A. John Appleby(Elektrochemiczne silniki samochodowe).pdf

silniki samochodowe

Ogniwa paliwowe mog pos¸uýy do nap«du samochodw

czystszych ekologicznie. Jednak przeszkody techniczne

i ekonomiczne opniaj wdroýenie tej technologii

A. John Appleby

tobusw na drogach wciý wzrasta. Najwi«k-

sze æwiatowe zapasy ropy naftowej znajduj si«

na niestabilnym politycznie Bliskim Wschodzie i nie s

niewyczerpalne. Znane s dobrze zagroýenia dla zdro-

wia powodowane przez tlenki azotu i inne sk¸adniki

spalin; coraz wi«ksz uwag« skupia si« na emisji dwu-

tlenku w«gla pot«gujcego efekt cieplarniany. Potrze-

ba znalezienia innych rozwizaÄ niý silniki spalania

wewn«trznego staje si« wi«c coraz bardziej oczywi-

sta. Wprawdzie silniki samochodowe s coraz czyst-

sze ekologicznie i bardziej sprawne, jednak korzyæci

niweluje gwa¸towny wzrost liczby pojazdw, obserwo-

wany zw¸aszcza na rynkach azjatyckich. W 1996 ro-

ku krýy¸o po drogach ca¸ego æwiata oko¸o 634 mln

pojazdw, co oznacza przyrost o niemal 30% w cigu

dziesi«ciolecia. Pojazdy te, wed¸ug International Ener-

gy Agency, wyemitowa¸y ¸cznie oko¸o 3.7 mld ton

dwutlenku w«gla.

Producenci samochodw poszukuj rýnych me-

tod radykalnego ograniczenia emisji szkodliwych sub-

stancji. Wiele nadziei wiýe si« obecnie z elektroche-

micznymi ogniwami paliwowymi jako rd¸ami

energii nap«du elektrycznego. W odrýnieniu od zna-

nych ogniw suchych, w ktrych zmagazynowana jest

ustalona iloæ energii, ogniwa paliwowe mog praco-

wa tak d¸ugo, jak d¸ugo dostarcza si« im paliwa i utle-

niacza, i dopki elementy ogniw s sprawne.

Uwag« opinii publicznej przycign«¸y niedawne

oæwiadczenia g¸wnych producentw samochodw,

z ktrych wi«kszoæ prowadzi prace badawcze

ukierunkowane na produkcj« ogniw paliwowych.

DaimlerChrysler i General Motors oznajmi¸y, ýe do

2004 roku przygotuj do masowej produkcji kilka mo-

deli samochodw osobowych. LondyÄska firma Ze-

vco planuje wytwarzanie ogniw paliwowych do pojaz-

dw transportu miejskiego w Nowym Jorku.

Mimo iý pojazdy nap«dzane ogniwami paliwowy-

mi dopiero od niedawna budz wi«ksze zaintereso-

wanie, ogniwa paliwowe by¸y stosowane w trakcji juý

w latach pi«dziesitych. Uýywano ich rwnieý we

wszystkich za¸ogowych misjach kosmicznych, po-

czwszy od Projektu Gemini w 1965 roku.

Substancje chemiczne

Elektrolitem w ogniwach paliwowych Ð medium,

ktre ¸czy elektrycznie elektrody wewntrz ogniwa

Ð mog by rýne substancje chemiczne. Wodr do-

starczany do anody (oznaczajcej tu elektrod« ujemn)

reaguje z ni, uwalniajc elektrony. Wytworzony prd

elektryczny p¸ynie przez obwd zewn«trzny do kato-

dy (elektrody dodatniej), gdzie nast«puje redukcja tle-

nu. Prd jonowy, p¸yncy przez elektrolit, zamyka ob-

wd. Jedynym produktem odpadowym reakcji jest

woda. W zasadzie moýna uýywa innego paliwa niý

wodr, ale wtedy produkty reakcji ãzatruwajÓ kata-

lizator, czego skutkiem jest niýsze napi«cie wyjæcio-

we i gorsza sprawnoæ energetyczna. We wszystkich

ogniwach paliwowych, pracujcych w temperaturze

dostatecznie niskiej do zastosowaÄ trakcyjnych, kata-

lizatorem potrzebnym do uzyskania wystarczajcej

szybkoæci reakcji jest zwykle platyna.

Bezpoærednia przemiana energii chemicznej w elek-

tryczn zachodzca w ogniwie paliwowym moýe teo-

retycznie osiga bardzo duý sprawnoæ. W prakty-

ce, nawet w przypadku zastosowania najlepszych

katalizatorw platynowych lub stopw platyny, po-

wolna reakcja tlenu na katodzie ogranicza osigaln

sprawnoæ do 45Ð60%. Ale i tak wynik jest lepszy niý

uzyskiwany we wsp¸czesnych silnikach spalania

wewn«trznego: ærednio jest to 15%, podczas gdy w ide-

alnych warunkach wartoæ ta powinna wynosi 35%.

Do tak duýej wydajnoæci przyczynia si« fakt, ýe ogni-

wo paliwowe nie pracuje na biegu ja¸owym, gdy po-

jazd stoi.

Inn istotn przyczyn zmniejszenia sprawnoæci

ogniw paliwowych jest rezystancja elektrolitu i nie-

NOWOCZESNY SAMOCHîD NAP¢DZANY OGNIWAMI PALIWOWYMI. W modelu Nescar 4 DaimlerChryslera

uýyto do wytwarzania prdu cztery ogniwa paliwowe umieszczone pod pod¸og. Ciænienie w nich utrzymuje spr«ýarka.

Powietrze i wodr s uzdatniane w nawilýaczu, wymiennik ciep¸a zmniejsza straty cieplne, skraplacz przechwytuje

powstajc wod«. P¸ynny wodr jest magazynowany w zbiorniku kriogenicznym. Ch¸odnica powietrzna (nie pokaza-

na na rysunku) eliminuje zuýyte ciep¸o.

38 å WIAT N AUKI WrzesieÄ 1999

Elektrochemiczne

L iczba samochodw osobowych, ci«ýarwek i au-

jednorodnoæ jego koncentracji. Straty te moýna

obniýy, wykorzystujc silnie kwaæne lub alkaliczne

elektrolity. Alkaliczne ogniwo paliwowe (alkaline fuel

cell Ð AFC), pracujce na spr«ýonym wodorze i tlenie,

po raz pierwszy uýyto w 1959 roku do nap«du ci-

gnika rolniczego Allis-Chalmers. Wad tych ogniw

by¸a koniecznoæ zasilania ich wodorem pozbawio-

nym zanieczyszczeÄ dwutlenkiem w«gla, ktry re-

agujc z elektrolitem, wytwarza¸by sta¸e w«glany.

Poniewaý wiele koncepcji nap«du samochodw prze-

widuje wytwarzanie wodoru w pojedzie z innych

paliw Ð nieod¸cznie z pewnymi domieszkami dwu-

tlenku w«gla Ð liderzy tej technologii w wi«kszoæci

odrzucili uýycie ogniw AFC. Moýna jednak wiele od

nich oczekiwa w sytuacjach, gdy jest dost«pny wodr

o czystoæci przemys¸owej. Ogniwa AFC wytwarza si«

z tanich materia¸w. W latach osiemdziesitych opra-

cowano metod« wytwarzania katod niewraýliwych

na w«glany, mniej podatnych na dzia¸anie dwutlenku

w«gla. Ponadto ogniwa alkaliczne wymagaj mniej-

szej iloæci platyny aniýeli ogniwa kwasowe.

Elektrolity kwasowe s niewraýliwe na dwutlenek

w«gla, ale maj inne ograniczenia. Typowe kwasy po-

trzebuj ærodowiska wodnego, aby przewodzi jony

wodorowe, a wi«c ogniwa musz pracowa poni-

ýej temperatury wrzenia wody. Takie wyma-

gania zmniejszaj ich sprawnoæ. Wyjtkiem jest st«-

ýony kwas fosforowy, ktry umoýliwia prac« ogniw

w temperaturze 200¡C. Tego typu ogniwa, zasilane

powietrzem z otoczenia oraz wodorem uzyskiwanym

z gazu ziemnego, pracuj w paru szpitalach i hotelach

od pocztku lat dziewi«dziesitych. Podobne zasto-

sowano rwnieý do nap«du miejskich autobusw, jed-

nak kilka godzin potrzebnych do rozgrzania stawia

pod znakiem zapytania uýycie ich w samochodach

osobowych i dostawczych.

Poniewaý wi«kszoæ roztworw wodnych kwasw

jest lotna lub niestabilna, chemicy rozpocz«li w latach

szeædziesitych eksperymenty z elektrolitami z syn-

tetycznych polimerw. Nowoczesne elektrolity, jak

Nafion firmy Du Pont, zawieraj grupy kwasu sulfo-

nowego u¸atwiajce przep¸yw protonw. Elektrolit

ma posta membrany separujcej elektrody. Ogniwo

paliwowe z membran wymiany protonw (proton-

exchange membrane Ð PEM) pracuje w temperaturze

oko¸o 80¡C i najlepiej nadaje si« do nap«du samo-

chodw. Najnowsze doniesienia dotycz takich w¸a-

ænie rozwizaÄ.

W ogniwach paliwowych z membran PEM kata-

lizatorem jest platyna. W typowym rozwizaniu cz-

SKRAPLACZ

POMPA WODY

WYMIENNIK CIEPüA

FILTR WODY

CENTRALNY SYSTEM

ELEKTRYCZNY

STOS

OGNIW PALIWOWYCH

ZBIORNIK WODORU

TüUMIK

NAWILûACZ WODORU/POWIETRZA

FILTR POWIETRZA

SPR¢ûARKA/ROZPR¢ûARKA

å WIAT N AUKI WrzesieÄ 1999 39

steczki metalu o ærednicy oko¸o 10 atomw Ð najmniej-

szy osigalny rozmiar Ð s osadzane na powierzchni

ma¸ych czsteczek w«gla. Wysoka cena platyny za-

wsze by¸a g¸wnym czynnikiem wstrzymujcym opra-

cowanie komercyjnych wersji ogniw paliwowych.

W roku 1986 trzeba by¸o uýy blisko 16 g platyny na

kilowat wytwarzanej mocy (1 kW jest rwnowaýny

1.3 KM). Dziæ 16 g platyny kosztuje 180 dolarw Ð zbyt

duýo, aby rozpocz masow produkcj«. Samochd

potrzebuje oko¸o 50 kW podczas przyspieszania. 1 Mo-

glibyæmy sobie z tym poradzi, stosujc uk¸ad hybry-

dowy z¸oýony z ogniwa paliwowego o mocy na przy-

k¸ad 15 kW i baterii akumulatorw wspomagajcych

w chwili najwi«kszego zapotrzebowania mocy.

Do zastosowaÄ praktycznych ¸czy si« szereg ze-

spo¸w elektrodaÐmembrana i p¸yt, tworzc ãstosÓ.

W 1989 roku firma Ballard Power Systems z Van-

couver wykona¸a 45-kilogramowy stos o obj«toæci 30 l,

ktry wytwarza¸ 5 kW mocy z wodoru i spr«ýonego

powietrza. Imponujce osigni«cie, jednak wciý

wymaga zbyt duýo platyny Ð wartoæci oko¸o 80 dola-

rw na kilowat. W 1995 roku Ballard donis¸ o znacz-

nie ulepszonym stosie, ktry mg¸by konkurowa, je-

æli chodzi o osigi, z silnikiem wewn«trznego spalania.

Majc t« sam wag« i obj«toæ co poprzedni, nowy

stos wytwarza¸ 32.3 kW przy sprawnoæci 54%. Obec-

nie rýne wersje stosw firmy Ballard s¸uý do nap«-

du autobusw w Vancouver i Chicago, a takýe kilku

doæwiadczalnych pojazdw DaimlerChryslera.

Samochody osobowe stawiaj wyýsze wymagania

niý autobusy. Jednak producenci aut w USA wsp¸-

pracujcy w programie Partnership for a New Gene-

ration of Vehicles (Konsorcjum na rzecz Pojazdw No-

wej Generacji) wybrali ogniwa paliwowe z membran

PEM jako jedn z dwch obiecujcych technologii, kt-

re przyczyni si« prawdopodobnie do opracowania

samochodu osobowego o ultraniskiej emisji zanie-

czyszczeÄ. (Druga koncepcja to uk¸ad hybrydowy z¸o-

ýony z wysoko sprawnego silnika spalania wewn«trz-

nego sprz«ýonego z bateri akumulatorw [patrz:

TECHNIKA I BIZNES , ãW oczekiwaniu na supersa-

mochdÓ; åwiat Nauki , czerwiec 1999]. Do autoæwiata

dotar¸o, ýe ãsilnik elektrochemicznyÓ Ð stos ogniw pa-

liwowych zasilajcy silnik elektryczny Ð moýe konku-

rowa z silnikiem wewn«trznego spalania, jeæli uda

si« zbi koszty poniýej 50 dolarw za kilowat.

Jest to wykonalne. Jedna z moýliwoæci zak¸ada

kombinacj« ogniwa paliwowego i baterii akumula-

torw, ktre dostarcza¸yby dodatkow moc w razie

koniecznoæci. To rozwizanie pozwoli¸oby odzyski-

wa energi« podczas hamowania Ð gdy pojazd zwal-

nia, silnik trakcyjny, s¸uýc jako hamulec, do¸adowu-

je akumulatory. Ponadto mog one dostarcza moc na

pocztku jazdy, jeæli pojazd jest wyposaýony w sys-

tem zasilania wodorem, potrzebujcy czasu na roz-

grzanie. Sprawnoæ ca¸kowita takiego systemu si«ga

40%. Zamontowano go w pewnej liczbie pojazdw,

w tym w autobusach zasilanych eksperymentalnymi

ogniwami z kwasem fosforowym (phosphoric-acid

fuel cells Ð PAFC).

Druga moýliwoæ to uýycie silnika elektrochemicz-

nego bez akumulatorw wspomagajcych i bez ha-

mowania regeneratywnego. Firma Ballard zastoso-

wa¸a t« strategi« w autobusach zasilanych przez

wspomniane wczeæniej ogniwa paliwowe z membra-

n PEM. Wed¸ug tej koncepcji osiga si« sprawnoæ

50% przy ærednim obciýeniu. Jednak ogniwo musi

teraz mie wi«ksz moc, a wi«c b«dzie droýsze. Co

wi«cej, æwiatowa produkcja platyny jest niewielka,

a metal ten jest potrzebny takýe do wielu innych zasto-

sowaÄ. Gdyby produkowa kaýdego roku dwa milio-

ny aut z silnikami elektrochemicznymi o mocy 50 kW

Ð czyli oko¸o 5% obecnej rocznej produkcji samocho-

dw Ð zuýycie platyny wynios¸oby 50 t, tj. oko¸o 1 / 3

dzisiejszej produkcji globalnej. Wynika z tego, ýe po-

jazdy z ãczystymiÓ ogniwami paliwowymi z mem-

bran PEM nie zdominuj w przysz¸oæci rynku æwia-

towego. Pojazdw hybrydowych wykorzystujcych

bateri« akumulatorw oraz ma¸e ogniwo paliwowe

moýna wytwarza znacznie wi«cej, zw¸aszcza z ogni-

Kosztowna platyna

Badacze z Los Alamos National Laboratory i z cen-

trum badawczego, ktrym kierowa¸em w Texas

A&M University, pod koniec lat osiemdziesitych i na

pocztku dziewi«dziesitych podj«li prace majce

na celu zmniejszenie iloæci platyny niezb«dnej w ogni-

wach paliwowych z membranami PEM. Ostatnio

znaczny wk¸ad do tych badaÄ wnios¸o kilka firm ko-

mercyjnych. W nowoczesnych ogniwach koszt pla-

tyny wynosi 6Ð8 dolarw na 1 kW, a wi«c 30-krotnie

mniej niý w 1986 roku. Dalsze ulepszanie elektrod

i sposobu wykorzystania platyny moýe zmniejszy

zapotrzebowanie na ten metal jeszcze o po¸ow«,

ale raczej nie wi«cej, chyba ýe nastpi nie dajcy si«

przewidzie prze¸om w badaniach. Nadal poszukuje

si« substytutu platyny do zastpienia jej na obu

elektrodach.

W nowoczesnych ogniwach zesp¸ elektrodaÐmem-

brana ma gruboæ jedynie 2.5 mm. Katoda jednego

ogniwa i anoda ogniwa doÄ przyleg¸ego s przedzie-

lone p¸yt, ktra ¸czy je elektrycznie w szereg. Po

obu stronach tej p¸yty znajduj si« albo kana¸y roz-

prowadzajce gaz, albo materia¸y porowate u¸atwia-

jce dost«p wodoru i tlenu do elektrod. W p¸ytach

mog by takýe umieszczone kana¸y do obiegu wody

ch¸odzcej.

AUSTIN A40 SEDAN wyposaýony w 1966 roku przez Karla Kordescha w al-

kaliczne ogniwo paliwowe firmy Union Carbide. Cho waýny historycz-

nie, nie by¸ to jednak samochd zbyt praktyczny: ogniwa zajmowa¸y znacz-

n cz«æ kabiny pasaýerskiej; zbiorniki spr«ýonego wodoru umieszczone

zosta¸y na dachu.

40 å WIAT N AUKI WrzesieÄ 1999

wami AFC, poniewaý w tym typie wykorzystuje si«

tylko 1 / 5 tej iloæci platyny, co w ogniwie z membran

PEM. T« koncepcj« wybra¸a firma Zevco.

paliwowych w porwnaniu ze wsp¸czesnymi samo-

chodami dawa¸oby bardzo nisk cen« paliwa na 1 km

przebiegu 2 . Wi«ksze szanse mia¸yby systemy pozwa-

lajce na przewz w samochodzie 3 kg wodoru, ilo-

æci niezb«dnej do przejechania 500 km ma¸ym autem.

Wydaje si«, ýe 3 kg to niezbyt duýo, jednak iloæ ta

zajmuje przy ciænieniu atmosferycznym obj«toæ 36 m 3

Ð czyli tyle, co kilka samochodw.

Spr«ýony wodr moýna by przewozi w zbiorniku

ciænieniowym o obj«toæci 180 l, co zaj«¸oby niemal p¸

bagaýnika samochodu. Pewne modele prototypowe

Forda wykorzystujce zaawansowane materia¸y kom-

pozytowe mia¸y mas« jedynie 25 kg.

Alternatywnym rozwizaniem by¸aby budowa obej-

mujcej ca¸y kraj sieci dystrybucji p¸ynnego wodoru.

Zbiornik kriogeniczny mieszczcy 3 kg wodoru wa-

ýy¸by 45 kg i mia¸ obj«toæ 100 l, czyli wi«cej niý zbior-

nik benzyny, ale da¸oby si« to zaakceptowa. Jednak

podczas skraplania straty wynosz 30% energii pali-

wa, a ponadto p¸ynny wodr jest bardzo lotny. Pozo-

stawiwszy auto na tydzieÄ na parkingu lotniska, po

powrocie moglibyæmy stwierdzi, ýe ca¸y zapas paliwa

wyparowa¸. Co wi«cej, nagromadzenie si« gazowego

wodoru grozi eksplozj.

Inny pomys¸ bazuje na fakcie, ýe wodr moýna ¸-

czy ze stopami zwizkw zwanych wodorkami me-

tali, ktre odwracalnie zwizuj do 2% wagowych ga-

zu. Materia¸y te s ci«ýkie i drogie, ale wydajne Ð

zmagazynuj wspomniane 3 kg wodoru w obj«toæci

50 l. Rok temu badacze z Northeastern University po-

informowali, jak zmagazynowa wodr, wykorzystu-

jc odwracaln absorpcj« gazu w temperaturze oto-

czenia wewntrz nanow¸kien w«glowych. Te wyniki

wymagaj potwierdzenia, ale jeæli nawet magazynowa-

na iloæ rýni si« dwukrotnie od podanej, metoda bar-

dzo zmniejszy obj«toæ potrzebn do utrzymania 3 kg

wodoru Ð do 35 l.

Cel: maksymalna wydajnoæ

W raporcie z lipca 1998 roku przygotowanym dla

California Air Resources Board szacuje si«, ýe do lip-

ca 2000 roku producenci samochodw wydadz na

ogniwa paliwowe z membran PEM 1Ð1.5 mld do-

larw. Aby jednak pojazdy z ogniwami paliwowy-

mi zyska¸y uznanie w nadchodzcych latach, musz

by bardziej ekonomiczne niý systemy hybrydowe

typu silnik wewn«trznego spalania i bateria aku-

mulatorw. Zmniejszenie emisji zanieczyszczeÄ nie

wystarczy.

W wysi¸kach zmierzajcych do podniesienia spraw-

noæci i op¸acalnoæci eksperymentowano z ogniwami

pracujcymi przy ciænieniu kilku dziesitych mega-

paskali, co zwi«ksza szybkoæ dyfuzji i reakcji wodo-

ru i tlenu. Zabieg ten ogranicza zuýycie platyny, jed-

nak zysk jest umiarkowany. Ponadto ci«ýszy pojemnik,

niezb«dny w pracy pod ciænieniem, zwi«ksza ci«ýar

stosu. Co wi«cej, podniesienie sprawnoæci wymaga

dostarczania tlenu w nadmiarze, a wi«c iloæ powie-

trza, ktre naleýy spr«ýy, b«dzie duýa. Poniewaý

kompresory s ha¸aæliwe i ma¸o sprawne, zalety pra-

cy pod ciænieniem wydaj si« dyskusyjne.

Mimo to firma Ballard okazuje zainteresowanie tym

pomys¸em, wykorzystujc wysokie ciænienie w ogni-

wach do usuwania wody majcej tendencj« do zaty-

kania kana¸w gazowych katody. Firma International

Fuel Cells z South Windsor ze stanu Connecticut,

wsplne przedsi«wzi«cie United Technologies i Toshi-

by, wykaza¸a, przeciwnie, ýe praca bez podwyýszania

ciænienia moýe zaowocowa opracowaniem ogniw lýej-

szych i o wi«kszej sprawnoæci. Firma wykorzystuje

przepuszczalny grafit, zawierajcy mikroskopijne po-

ry do sterowania przep¸ywem wody. Zespo¸y elektrod

membranowych z powodzeniem przesz¸y testy odpor-

noæci na cykliczne wymraýanie do Ð40¡C, jednakýe

czysta woda s¸uýca do ch¸odzenia i nawilýania mem-

brany musia¸a by najpierw usuni«ta.

W celu obniýenia kosztw producenci rozwaýaj

uýycie na p¸yty ¸czce elektrody spiekw z lekkich

kompozytw grafitowo-polimerowych i odpornych

na korozj« pianek metalowych. Cigle jednak koszt

membran, wynoszcy 95 dolarw na 1 kW w przy-

padku typowych stosw pracujcych przy ciænieniu

atmosferycznym, stanowi znaczn przeszkod«. Du

Pont twierdzi, ýe cena powinna zmale prawie dziesi«-

ciokrotnie, gdyby uda¸o mu si« sprzeda iloæ wystar-

czajc do 250 tys. samochodw rocznie. Nadal wy-

daj si« one zbyt drogie, wi«c poszukuje si« innych

substancji na elektrolity, na razie bez sukcesu.

Aby ogniwa paliwowe znalaz¸y powszechne zasto-

sowanie w pojazdach, trzeba rwnieý ulepszy meto-

dy magazynowania lub wytwarzania wodoru w

samym pojedzie. Gdyby gaz mia¸ by dostarczany

do pojazdw w swojej naturalnej czystej postaci, to

naleýa¸oby zbudowa ca¸kowicie now sie dystrybu-

cji i sprzedaýy wodoru.

Wodr moýna ¸atwo uzyska z gazu ziemnego. Iloæ

wodoru rwnowaýna energetycznie 3.7853 l benzyny

(galon amerykaÄski) kosztowa¸aby 1.20Ð1.50 dolara,

co z uwagi na dwukrotnie wyýsz sprawnoæ ogniw

Do pe¸na!

Producenci pracuj nad projektami pojazdw, kt-

re wytwarzaj wodr ãna miejscuÓ z noænika energii,

takiego jak metanol lub nawet benzyna. Auta wypo-

saýone w tego typu urzdzenia b«d emitowa¸y ultra-

AUTOBUS zbudowany przez Ballard Power Systems w Vancouver jest na-

p«dzany przez ogniwa paliwowe z membran PEM (z prawej) . Autobus wo-

zi spr«ýony wodr jako paliwo i praktycznie nie wytwarza zanieczyszczeÄ.

å WIAT N AUKI WrzesieÄ 1999 41

Najwaýniejsze prezentacje pojazdw z ogniwami paliwowymi

Data

Wytwrnia

Model pojazdu

Technologia

Paliwo, zasi«g

(jeæli znany)

1966

Karl Kordesch

Austin A40 sedan

Union Carbide,

Spr«ýony wodr

6 kW, AFC

(CH), 320 km

1990

H Power, Georgetown

Trzy 9.1-metrowe

Fuji Electric,

Wodr z reformingu

(uruchomiony

University, rzd USA

autobusy

50 kW, PAFC*

metanolu (RM)

IV 94)

1991

Ballard Power Systems

9.8-metrowy

Ballard Mk 5, 120 kW,

(uruchomiony

autobus

p/PEM

II/93)

X 1993

Energy Partners

ãGreen CarÓ

15 kW, p/PEM

CH, 100 km

samochd sportowy

IV 1994

Daimler-Benz

Necar (Mercedes-Benz Ballard Mk 5, 60 kW p/PEM

180 Goods Van)

V 1996

Daimler-Benz

Necar 2 (V class

Ballard Mk 7,

CH, 250 km

Mercedes-Benz Minivan) 50 kW netto,p/PEM

IX 1997

Daimler-Benz

Necar 3 (Mercedes-Benz j.w.

RM, 400 km

A-Class subkompakt)

VII 1998

DaimlerChrysler

Necar 4, j.w.

j.w.

P¸ynny wodr (LH),

400 km

1994Ð97

Ballard

Szeæ 12.2-metrowych Ballard, Mk 6,

autobusw

205 kW netto p/PEM

XI 1996

Toyota

RAV4, sportowy

10 kW, p/PEM*

Wodr absorbowany w

wodorkach metali (MH),

250 km

IX 1997

Toyota

RAV4, sportowy

25 kW p/PEM*

RM, 500 km

V 1997

Daimler-Benz

Nebus 12-metrowy

Ballard, 190 kW netto,

CH, 250 km

O405 N autobus

p/PEM

VIII 1997

Renault

Laguna kombi

De Nora (Mediolan),

LH, 500 km

30 kW, p/PEM

XII 1997

Mazda

Demio FCEV kombi

25 kW, p/PEM*

MH, 170 km

V 1998

Georgetown Univ.

12-metrowy autobus

Int. Fuel Cells,

RM, 550 km

Nova BUS,

100 kW netto, PAFC*

Min. Transportu USA

VII 1998

Zevco

Millenium London taxi

5 kW, AFC*

CH, 150 km

X 1998

General Motors (Opel)

Zafira Minivan

50 kW, p/PEM*

* System hybrydowy zawierajcy bateri« akumulatorw lub inne urzdzenie magazynujce energi«; p/ = system ciænieniowy

WIELE POJAZDîW nap«dzanych ogniwami paliwowymi zbudowano

w ostatnich latach, wykorzystujc rýne strategie inýynieryjne. Tablica za-

wiera przegld godnych uwagi pojazdw dopuszczonych do ruchu na au-

tostradach, w tym kilka obecnie uýywanych autobusw.

Sprawnoæ przemiany metanolÐprd w typowych

ogniwach PAFC si«ga 50%. W latach dziewi«dziesi-

tych firma H Power z Belleville w stanie New Jersey

wyprodukowa¸a kilka doæwiadczalnych autobusw

z nap«dem tego typu. Jedzi¸y bez problemw i mia-

¸y dwukrotnie wyýsz sprawnoæ niý autobusy nap«-

dzane silnikami wysokopr«ýnymi. By¸y ciche, a emi-

sja zanieczyszczeÄ wynios¸a zaledwie 1.5% iloæci tlenku

w«gla i 0.25% iloæci tlenkw azotu dopuszczonych

przez przepisy federalne.

Reforming metanolu trudniej skojarzy z ogniwa-

mi paliwowymi z membran PEM, gdyý potrzebna

jest konwersja katalityczna w celu obniýenia zawar-

toæci tlenku w«gla w produkcie wyjæciowym. Nawet

wtedy ogniwo paliwowe wymaga na anodzie znacz-

nej iloæci katalizatora w postaci stopu platyny i rute-

nu, aby zapobiec zatruciu. Ponadto pewna iloæ otrzy-

manego w tym procesie wodoru musi zosta spalona,

aby wytworzy par« potrzebn do reformingu. W sys-

ma¸ (ale niezerow) iloæ zanieczyszczeÄ, ponie-

waý w procesie nie da si« ich unikn. DaimlerChrysler

i General Motors s zgodne, ýe lepszy technicznie niý

wodr jest metanol. Ale podobnie jak w przypad-

ku wodoru na stacjach potrzebne by¸yby nowe kosz-

towne zbiorniki i pompy. Samochodowa instalacja ãre-

forminguÓ wytwarza wodr z metanolu w reakcji

z par wodn w temperaturze 280¡C w obecnoæci ka-

talizatora. Do wsp¸pracy z tak instalacj nadaj si«

szczeglnie dobrze ogniwa paliwowe typu PAFC, po-

niewaý wysoka temperatura ich pracy pozwala uzy-

ska ãdarmowÓ par« do konwertera metanolu. Do-

datkowo podwyýszona temperatura pracy ogniw czyni

je odpornymi na zatrucie powstajcym w ma¸ej iloæci

produktem ubocznym Ð tlenkiem w«gla.

42 å WIAT N AUKI WrzesieÄ 1999

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: