Ogniwa paliwowe - przeszłość i przyszłość
A gdyby tak zamiast spalin z rury wydechowej tego auta wydobywała się mgiełka wody - zamarzy czasem kierowca, kiedy stojąc w ulicznym korku, dusi się w wyziewach spalonej benzyny. Jego marzenie nie jest bynajmniej urojeniem. Może się ziścić już za kilka, kilkanaście lat.
Już w tym roku w Niemczech paczki z towarami zamówionymi w wysyłkowym domu towarowym Otto zacznie klientom rozwozić niecodzienny dostawczy Mercedes Sprinter. Na oko samochód ten trudno będzie odróżnić od tabunu innych sprinterów, zatrudnionych do rozwożenia najrozmaitszych dóbr. Cóż więc niecodziennego jest w tym pojeździe? Napęd. Aby poznać różnicę, można zbliżyć nos do wylotu jego rury wydechowej. Bez obaw, nie grozi zatrucie. Na twarzy co najwyżej osiądzie wilgotna mgiełka. Bowiem z rury wydechowej tego dostawczaka wydobywa się tylko para wodna.
Ów niecodzienny Mercedes będzie bowiem pierwszym na świecie sprzedanym do powszedniej eksploatacji samochodem, który jest poruszany przez energię wytwarzaną w ogniwach paliwowych. Zdaniem koncernów samochodowych to najpoważniejszy konkurent dla silników spalinowych w rywalizacji o miano napędu przyszłości. I nie chodzi bynajmniej o czczą gadaninę. Swoje poparcie dla ogniw paliwowych koncerny motoryzacyjne potwierdzają, angażując już od pewnego czasu miliardy dolarów w kampanię wyborczą na rzecz tej kandydatury.
Z archiwum X
Cóż to takiego, owe "ogniwa paliwowe"? Najprościej rzecz ujmując, jest to rodzaj elektrowni. Urządzenie, w którym w czasie reakcji połączenia tlenu z wodorem wytwarza się elektryczność. Produktem tej reakcji jest natomiast woda.
W branży samochodowej najczęściej wykorzystuje się ogniwa paliwowe, które wyglądają jak cieniuteńka, podłużna plastikowa torebka. Na jej dwóch skrajnych brzegach umieszczono elektrody, pomiędzy którymi znajduje się elektrolit ze specjalnego polimeru. Elektrody stykają się z warstwą platyny, służącej jako katalizator, przyśpieszający reakcję połączenia tlenu z wodorem. Tak jak w akumulatorze, poszczególne ogniwa paliwowe są potem łączone w większe zespoły, aby wytwarzać jak najwięcej prądu. Później płynie on do silnika elektrycznego, a stąd już do kół. Z silnikami elektrycznymi nie ma zaś żadnych problemów. Już sto lat temu samochody z silnikami elektrycznymi były co najmniej równie popularne, jak pojazdy poruszane silnikami spalinowymi. Prąd przegrał bitwę z benzyną, bo nie udało się wymyślić dostatecznie pojemnych, lekkich, tanich i łatwych w obsłudze akumulatorów. Ale po zamontowaniu na pokładzie auta elektrowni z ogniw paliwowych, prąd zyska niewiarygodną przewagę nad benzyną.
Ogniwa paliwowe wcale nie są całkowitą nowością. Wymyślono je już w połowie XIX w., jednak przez długi czas służyły naukowcom wyłącznie za zabawkę, urządzenie do przeprowadzenia interesującego, acz bezużytecznego eksperymentu. Przez dziesiątki lat niedostateczny rozwój różnych technologii nie pozwalał bowiem na praktyczne wykorzystanie energii powstającej przy połączeniu tlenu z wodorem.
Na szerszą skalę ogniwa paliwowe zaczęto stosować dopiero w drugiej połowie XX wieku. Ale wiedzieli o tym tylko nieliczni. Ogniwa paliwowe zawładnęły bowiem wyobraźnią wojskowych, którzy zaczęli wykorzystywać je w okrętach podwodnych i satelitach. W konsekwencji o cudownym źródle energii cywilom nie rozpowiadano. Częściej zaczęli o nim słyszeć dopiero w latach 90., kiedy już runął mur berliński.
Perpetuum mobile?
- Były już dwa kryzysy paliwowe na świecie i mamy obowiązek, aby nie dopuścić do trzeciego - takimi patetycznymi słowami sens prac nad ogniwami paliwowymi tłumaczył w listopadzie zeszłego roku kanclerzowi Niemiec Gerhardowi Schröderowi Juergen Schrempp, prezes koncernu DaimlerChrysler. Jedną z marek tego niemiecko-amerykańskiego gigant jest Mercedes-Benz, firmujący opisanego powyżej Sprintera.
W istocie dla większości państw świata poza klubem producentów ropy naftowej ogniwa paliwowe wydają się fantastycznym lekiem na wszelkie bolączki związane z energetyką. Nie ma kłopotu z tlenem, trochę trudniej jest uzyskać wodór. Za to, kiedy mamy już ten dwa gazy, a do tego ogniwa paliwowe, to możemy gwizdać na groźby jakiegoś państwa, że nam zakręci kurek z ropą albo gazem. I tak nie zabranie nam elektryczności, a ponadto, wytwarzając ją, nie wpuszczamy trucizn do atmosfery i nie zniszczymy lasów kwaśnymi deszczami. Produkując energię w ogniwach paliwowych do atmosfery, wypuszczamy wodę, najpowszechniejszy związek chemiczny na ziemi.
Nic dziwnego, że w Niemczech i USA zbudowano już kilka małych elektrowni z ogniwami paliwowymi, a budowę większych rozpoczęto. W USA testuje się już maleńkie elektrownie z ogniw, które można instalować przy każdym domu. Akcje firm zaangażowanych w prace badawcze nad ogniwami paliwowymi błyskawicznie rosną w cenę na Wall Street. W najbardziej uprzemysłowionej części świata doskonale rozumieją, że ogniwa paliwowe otwierają drogę do niewyczerpanego właściwie źródła energii, dającej się w kółko odtwarzać - prawie jak w marzeniach o perpetuum mobile, wiecznie działającym urządzeniu.
Oczywiście perpetuum mobile nie ma, i nie są nim również ogniwa paliwowe. Są jednak szansą na niezależność energetyczną. Zwłaszcza wtedy, kiedy zasoby ropy na świecie skurczą się (być może już za kilkadziesiąt lat) i cenę jej baryłki można by liczyć na wagę złota.
Dogadać się z pompiarzem
Ogniw paliwowych z łodzi podwodnej do auta nie da się jednak tak łatwo przenieść jak do wielkiego gmaszyska elektrowni. Setki milionów dolarów koncerny samochodowe wykładają na budowę urządzeń, które zmieszczą się w samochodzie normalnej wielkości. Projektanci muszą przy tym zadbać o konstrukcję bardzo wydajnego chłodzenia, bo w czasie syntezy tlenu z wodorem wytwarza się mnóstwo ciepła.
Kluczowym problemem jest jednak przewożenie wodoru. W czystej postaci jest to diabelnie wybuchowy gaz. Chociaż konstruuje się już niezwykle wytrzymałe zbiorniki wodoru, to dla wielu osób auto na czysty wodór może kojarzyć się z bombą na kółkach. Wreszcie tankowanie wodoru wymagałoby budowy od podstaw sieci horrendalnie kosztownych, wyposażonych w skomplikowane urządzenia stacji paliwowych.
Dlatego koncerny samochodowe przyszłość widzą w autach, które nie tankowałyby wodoru w czystej postaci. Zamiast tego miałyby urządzenia, oddzielające wodór z innego związku. Najczęściej przypuszcza się, że może to być metanol. Jest on dużo bezpieczniejszy od wodoru, a ponadto niedużym kosztem można przystosować normalne stacje paliw do jego dystrybucji. Zmiana byłaby porównywalna do tej, którą przeżyli pompiarze, zastępując etylinę benzyną bez ołowiu. Dlatego koncerny naftowe nie krzyczą, że auta z ogniwami paliwowymi pozbawią ich pracy; przeciwnie - dadzą szansę dalszego rozwoju.
Metanol zamiast czystego wodoru ma też inne korzyści. Tankowany czystym wodorem Mercedes Sprinter, który w tym roku wyjedzie na szosy Niemiec, musi napełniać zbiornik paliwa co 150 km. Auto wykorzystujące wodór z metanolu, trzeba by tankować co 500-600 km.
Ale coś za coś. Auto z ogniwami paliwowym wykorzystujące czysty wodór wypuszcza z rury wydechowej tylko parę wodną. Auto otrzymujące wodór z metanolu czy innego związku musiałoby brudzić świat spalinami, chociaż wielokrotnie mniej szkodliwymi niż z dzisiejszych, najnowocześniejszych nawet silników benzynowych czy diesli.
Aby auta z ogniwami paliwowymi upowszechniły się, nie mogą być również dużo droższe od pojazdów o konwencjonalnym napędzie. Bez produkcji na masową skalę nie da się tego uzyskać. To jeszcze jeden powód, aby dopasować ogniwa paliwowe do rozmiarów zwykłego auta. Zapewne przez wiele lat oferowane będą takie same auta, tyle że z odmiennym napędem. Na benzynę albo na wodór.
Wodorowy kalendarz
Kiedy na drogach zobaczymy auta napędzane ogniwami paliwowymi? Po Kalifornii jeździ już 50 takich próbnych pojazdów. W Niemczech Sprinter Mercedesa zobaczymy w tym roku. W przyszłym roku także Mercedes chce oddać do normalnej eksploatacji pierwszy autobus miejski z tym przyszłościowym napędem. A samochody osobowe? Koncerny z całego świata zapowiadają, że pierwsze seryjnie produkowane takie pojazdy pojawią się w ich salonach między 2003 a 2005 r.
Przez pewien czas będą to najczęściej auta tankujące czysty wodór. Zapewne więc taksówki czy innego typu pojazdy używane przez służby publiczne. W przypadku takich pojazdów najprościej bowiem wybudować kilka stacji paliwowych z wodorem. Wciąż jeszcze wymagające wielu prac od konstruktorów auta z ogniwami, tankujące metanol, powinny pojawić się do 2010 r. A za to już za 20 lat, zdaniem DaimlerChryslera, lwia część autobusów miejskich w Niemczech powinna poruszać się dzięki temu czystemu źródłu energii.
W tym czasie pojawią się mniejsze ogniwa paliwowe, wykorzystujące wodór zawarty w normalnej benzynie. W pracach nad konstrukcją takich urządzeń współpracują np. BMW z amerykańskim koncernem Delphi. Byłyby to urządzenia pomocnicze, które nie poruszają aut, ale wytwarzają elektryczność np. dla klimatyzacji.
