Dr Mariusz Kłos, Politechnika Warszawska

Obraz sjeiti z Pixabay

Wodór jest nośnikiem energii, który nie występuje w czystej postaci. W przyrodzie występuje tylko w kombinacji z innymi pierwiastkami (z tlenem w wodzie, z wę­glem i tlenem w związkach organicznych zawartych w paliwach kopalnych). Pro­dukcja wodoru polega więc na wytrąceniu go z tych związków kosztem energii do­starczonej z zewnątrz. Można zatem pozy­skiwać wodór z paliw kopalnych, biomasy, wody; w trakcie zachodzenia różnych procesów elektro-termo-chemicznych.

Urządzeniami, które najefektywniej mogą konwertować energię chemiczną wodoru na inne rodzaje energii są ogniwa pali­wowe. W ogniwach paliwowych zachodzi bezpośrednia przemiana energii chemicz­nej paliwa w energię elektryczną, co jest ich istotną zaletą.

Zasada działania wszystkich ogniw paliwowych jest podobna, pomimo, że opracowano wiele typów ogniw charak­teryzujących się znacznym zróżnico­waniem parametrów eksploatacyjnych w zależności od rodzaju zastosowanego paliwa, elektrolitu i temperatury pracy, a tym samym różnymi możliwościami ich wykorzystania.
Aplikacje energetyczne są zbudowa­ne z wielu szeregowo połączonych cel tworzących tzw. stos. Do podstawowych wad ogniw paliwowych należy ustępliwa charakterystyka prądowo – napięciowa, przez co są one urządzeniami nieprze­ciążalnymi, co utrudnia bezpośred­nią współpracę z elektroenergetyczną automatyką zabezpieczeniową tak ważną dla zapewnienia bezpieczeństwa przeciw przeciążeniowego i przeciw porażeniowe­go w trakcie eksploatacji.
Ogniwa paliwowe dzięki swoim właściwo­ściom mogą zrewolucjonizować globalny sektor energetyczny stając się kluczową technologią do produkcji energii elek­trycznej i ciepła w przyszłości. Ogniwa paliwowe mają wiele zalet, w tym znaczne zmniejszenie emisji szkodliwych substan­cji, a szczególnie dwutlenku węgla, przy bardzo wysokiej sprawności. Wysoka tem­peratura pracy niektórych typów ogniw (dla ogniw MCFC i SOFC jest to odpo­wiednio 650 i ok. 1000°C) daje możliwość pracy w kogeneracji.

Generowany przez ogniwo paliwowe stały prąd elektryczny jest poddawany konwer­sji na prąd przemienny w przetworniku energoelektronicznym DC/AC. Ogniwa wysokotemperaturowe są predysponowa­ne do zastosowania w dużych systemach stacjonarnych (generacja rozproszona) o mocach od kilkudziesięciu kW do pojedynczych MW. Obiektami zasilany­mi przez układy pracujące w kogeneracji będą najprawdopodobniej biurowce, szpitale, supermarkety i centra handlowe. Przewiduje się również ich wykorzystanie w wewnętrznej infrastrukturze zasilającej zakładów przemysłowych.

Również ogniwa niskotemperaturowe, jak PEMFC, są brane pod uwagę do zastosowań w budowie małych jedno­stek wytwórczych do zasilania potrzeb własnych obiektów energetyki zawodowej i telekomunikacji, zastępując układy bazu­jące na bateriach akumulatorów. Instytut elektroenergetyki PW wraz z Wydziałem Chemii PW opracował kilka pilotażo­wych rozwiązań układów gwarantowa­nego napięcia wykorzystujących nisko i średnio temperaturowe ogniwa paliwowe dedykowane do zasilania odbiorników krytycznych potrzeb własnych stacji elektroenergetycznych. Jak wspomnia­no wcześniej wykorzystanie technologii wodorowych, w tym ogniw paliwowych, może przyczynić się do znacznej redukcji emisji dwutlenku węgla, czyli umożliwić realizację celów politycznych krajów wysoko uprzemysłowionych, chcących przeciwdziałać globalnemu ociepleniu. Technologie wodorowe jak na razie nie są konkurencyjne w stosunku do innych technologii paliwowych (np. do biopaliw) i technologii energetycznych o równie dużym potencjale innowacji, np.: nowo­czesnych bezemisyjnych technologii wę­glowych, turbozespołów wiatrowych, czy choćby nawet wciąż ulepszanych baterii akumulatorów.