Palivový článek a kogenerační jednotky
Vyžádejte si bezplatné poradenstvíČistý, ekologický a dlouhodobě udržitelný zdroj energie. Slovní spojení, které v posledních dekádách rezonuje v oblasti energetiky asi nejvíce. Vedle stále se zvyšujících nároků lidstva na poptávku po energii je vývoj ekologicky čistých technologií nezbytností. Je ironií, že jednu z takových technologií nemusíme hledat v budoucnu, ale v době před téměř 180 lety. Právě tehdy byl objeven princip elektrochemického palivového článku
Jistý švýcarský vědec si při svých pokusech s elektrolýzou všiml, že umí vedle reakce vodíku a kyslíku generovat stejnosměrný proud. Heuréka! Škoda jen, že svůj objev založil do zásuvky, ze které ho až po více než 100 letech vytáhli inženýři z NASA, aby nám umožnili lety do kosmu. A v čem se vlastně skrývá podstata přeměny chemické energie na elektrickou?
Jak se generuje elektrický proud
Každý elektrochemický palivový článek musí obsahovat dvě elektrody (katodu a anodu). Mezi katodou a anodou se nachází membrána. Do článku je dále přiváděno okysličovadlo a palivo. Palivo je díky katalyticky aktivnímu povrchu elektrody štěpeno na elementární částice (protony a elektrony).
Membrána umí propustit pouze protony (kladně nabité částice) a elektrony (záporně nabité částice) jsou tak usměrněny přes vodivý okruh, díky čemuž je generován proud. Během reakce vzniká také odpadní teplo. Protony, elektrony, katody, anody, elektrolyt, katalýza... Mnoho odborných slov, ale k čemu je to vlastně dobré?
Výroba tepla a elektrické energie současně
Daná technologie je v oblasti energetiky vhodně použitelná pro účely kompaktních kogeneračních zařízení. Kogenerace (spojená výroba tepla a elektrické energie) představuje v současné době extrémně populární řešení pro soukromý sektor a rodinné domy.
V jednom zařízení kompaktních rozměrů je možné vyrábět dostatek tepla pro přípravu teplé topné i pitné vody, jakož i pokrýt část spotřeby elektrické energie, což umožňuje osvobození od centralizované výroby a napojení na veřejnou síť.
Kogenerační jednotky s palivovým článkem
Moderní kompaktní kogenerační jednotky s palivovým článkem se skládají ze dvou modulů — z modulu palivového článku a plynového kondenzačního kotle.
Plynový kotel je využíván na pokrývání špičkové spotřeby tepla, tedy v době, kdy produkce tepla při výrobě elektrické energie pomocí palivového článku není dostačující. O produkci elektrické energie se postará palivový článek.
Jak již bylo zmíněno, palivový článek potřebuje pro svůj provoz okysličovadlo a palivo. Jako okysličovadlo je používán kyslík obsažený ve vzduchu. Palivový vodík je získáván ze zemního plynu.
Pro daný účel je v kogenerační jednotce umístěn tzv. reformer. Reakcí vzdušného kyslíku a palivového vodíku je generován stejnosměrný proud, který je v měniči transformován na střídavý. Produktem reakce je čistá voda a odpadní teplo, které je dále zužitkováno.
Výhody technologie
Výrobu elektrické energie pomocí elektrochemických palivových článků můžeme zařadit mezi alternativní a ekologické zdroje energie. Jaké jsou výhody dané technologie? Vysoká účinnost výroby elektrické energie, extrémně nízké emise oxidů síry, dusíku a uhlíku.
Jelikož palivový článek nepotřebuje žádné pohyblivé součástky, chod je velmi tichý. Výborná regulovatelnost a přizpůsobení dynamickému zatížení. Kompaktnost a malé rozměry umožňují použití v rodinných domech. Jednoduchost provozu a malé nároky na údržbu.
Palivové články svými výhodami zjevně převyšují konkurenční způsoby výroby elektrické energie. Proč tedy ještě není v každém rodinném domě jedna kogenerační jednotka? Odpověď je jednoduchá. Cena a přetrvávající neochota lidí přistoupit k alternativním zdrojům.
I když kořeny elektrochemických palivových článků sahají do první poloviny 19. století, využitelnost v komerční sféře se ve větší míře začala realizovat jen v poslední dekádě. A jako každá nová technologie, i tato něco stojí. Postupně jsou však optimalizovány výrobní postupy a drahé zastaralé materiály nahrazovány modernějšími a efektivnějšími.
Velkým bonusem je i možnost vysokých státních dotací. V současné době jsou již mikrokogenerační jednotky s palivovým článkem komerčně dostupné a postupně si nalézají cestu ke svým odběratelům, což je pro zastavení neefektivního zacházení s energiemi jen a jen prospěšné.