γι' αυτό το λόγο ας δούμε λίγα περισσότερα πράγματα για αυτήν.

ΙΣΤΟΡΙΚΑ.

Η κυψέλη καυσίμου αποτελεί ένα μηχανισμό για την ηλεκτροχημική μετατροπή της ενέργειας μετατρέποντας υδρογόνο και οξυγόνο σε νερό, παράγοντας ταυτόχρονα με τη διαδικασία αυτή, ηλεκτρισμό και θερμότητα. Η πρώτη κυψέλη φτιάχτηκε από τον Sir William Grove , το 1839. Ωστόσο η συστηματική έρευνα πάνω σε αυτές άρχισε μόλις τη δεκαετία του '60, όταν η NASA χρησιμοποίησε κυψέλες καυσίμου στο διαστημικό σκάφος Gemini και Apollo ως φθηνότερη λύση από την ηλιακή ενέργεια.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ

Η λειτουργία των κυψελών καυσίμου στηρίζονται σε μία απλή φυσική ιδιότητα των μορίων του υδρογόνου 2H2 και του οξυγόνου O2 , όταν βρίσκονται κοντά έχουν την τάση να ενωθούν. Εάν τώρα χωρίσουμε το υδρογόνο και το οξυγόνο με μία πολυμερισμένη μεμβράνη, η τάση που έχουν τα δύο διαφορετικά μόρια, να ενωθούν, τα ωθεί να κινηθούν μέχρι να πραγματοποιηθεί αυτή η ένωση. Αυτή η κίνηση των ηλεκτρονίων των μορίων, παράγει ρεύμα και η ένωση των μορίων , νερό.
Με περισσότερη φυσική.
Το υδρογόνο τροφοδοτεί την άνοδο της κυψέλης, το αρνητικό ηλεκτρόδιο, το οποίο ερχόμενο σε επαφή με τον καταλύτη διαχωρίζεται σε θετικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου και ηλεκτρόνια. Η άνοδος και ο καταλύτης είναι τέτοιας κατασκευής ώστε η διάχυση των ατόμων του υδρογόνου να γίνεται με ομογενή τρόπο. Τα ηλεκτρόνια τα οποία απελευθερώθηκαν μεταφέρονται μέσω εξωτερικού ηλεκτρικού κυκλώματος προς την άνοδο δημιουργώντας ηλεκτρισμό αφού η μεμβράνη αποτρέπει τη διέλευση τους μέσω αυτής. Για αυτό το λόγο άνοδος και καταλύτης διαλέγονται αγώγιμα υλικά.
Τα θετικά φορτισμένα ιόντα του υδρογόνου (στην ουσία αναφερόμαστε σε μεμονωμένα πρωτόνια) διαπερνούν τη μεμβράνη και ενώνονται με το οξυγόνου το οποίο τροφοδοτεί την κάθοδο, το θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο, και παράγεται νερό. Στο σχηματισμό του νερού συμμετέχουν εκτός των μορίων του οξυγόνου και των ιόντων του υδρογόνου, τα ηλεκτρόνια τα οποία διοχετεύθηκαν μέσω του εξωτερικού ηλεκτρικού κυκλώματος στην κάθοδο, στην αρχή της διαδικασίας.
Οι κυψέλες καυσίμου, fuell cells, έχουν μερικά μοναδικά πλεονεκτήματα τα οποία τις κάνουν άξιες μελέτης.

• Συναντώνται σε ευρύ φάσμα μεγεθών
• Έχουμε χρήση σε πολλές εφαρμογές
• Αποτελεσματικά και αθόρυβα
• Αποτελεσματικά = 40-60% σε αντίθεση με τις συμβατικές μηχανές που πετυχαίνουν 20%
• Χαμηλές έως μηδενικές εκπομπές ρύπων
• 45% μείωση των ρύπων σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις
• Μηδενικές εκπομπές με καύσιμο υδρογόνο
• Αθροιστική δράση για την επίτευξη της επιθυμητής ισχύος
• Τάση ανά κυψέλη 0.7V
• Συσσώρευση πολλών μαζί οδηγεί αθροιστικά στην επιθυμητή τάση
• Χαμηλή εκπομπή θερμότατος
• Χρήση σε πολεμικές εφαρμογές
• Δύσκολη ανίχνευση πλοίων-υποβρηχίων.


ΧΡΗΣΕΙΣ.

Αυτοκίνητα

Τα αυτοκίνητα που κάνουν χρήση κυψέλες καυσίμων είναι μια ελκυστική πρόοδος από τα ηλεκτρικά που απαιτούν μπαταρίες. Προσφέρουν τα πλεονεκτήματα αυτών των οχημάτων με τις μπαταρίες αλλά μπορούν επίσης να ανεφοδιαστούν σε καύσιμα γρήγορα και θα μπορούσαν να πάνε σε μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ των ανεφοδιασμών. Οι μελέτες από τις αυτοκινητοβιομηχανίες όπως η General Motors έδειξαν ότι οι μηχανές αυτοκινήτων των κυττάρων καυσίμων θα μπορούσαν να παραχθούν σχεδόν με την ίδια τιμή όπως μια μηχανή εσωτερικής καύσεως
Ως αναφορά την ασφάλεια, τα αυτοκίνητα υδρογόνου είναι εξίσου ασφαλή με τα κανονικά αυτοκίνητα. Αποδεικνύεται ότι σε τυχόν διαρροή και ανάφλεξη αν συγκρίνουμε Υδρογόνο και βενζίνη, το υδρογόνο ανεβαίνει (ως ελαφρύτερο του αέρα) και διασκορπίζεται στην ατμόσφαιρα καιγόμενο προς τα πάνω (δύσκολα δημιουργούνται οι απαιτούμενες συγκεντρώσεις για έκρηξη), ενώ η βενζίνη δεν διαχέεται και καίγεται στο σημείο διαρροής αποδίδοντας δηλητηριώδεις αναθυμιάσεις ( CO , CO2 κλπ.).
Όσο για την αποθήκευση του υδρογόνου, ενώ η έρευνα συνεχίζεται, ήδη προτείνονται πολλές εφικτές και ασφαλείς λύσεις όπως: Αποθήκευση: α) με τη μορφή μεθανόλης, β) σε δεξαμενές υψηλής πίεσης, γ) σε υγρή κατάσταση (-253 οC) σε ειδικές δεξαμενές, δ) με τη μορφή μεταλλικών υβριδίων, και ε) σε νανοσωλήνες άνθρακα Για δε τη μεταφορά του προτείνονται αγωγοί, και οχήματα μεταφοράς, αλλά και …επιτόπια παραγωγή!
Οι κυψέλες καυσίμων που χρησιμοποιούν το υδρογόνο ως καύσιμο θα είχαν μηδενικές εκπομπές καυσαερίων και θα είναι επίσης αποδοτικότερες από τα αυτοκίνητα που βασίζονται σε μπαταρίες. Επιπλέον, τα αυτοκίνητα των κυψελών καυσίμων θα μπορούσαν να παραγάγουν λιγότερα "σε όλο το σύστημα της παραγωγής" αέρια του θερμοκηπίου -- λαμβάνοντας υπόψη όλες τις εκπομπές που συνδέθηκαν με την επεξεργασία των καυσίμων και τη χρήση τους. Ένα από τα πρώτα πετυχημένα αυτοκίνητα υδρογόνου είναι το FCX Clarity το οποίο πουλιέται μόνο στην πολιτεία της california US καθώς μόνο εκεί τα βενζινάδικα είναι εφοδιασμένα με δεξαμενές και αντλίες υδρογόνου.

http://world.honda.com/FuelCell/

Πλοία

Το Hydrogen Hybrid Harbour Tug (HHHT), αναπτύχθηκε από την WorldWise Marine μαζί με τους Ολλανδούς διαχειριστές ρυμουλκών Iskes και Smit. Πρόκειται για ένα πλοίο 50 τόνων που είναι εξοπλισμένο με κυψέλες καυσίμου και υδρογόνου. Η καινοτομία εντοπίζεται στο γεγονός ότι οι κυψέλες καυσίμου σε συνδυασμό με μπαταρίες εξασφαλίζουν επαρκή ισχύ για να λειτουργεί το ρυμουλκό όταν είναι σε κατάσταση αναμονής που είναι το 85% του χρόνου λειτουργίας του πλοίου. Το ντίζελ χρησιμοποιείται όταν το ρυμουλκό έχει να φέρει σε πέρας μία αποστολή. «Μπορούμε να επιτύχουμε μία μείωση κατά 98% των εκπομπών οξειδίων του θείου και αζώτου και μέχρι 30% των συνολικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακος σε σύγκριση με ένα συμβατικό ρυμουλκό», δήλωσε ο κ. Michiel Wijsmuller, διευθύνων σύμβουλος της Offshore Ship Designers
http://www.maritimejournal.com/features/tugs,-towing,-pollution-and-salvage/tugs,-towing-and-salvage/owners-turn-their-attention-to-greener-tugs

Υποβρύχια

Το υποβρύχιο type U 214 με εκτόπισμα 1700 τόνους και 65 μέτρα μήκος, είναι το πρώτο που χρησιμοποιεί σύστημα αναερόβιας πρόωσης που λειτουργεί με συνδυασμό μηχανής ντίζελ και κυψέλες καυσίμου. Κατασκευάζεται από την Hyundai Heavy industries co στο Ulsan της νοτίου Κορέας και τα γερμανικά ναυπηγεία Howaldtswerke-Deutsche Werft. Το έχουν στην κατοχή τους οι Γερμανία, Αμερική και πρόσφατα η νότιος Κορέα και η Ελλάδα. Το υποβρύχιο αυτό κινείται από κυψέλες καυσίμου υδρογόνου τύπου PEMFC 120 kWe το οποίο αποθηκεύεται σε μεταλλικά υδρίδια και από ηλεκτρικές μπαταρίες.

http://en.wikipedia.org/wiki/Type_214_submarine