22. února 2016
Náš seriál Kosmonautika pomáhá se dnes po delší době dočkal dalšího pokračování. V tomto seriálu se zaměřujeme na technologické novinky, které byly objeveny, nebo rozvinuty díky letům do vesmíru a které postupně nachází uplatnění i v běžném životě. Cílem tohoto seriálu je ukázat, jak jsou cesty do vesmíru důležité. Že nejde jen o zkoumání vesmíru, zjišťování kde se na které planetě vyskytuje jaká sloučenina, ale že i cesta je cílem. Netvrdíme, že by některé technologie nevznikly bez kosmonautiky. Ale díky ní se dočkaly rychlejšího prosazení a vyladění. Stejné to bylo i u palivových článků. Už v době před programem Apollo hledali spolehlivý zdroj energie, který by nepotřeboval mnoho paliva, byl snadný na obsluhu a nebyl příliš rozměrný. Volba tehdy padal na palivový článek, který světu představil už v roce 1838 švýcarský vědec Christian Friedrich Schönbein. Od doby té doby se na vynálezu příliš nepokročilo. Největším nepřítelem palivového článku se stalo dynamo a další navazující technologie výroby elektrické energie.
Princip palivového článku
Zdroj: http://www.h2bus.cz/
Pro kosmické výpravy je ale palivový článek ideální. Postupem času se podařilo zkonstruovat velké množství různých typ palivových článků, ale jejich princip je v zásadě stejný – ve své podstatě se jedná o galvanický článek, ve kterém najdeme dvě elektrody oddělené speciální membránou. K anodě se přivádí palivo (velmi často vodík, ale může se jednat třeba také o metanol), ke katodě okysličovadlo (kyslík). Ten se zde redukuje na anionty (O2-), a ty pak reagují s H+ ionty za vzniku vody. Palivový článek neobsahuje žádné pohyblivé části a vyrábí elektrickou energii dokud je k elektrodám přiváděno stále nové palivo a okysličovadlo.
Palivové články se osvědčily a možnosti jejich uplatnění se začaly rozšiřovat. Není se co divit – jsou lehčí, než klasické baterie a kromě programu Apollo a amerických raketoplánů se s nimi počítalo i pro evropský raketoplán Hermes. ESA pracuje na vývoji vylepšených typů palivových článků, které by mohly najít uplatnění při robotickém výzkumu Marsu, či Měsíce.
Německé středisko pro letectví a kosmonautiku
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Je proto logické, že se tato technologie začala rozšiřovat i do pozemských aplikací. Používají se třeba u městských autobusů, malých lodí i aut. Nejnovější počin v této oblasti pochází z Rakouska a píšeme o ní hlavně proto, že se na ní částečně podílí i Německé středisko pro letectví a kosmonautiku DLR. Zdejší odborníci ve spolupráci se společností HET Engineering vytvořili návrh vozidel Citylog EMF, která jsou vhodná pro provoz v úzkých uličkách a přitom díky palivovým článkům nevypouští žádné zplodiny ani neprodukují hluk. Baterie se nabíjí několik hodin, doplnění vodíku naopak zabere jen 5 – 10 minut.
Snaha začala již v roce 2010 a letos se má v rakouském Klagenfurtu testovat druhý prototyp. Jeho úkolem má být přeprava zásilek z logistických center na předměstí do centra. Společnost prý počítá i s nasazením ve Vídni a v budoucnu není vyloučena ani přeprava osob. Návrh je totiž flexibilní a místo kontejneru je možné na záď vozítka umístit sedačky. Díky tomu, že palivový článek produkuje pouze vodu, by se podobná vozítka mohla uplatnit i v místech, kde je znečištění nežádoucí – ať už je řeč o vnitřních prostorách hotelových komplexů, parcích, ale i na letištích.
Citylog EMF
Zdroj: http://www.esa.int/
Každý vozík dokáže transportovat dvě tuny a není problém jednotlivé vozíky spojit do podoby vláčku libovolné délky. Jednotlivé „vagony“ se mohou snadno a kdykoliv podle potřeby odpojit. Na první pohled tento článek s kosmonautikou až tolik nesouvisí, ale je to stejné, jako když jsme psali o bezpečnějších vlakových brzdách. Ačkoliv se to nezdá, tak kosmické technologie zasahují do různých oblastí našeho běžného života. I tam, kde by je člověk nečekal. Náš seriál Kosmonautika pomáhá tak možná někomu z Vás pomůže, až se Vás někdo zeptá „co vlastně na těch letech do vesmíru vidíte“.
Zdroje informací:
http://www.esa.int/
https://en.wikipedia.org/
Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org/…NASA_p48600ac.jpg/800px-Fuel_cell_NASA_p48600ac.jpg
http://www.h2bus.cz/upl/tech/pemfc.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/7/74/Dlr_logo1.png
http://www.esa.int/…/Vehicle_demonstration_node_full_image_2.jpg
Rubrika 
Štítky: 
Nahrávání ...
Zlepšení efektivnosti palivových článků by mohla napomoci nanotechnologie,
aplikací nanočástic v elektrodách.
Jak se to vezme: https://www.engr.wisc.edu/alumni/perspective/36.1/article06catalystsimulations.html
Dokud se nevyřeší problém platiny, tak bude nějaká masivnější náhrada vozidel se spalovacími motory jejich ekvivalenty s palivovými články nemyslitelná (už jen pět procent současné celosvětové výroby by zřejmě saturovalo veškerou světovou těžbu platiny), a dokud cena palivových článků zůstane takřka astronomická (Ballard považuje $17000 za 2kW (?) stacionární řešení za „ekonomickou alternativu“ :-p), tak neudělají ani díru do malé energetiky.
Bohužel máte pravdu. Platina ve vysloužilých článcích se sice dá recyklovat, ale i tak je to drahé. Navíc je tu druhý problém a tím je vodík. Je obtížně skladovatelný, nádoby rychle degradují a má velký objem i v kapalném stavu. Metanolové články jsou bohužel ještě dražší a mají menší účinnost. Až bude k dispozici levný metanolový článek, bude to paráda.
Slibnou „přechodovou“ alternativou by mohly být články na složitější uhlovodíky, třeba butan.
Je zde existující infrastruktura, dá se snadno a relativně bezpečně skladovat a článek je méně citlivý na nečistoty, což se o tom vodíkovém říci nedá (značná citlivost na CO, způsobuje „otravu katalyzátoru“).
Podobné by to bylo i se složitějšímy alkany – infrastruktura která se dá (po úpravě) použít, menší citlivost na otravu katalyzátoru a od butanu výše jsou kapalné za normálních podmínek…
Tak propan nebo butan by byly taky skvělé. Nevěděl jsem, že už existují palivové články i na složitější uhlovodíky. Myslel jsem, že jsou jen na vodík, metan a metanol. Díky za rozšíření obzorů.
A je v takovém případě použití palivových článků stále ještě výhodnější, než kdyby se tím butanem rovnou nakrmil spalovací motor?
Jo, pane Jaroš, Vaše otázka je bohužel se seznamu tzv. zakázaných :-)) Na úvahy tímto směrem, které si ovšem nepřipouštěl, si jistě vzpomíná pan Musk, kdy v dnešním stavu levných energií začíná váznout produkce vozu Tesla spojená s pádem cen akcií o 30%.
Jenže ona klesá i cena elektřiny. Jednak silové, jednak nám teď předělávají tarify, takže mezní náklady na další kWh by měly snad celkem dost klesnout. Tudíž benzín levnější o 0,3 kč/km nemusí nutně být zase až taková výhra (resp. prohra elektromobilů).
@Honza Jaroš 22.2.2016 (19:51):
Píšu přechodová alternativa kurník, stejně tak je možné (byť s obtížemi) krmit spalovák i vodíkem 😛
Jde o to, že zbytek pohonné jednoky (a vůbec většina vozítka) může zůstat stejný jak pro akumulátory tak uhlovodíkové i čistě vodíkové články, unifikace obvykle dělá věci levnější, což by pomohlo s největším problémem palivových článků – (naprosto šílená) cena
Přechodná alternativa je na nic, pokud ji nikdo nebude kupovat. A pokud bude cena vyšší než u spalovacích motorů, budou to kupovat jen nadšenci. No a právě proto se ptám, jestli je to výhodnější… 🙂
Přiznávám, že to krmení spalovacího motoru vodíkem jsem měl na jazyku taky, pokud si vzpomínám, dělalo na něčem podobném BMW – právě proto, že to snad bylo celkově levnější a snad i výkonnější než palivový článek. Ale to je informace, která kolem mě proletěla před pár lety a podrobnostmi si nejsem jist.
Teoreticky, co jsem koukal, by palivový článek + elektromotor snad měl mít vyšší účinnost. Problém je v tom, že jde o laboratorní podmínky a navíc netuším, jakou má celé zařízení životnost, případně jak drahý je servis…
Vodík v případě spalování ve vozidlech snad nemá prakticky žádné výhody. Myslim, že do blízké budoucnosti už spíš budou perspektivnější (=nejekonomičtější) vozidla typu PHEV s vhodně nastavenou kapacitou baterie (v nejlepším případě asi volitelnou podle potřeb kupujícího). No a pokud se dostupné technologie zlepší, pak se nejspíš prostě na jednotném „elektrickém podvozku“ vymění jedna elektrická krabice za jinou a bude to.