Kako djeluju gorivne ćelije: Elektrohemijska pretvaranja i rad bez emisije

Elektrohemijski proces: oksidacija vodika i redukcija kisika

Gorivne ćelije stvaraju struju koristeći kemijsku reakciju između vodika i kisika, i što je važno, to rade bez spaljivanja. Kad vodik dođe do strane anode, razgrađuje se na protone i elektrone zahvaljujući katalizatoru koji je uglavnom napravljen od platine. Elektroni se kreću uz žice izvan stanice, stvarajući električnu struju koju možemo zapravo koristiti za energiju. U međuvremenu, protoni se probijaju kroz nešto što se zove protonska razmjena membrana (kraće PEM) na drugu stranu stanice. Kada se jednom na katodi, protoni se susreću s molekulama kisika i elektrona koji su putovali natrag iz krug. Zajedno ne stvaraju ništa osim čiste vode kao nusproizvod. Cijeli proces radi tako učinkovito jer ne ovisi o prijenosu toplote kao što to rade tradicionalni motori. Kao rezultat toga, PEM gorivne ćelije obično pretvaraju oko pola do dvije trećine svoje ulazne energije izravno u struju. To je otprilike dvostruko više nego što većina vozila na benzin može jer su njihove performanse ograničene osnovnim termodinamičkim principima poznatim kao Carnotov ciklus.

Glavni prednosti uključuju:

• U slučaju da je to potrebno za uspostavljanje sustava za upravljanje brzinom, mora se upotrebljavati sljedeći sustav:
• U slučaju da se ne primjenjuje, to se može učiniti u skladu s člankom 6. stavkom 2.
• Modularna skalabilnostod mobilnih jedinica od kilovatnih do stacionarnih postrojenja od više megawatt

Za razliku od baterija, gorivne ćelije su pretvarači energije, a ne uređaji za pohranu koji omogućuju dugotrajno funkcioniranje bez ponovnog punjenja.

Zašto gorivne ćelije emitiraju samo vodu bez CO2, NO2 ili čestica

Gorivne ćelije ne emitiraju ništa što je regulirano jer rade kroz elektrohemijske reakcije umjesto spaljivanja stvari. Vodik jednostavno nema ugljika u sebi, što znači da nema načina da se CO2 formira tijekom rada. Plus, reakcije se događaju na oko 100 stupnjeva Celzijusa maksimalno, nigdje blizu 1300 stupnjeva oznaka gdje dušik oksidi počinju formirati. Ni plamen nije uključen, pa zbogom izmijeni, pepeo i one dosadne neogorele ugljovodike koji zagađuju zrak. Što izlazi? U osnovi samo čista vodena para, ponekad prikupljena i ponovno korištena u industrijskim procesima. Zato ovi sustavi tako dobro rade u zatvorenim prostorijama, u gužvama gradskih područja ili bilo gdje gdje su osjetljivi na standarde kvalitete zraka. Oni se uklapaju u ono što EPA preporučuje, odgovaraju europskim pravilima za čist zrak i ispunjavaju smjernice Svjetske zdravstvene organizacije.

Ulozi gorivih ćelija u sektorima s teškim smanjenjem

Teški prijevoz: kamioni, autobusi, vlakovi i pomorski brodovi

Kada je riječ o transportu teških vozila, gorivne ćelije zapravo rješavaju neke glavne probleme koje baterije jednostavno ne mogu dovoljno dobro riješiti. Razmislite o kapacitetu skladištenja energije, koliko je potrebno vremena da se napuni, i što to čini na težinu vozila. Kamioni na vodik također stvaraju valove. Ove velike ploče mogu ići bilo gdje od 500 do 800 kilometara na jednom spremniku, a punjenje traje manje od 20 minuta, slično onome što vidimo s tradicionalnim dizel motorima. To je bolje od nošenja tih ogromnih baterija koje bi dodale 3-4 tone dodatne težine. Već vidimo kako se ova tehnologija razvija diljem svijeta s više od pet tisuća vodikovih autobusa koji se kreću po zemljama poput Kine, dijelova Europe, pa čak i Kalifornije. Primjene se šire i izvan autobusa. Uzmite njemački vlak Coradia iLint kao primjer, ili pogledajte napore Norveške s njihovim projektom trajekta HYDROGEN za drugi. Iz tog razloga je potrebno da se u skladu s člankom 1. stavkom 1. Prelazak na gorivne ćelije znači nula emisija točno tamo gdje se događaju, što pomaže lučkim vlastima da ispune teške ciljeve Međunarodne pomorske organizacije za smanjenje emisije ugljika do 2030. i 2050.

Industrijski napajanje i rezervni sustavi: Zamjena dizel generatorima

Gorivne ćelije pružaju čistu i pouzdanu energiju za kritičnu infrastrukturu poput podatkovnih centara, bolnica i tvornica gdje su dizel generatori tradicionalno služili kao rezervni izvor energije. U usporedbi s dizelskim motorima, ovi sustavi ne oslobađaju štetne dušikove okside, sumpor dioksid ili sitne čestice unutar zgrada ili oko osjetljivih operacija. Način na koji su izgrađeni omogućuje im lako skaliranje od malih instalacija od 50 kilovata sve do velikih instalacija koje dosežu 3 megavata. Koliko dugo rade ovisi uglavnom o raspoloživoj opskrbi vodikom, a ne o tome da li će se baterije s vremenom iscrpljivati. Kad se koriste kompresirani spremnici vodika, većina jedinica može nositi punu radnu opterećenje više od tri dana zaredom, što smanjuje opasnost od požara u usporedbi s skladištenjem velikih količina dizel goriva na mjestu. Američko ministarstvo energetike izvijestilo je da je u prošlosti tvrtki koje koriste rezervne gorivne ćelije porasle za oko 40 posto. Ovaj rast ima smisla kada pogledamo njihove nevjerojatne stope pouzdanosti iznad 99,999 posto uptime plus činjenica da mnoge korporacije sada prioriteta ekološke, društvene i ciljeve upravljanja u svojim poslovnim odlukama.

Udaljenje gorivnih ćelija: infrastruktura, sigurnost i politika

U skladu s člankom 21. stavkom 1.

Uvođenje gorivih ćelija u veliki raspon ovisi o sigurnim načinima isporuke vodika koji ne razbijaju banku. U osnovi postoje tri glavna pristupa skladištenju vodika: rezervoari pod pritiskom na 350 do 700 bara, superhlada tekućina skladištena na minus 253 stupnjeva Celzijusa i novije opcije koje uključuju metalne hidride ili posebne adsorbentne materijale. Svaka metoda bolje djeluje u različitim situacijama ovisno o tome što treba učiniti. Ako pogledamo brojeve, u 2023. postoji više od 160 javnih benzinskih stanica za vodik diljem svijeta, uglavnom u Kaliforniji, Japanu, Južnoj Koreji i dijelovima Njemačke. Ali kada je u pitanju proširenje ove infrastrukture za veća vozila poput kamiona i autobusa, stvari postaju komplicirane brzo. Izgradnja jedne pristojne stanice obično košta između dva i tri milijuna dolara, ne računajući sve papire potrebne za dozvole plus povezivanje s postojećim električnim mrežama što dodaje još jedan sloj komplikacija s kojima se nitko ne želi nositi.

Bezbednost se rješava međunarodno usklađenim inženjerskim standardima, posebno ISO/TS 15916, SAE J2601 i europskim priručnikom za sigurnost vodika. Ovaj mandat:

• Sastavni vodonični spremnici certificirani za izdržljivost preko 10.000 ciklusa pritiska i balističkog udara
• S druge strane, za proizvodnju goriva, za proizvodnju goriva, upotrebljavaju se:
• U slučaju da je to potrebno, za potrebe primjene ovog članka, za sve druge vrste vozila, u skladu s člankom 6. stavkom 1.

Pravo potvrđivanje dolazi iz inicijativa poput Europskog programa za mobilnost s vodikom, koji je standardizirao protokole na 29 stanica, pokazujući interoperabilnost, sigurnost i povjerenje korisnika, što je od suštinskog značaja za široko prihvaćanje.

Gorivne ćelije na putu ka ugljičnoj neutralnosti

Gorivne ćelije se ističu kao ključni igrači u potrazi za ugljično neutralnim gospodarstvima, posebno tamo gdje tradicionalna elektrifikacija jednostavno ne može. Ovi sustavi uzimaju zeleni vodonik napravljen iz obnovljivih izvora kroz elektrolizu i pretvaraju ga u struju, stvarajući samo vodenu paru. To znači da nema emisija CO2, nitrogenskih oksida i definitivno nema štetnih čestica koje se oslobađaju u zrak. Ono što ih čini zanimljivim je kako rade zajedno s obnovljivim izvorima energije. Kada se proizvodi previše energije iz sunca ili vjetra, umjesto da je trošimo, možemo pohraniti višak energije u obliku vodika. Kasnije, kada potražnja raste, jednostavno pretvorimo pohranjen vodik u struju. Ovaj pristup pomaže da naše električne mreže budu otpornije bez oslanjanja na one staromodne rezervne postrojenja za fosilna goriva koje svi žele ukinuti.

Svijet ulaže pravi novac u vodik kao ključnu igračku: prema Međunarodnoj agenciji za energiju, za 2030. za vodikovu infrastrukturu obećano je oko 100 milijardi dolara. Cijene gorivih ćelija su također dramatično pale, za oko 60% od 2015. zahvaljujući većoj proizvodnji i boljim katalizatornim materijalima. Vlada počinje da se prilagođava. Uzmimo nedavni Zakon o smanjenju inflacije u SAD-u koji nudi povlačenje poreza od 3 dolara po kilogramu za čist vodik, plus ažurirana Direktiva Europske unije o obnovljivoj energiji. Ove promjene znače da gorivne ćelije više nisu samo eksperimentalne, već su zapravo postali dio redovne infrastrukture. U budućnosti, procjene ukazuju da bi ti sustavi mogli zadovoljiti otprilike 15% energetskih potreba u sektorima u kojima je smanjenje emisija vrlo teško. To ih čini vrlo važnim ako želimo postići te neto nule ciljeve, iako još uvijek ima posla prije nego što postanu široko rasprostranjeni.

Česta pitanja

Što je gorivna ćelija?
Goriva ćelija je uređaj koji pretvara kemijsku energiju iz vodika u električnu energiju kroz elektrohemijsku reakciju s kisikom.

Izgađuju li gorivne ćelije emisije?
U skladu s člankom 3. stavkom 1. stavkom 2.

Može li se gorivne ćelije koristiti u prijevozu?
Da, gorivne ćelije sve se više koriste u sektorima teškog prijevoza, uključujući kamione, autobuse, vlakove i pomorske brodove.

Koje su sigurnosne mjere za korištenje vodika?
Sigurnosne mjere uključuju certificirane rezervoare za vodik, sustave za otkrivanje curenja i odgovarajuće ventilacije kako bi se koncentracija vodika održala sigurnom.