Ogniwo paliwowe

W roku 1839 fizyk brytyjski William R. Grove zademonstrował, że podczas elektrochemicznej reakcji łączenia wodoru z tlenem powstaje prąd elektryczny. Ogniwo takie nie ma części ruchomych, działa bezszumowo, a jego jedyną substancją odpadową jest woda. Jednak oparte na tym zjawisku ogniwa paliwowe przez ponad wiek były zaledwie ciekawostką laboratoryjną. Dopiero w latach sześćdziesiątych obecnego wieku lekkie i zwarte (choć drogie) ich odmiany NASA zaczęła instalować w statkach kosmicznych do zasilania ich w energię elektryczną. Dziś technologię tę, obiecującą czystą ekologicznie, efektywną i cichą pracę, próbuje się wykorzystać w wielu nowych ziemskich zastosowaniach, w tym do zasilania telefonów komórkowych, komputerów przenośnych, domów i mieszkań oraz elektrycznych silników samochodowych.
Specjaliści oceniają, że zastąpienie tradycyjnych metod wytwarzania energii elektrycznej z węgla przez ogniwa paliwowe powinno zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o 40% - 60%, zaś emisję tlenków azotu o 50% -90%.
Zasada działania ogniwa paliwowego jest prosta już z założenia. Zarówno zwykłe baterie elektryczne, jak i ogniwa paliwowe wytwarzają prąd elektryczny dzięki reakcjom elektrochemicznym.

Reakcja sumaryczna:

W ogniwie paliwowym, zasilanym gazem ziemnym, cały proces zaczyna się od wydzielania czystego wodoru w urządzeniu zwanym reformerem.

Reakcje reformowania:

Powstający przy tym dwutlenek węgla jest usuwany na zewnątrz. Podobnie jest w przypadku stosowania metanolu. Następnie wodór trafia do właściwego ogniwa, wywołując kolejne reakcje chemiczne: platynowy katalizator na anodzie "wyrywa" z gazu elektrony, a dodatnio naładowane jony (protony) "rozpuszczają się" w elektrolicie.

Reakcja anodowa:

Obojętny elektrycznie tlen, doprowadzany do katody przechwytuje swobodne elektrony powodując powstanie prądu stałego. Ujemnie naładowane jony tlenu reagują w elektrolicie z protonami również znajdującymi się w elektrolicie, wytwarzając wodę.

Reakcja katodowa:

Powstający stały prąd elektryczny zostaje w przetwornicy przekształcony na prąd zmienny, z którego łatwiej można korzystać. Jak długo do właściwego ogniwa paliwowego dopływa wodór i tlen, tak długo wytwarza ono prąd elektryczny, ciepło i wodę.
Siła elektromotoryczna pojedynczego ogniwa wynosi około 1 wolta, lub mniej, a natężenie prądu elektrycznego w obwodzie zależy od powierzchni elektrod. Napięcie można zwiększać łącząc ze sobą szeregowo wiele takich ogniw - jak plastry wafli przekładanych nieprzepuszczalnymi dla elektrolitu, lecz przewodzącymi prąd elektryczny, membranami -zwiększając w ten sposób ich wydajność.