Υδρογόνο και κυψέλες καυσίμου: Η αρχή λειτουργίας (Video)


ΑΠΟ ΤΙΣ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΟΥ ΦΙΓΟΥΡΑΡΟΥΝ ΩΣ ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΤΗΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΣΗΣ, ΤΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ ΕΙΝΑΙ ΣΙΓΟΥΡΑ ΤΟ ΠΙΟ ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΟ. ΠΩΣ ΟΜΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ ΕΝΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ ΜΕ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΚΥΨΕΛΩΝ ΚΑΥΣΙΜΟΥ;

  • 10/3/2020

Για να είμαστε ακριβείς, η τεχνολογία κυψελών καυσίμου, αγγλιστί fuel cell, δεν έχει να κάνει με την παραγωγή έργου αλλά ενέργειας. Δεν αποτελεί δηλαδή τον κινητήρα αυτό καθαυτό αλλά το μέσο που παράγει ενέργεια για να τροφοδοτήσει ένα κινητήρα. Στην προκειμένη περίπτωση ηλεκτρισμό για κάποιο ηλεκτρικό μοτέρ, που με τη σειρά του θα κινήσει το αυτοκίνητο.

Μέχρι πριν από μερικά χρόνια, η τεχνολογία κυψελών καυσίμου φιγουράριζε ως η επόμενη μέρα για τις οδικές μετακινήσεις. Δεκαετίες έρευνας και εξέλιξης οδηγούσαν προς τα εκεί, μέχρι που η ηλεκτροκίνηση πέρασε στο προσκήνιο και οι συσχετισμοί άλλαξαν. Αντικειμενικά, το τι θα επικρατήσει ακόμα δεν είναι ξεκάθαρο, αφού η κάθε τεχνολογία έχει τα δικά της υπέρ και κατά. Στην προκειμένη περίπτωση, εμείς θα ασχοληθούμε με την αρχή λειτουργίας του υδρογόνου και όχι με τη διαμάχη κυψελών καυσίμου/ ηλεκτροκίνησης.

Τα οχήματα υδρογόνου, FCEV (Fuel Cell Electric Vehicles), όπως προείπαμε, δεν παύουν να είναι αμιγώς ηλεκτρικά, απλά με διαφορετική πηγή ενέργειας. Αντί για κάποιο συσσωρευτή, μια μπαταρία που φορτίζει από την πρίζα, διαθέτουν ως καύσιμο υγροποιημένο ή αέριο υδρογόνο, αποθηκευμένο σε κάποιο ρεζερβουάρ υψηλής πίεσης. Με τη βοήθεια της χημείας, ο τρόπος να πάρουν την ενέργεια από αυτό, είναι με τη βοήθεια της ηλεκτρόλυσης.

Η ηλεκτρόλυση, ή καλύτερα η διαδικασία της αντίστροφης ηλεκτρόλυσης, όπου δύο άτομα συνδέονται για να δώσουν ένα μεγαλύτερο μόριο, λαμβάνει χώρα εντός της κυψέλης καυσίμου, ενός ηλεκτρολυτικού κελιού που συνήθως διαχωρίζει τα δύο στοιχεία με μία μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίου (PEM). Από τη μία, λοιπόν, εισάγουμε το υδρογόνο και από την άλλη αέρα από το περιβάλλον. Ο στόχος, στην προκειμένη περίπτωση είναι να δημιουργήσουμε μία αντίδραση μεταξύ του υδρογόνου και του οξυγόνου του αέρα, παράγοντας ρεύμα και νερό.

Η ύπαρξη ενός καταλύτη διαχωρίζει τα άτομα του υδρογόνου σε θετικά φορτισμένα ιόντα και ηλεκτρόνια. Τα ιόντα περνάνε μέσα από τη μεμβράνη, προς την πλευρά του οξυγόνου, αφήνοντας τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια πίσω. Αυτομάτως, χάρη σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, δημιουργείται μία διαφορά τάσης μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, των ηλεκτρονίων και των θετικά φορτισμένων ιόντων, παράγοντας έτσι ηλεκτρισμό. Μία κυψέλη καυσίμου μπορεί να παράγει σταθερά περίπου 0,7 Volt. Αυτά μπορεί να μην δείχνουν σπουδαία, χρησιμοποιώντας όμως μία σειρά από τέτοιες κυψέλες, εύκολα παράγεται ικανή ενέργεια για να τροφοδοτήσει ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο.

Σε ατομικό επίπεδο, το αποτέλεσμα της χημικής αυτής αντίδρασης οδηγεί στην παραγωγή μορίων H2O. Και για όσους δεν είναι εξοικειωμένοι με τη χημεία, αυτός είναι ο τύπος του νερού. Ναι, στην πράξη το μόνο «απόβλητο» μίας μονάδας fuel cell είναι η παραγωγή υδρατμών, που αποβάλλονται απροβλημάτιστα στο περιβάλλον.