Pokud čtete článek o palivových článcích, víte, že vyrábějí elektřinu z vodíku a kyslíku a vydávají pouze páru. Hlavním problémem palivových článků na vodíkový pohon je skladování a distribuce vodíku. Podrobnosti najdete v části Jak funguje vodíková ekonomika.
Plynný vodík není energeticky velmi husté palivo, což znamená, že obsahuje málo energie na jednotku objemu ve srovnání s kapalným palivem, jako je benzín nebo metanol. Je tedy obtížné vměstnat dostatek vodíkového plynu do auta poháněného palivovými články, aby mu poskytl rozumný dojezd. Kapalný vodík má dobrou hustotu energie, ale musí být skladován při extrémně nízkých teplotách a vysokých tlacích; to značně ztěžuje skladování a přepravu.
Běžná paliva, jako je zemní plyn, propan a benzín, a méně běžná paliva, jako je metanol a etanol, mají všechna ve své molekulární struktuře vodík. Pokud by existovala technologie, která by dokázala odstranit vodík z těchto paliv a použít jej k pohonu palivového článku, problém skladování a distribuce vodíku by byl téměř zcela odstraněn.
Tato technologie je ve vývoji. Říká se tomu palivový procesor nebo reformátor . V tomto vydání HowStuffWorks , naučíme se, jak parní reformátor funguje.
Obsah
Úkolem procesoru paliva je poskytovat relativně čistý vodík do palivového článku pomocí paliva, které je snadno dostupné nebo snadno přepravitelné. Zpracovatelé paliva musí být schopni toho dosáhnout účinným způsobem s minimálním znečištěním – jinak v první řadě negují výhody používání palivových článků.
U automobilů je hlavním problémem akumulace energie . Aby se zabránilo velkým, těžkým tlakovým nádržím, je kapalné palivo výhodnější než plyn. Společnosti pracují na procesorech paliv pro kapalná paliva, jako je benzín a metanol. Metanol je z krátkodobého hlediska nejslibnějším palivem; lze jej skladovat a distribuovat v podstatě stejným způsobem jako nyní benzín.
Pro domy a stacionární výrobu energie jsou preferována paliva jako zemní plyn nebo propan. Mnoho elektráren a domů je již napojeno na dodávky zemního plynu potrubím. A některé domy, které nejsou napojeny na plynové potrubí, mají propanové nádrže. Má tedy smysl přeměnit tato paliva na vodík pro použití ve stacionárních palivových článcích.
Metanol i zemní plyn lze přeměnit na vodík v parním reformátoru .
Existuje několik typů parních reformátorů, jeden reformující metanol a další reformující zemní plyn .
Molekulární vzorec pro methanol je CH 3 OH . Cílem reformátoru je odstranit co nejvíce vodíku (H ) z této molekuly, a to při minimalizaci emisí znečišťujících látek, jako je oxid uhelnatý (CO ). Proces začíná odpařováním kapalného methanolu a vody. K tomu se využívá teplo produkované v procesu reformování. Tato směs methanolu a vodní páry prochází vyhřívanou komorou, která obsahuje katalyzátor.
Když molekuly metanolu narazí na katalyzátor, rozdělí se na oxid uhelnatý (CO ) a plynný vodík (H 2 ):
Vodní pára se rozdělí na plynný vodík a kyslík; tento kyslík se spojí s CO za vzniku CO2 . Tímto způsobem se uvolňuje velmi málo CO, protože většina se přemění na CO2 .
Zemní plyn, který se skládá převážně z metanu (CH 4 ), se zpracovává pomocí podobné reakce. Metan v zemním plynu reaguje s vodní párou za vzniku oxidu uhelnatého a vodíkových plynů.
Stejně jako při reformování metanolu se vodní pára štěpí na plynný vodík a kyslík, přičemž kyslík se spojuje s CO za vzniku CO2 .
Žádná z těchto reakcí není dokonalá; nějaký metanol nebo zemní plyn a oxid uhelnatý projdou bez reakce. Ty se spalují za přítomnosti katalyzátoru, s trochou vzduchu pro přívod kyslíku. Tím se převede většina zbývajícího CO na CO2 a zbývající methanol na CO2 a voda. K čištění jakýchkoli jiných znečišťujících látek, jako je síra, které mohou být v proudu výfukových plynů, lze použít různá další zařízení.
Je důležité eliminovat oxid uhelnatý z proudu výfukových plynů ze dvou důvodů:Za prvé, pokud CO prochází palivovým článkem, snižuje se výkon a životnost palivového článku; za druhé, je to regulovaná znečišťující látka, takže auta ji mohou produkovat pouze v malém množství.
Aby bylo možné vytvořit energii, musí několik systémů spolupracovat, aby zajistily požadovaný elektrický výkon. Typický systém by sestával z elektrické zátěže (jako je dům nebo elektromotor), palivový článek a palivový procesor .
Vezměme si případ auta poháněného palivovými články. Když sešlápnete plynový (vodíkový) pedál, stane se několik věcí přibližně ve stejnou dobu:
Podobný sled událostí se stane ve vašem domě, když náhle zvýšíte spotřebu elektřiny. Když se například zapne klimatizace, výkon palivového článku se musí rychle zvýšit, jinak se světla ztlumí, dokud palivový článek nedosáhne poptávky.
Palivové procesory mají také nevýhody, včetně znečištění a celkovou účinnost paliva .
Ačkoli procesory paliva mohou poskytnout vodíkový plyn do palivového článku a zároveň produkovat mnohem méně znečištění než spalovací motor, stále produkují značné množství oxidu uhličitého (CO2 ). Ačkoli tento plyn není regulovanou znečišťující látkou, existuje podezření, že přispívá ke globálnímu oteplování.
Pokud je v palivovém článku použit čistý vodík, je jediným vedlejším produktem voda (ve formě páry). Žádné CO2 nebo se uvolňuje jakýkoli jiný plyn. Ale protože auta poháněná palivovými články, která využívají procesory paliva, vypouštějí malé množství regulovaných znečišťujících látek, jako je oxid uhelnatý, nebudou kvalifikována jako vozidla s nulovými emisemi (ZEV) podle kalifornských emisních zákonů. Právě teď jsou hlavní technologie, které se kvalifikují jako ZEV, elektromobily na baterie a auta s palivovými články na vodík.
Namísto snahy zlepšit zpracovatele paliva do bodu, kdy nebudou vypouštět žádné regulované znečišťující látky, některé společnosti pracují na nových způsobech, jak skladovat nebo vyrábět vodík ve vozidle . Ovonic vyvíjí kovové hydridové skladovací zařízení, které absorbuje vodík podobně jako houba absorbuje vodu. To eliminuje potřebu vysokotlakých skladovacích nádrží a může zvýšit množství vodíku, které lze uložit ve vozidle.
Powerball Technologies chce použít malé plastové kuličky plné hydridu sodného, které při otevření a vhození do vody produkují vodík. Vedlejším produktem této reakce je kapalný hydroxid sodný , je běžně používaná průmyslová chemikálie.
Další nevýhodou palivového procesoru je, že snižuje celkovou účinnost vozu s palivovými články. Palivový procesor využívá teplo a tlak k podpoře reakcí, které rozdělují vodík. V závislosti na druhu použitého paliva a účinnosti palivového článku a palivového procesoru může být zlepšení účinnosti oproti konvenčním benzinovým vozům poměrně malé. Podívejte se na toto srovnání účinnosti auta poháněného palivovými články, auta na benzín a elektromobilu.
