Főmenü megnyitása

Üzemanyagcella

áramforrás, amelyben az áramtermelő folyamat valamilyen tüzelőanyag oxidációja
(Tüzelőanyag-cella szócikkből átirányítva)
Metanollal működő üzemanyagcella

A tüzelőanyag-elem (más néven tüzelőanyag-cella vagy üzemanyagcella)[1] egy kémiai áramforrás, amelyben az áramtermelő folyamat valamilyen tüzelőanyag (pl. földgáz, gázolaj, szén, hidrogén, alkohol ) oxidációja. A tüzelőanyag-elemek annyiban különböznek a galvánelemektől, hogy működésük közben az áramtermelő reakcióban részt vevő anyagokat folyamatosan táplálják be, a keletkező termékeket pedig elvezetik, így, szemben a galvánelemekkel, nem "merülnek ki". A hagyományos hőerőgépeknél sokkal nagyobb hatásfokkal képesek a kémiai energiát elektromos energiává alakítani (vagy fordítva), és jelentősen kisebb a károsanyag-kibocsátásuk (sőt, esetenként nincs is).

TörténeteSzerkesztés

Az üzemanyagcellát Sir William Robert Grove walesi kutató találta fel 1838-ban.[2]

MűködéseSzerkesztés

Az üzemanyagcellában az elektrolízissel éppen ellentétes folyamat zajlik le: kémiai energiából elektromos energia keletkezik. A cella legtöbbször két elektródából, az anódból és a katódból áll, a köztük lévő anyag az elektrolit. Hatásfoka jelentősen nagyobb, mint a belsőégésű motoré, kb. 60%, míg üzemi hőmérséklete 80 °C is lehet.

FajtáiSzerkesztés

Protoncsere membrános cellaSzerkesztés

Direkt metanol membrános cellaSzerkesztés

Kifejlesztése Oláh György és mások (Surampudi, Narayanan, Vamos, Frank, Halpert, Prakash) nevéhez fűződik. Üzemanyaga metanol, ami jelenleg könnyebben előállítható és tárolható anyag, mint a hidrogén. [U.S. Pat. No. 5,599,638; 5,928,806; etc.] A szabadalmi leírások többnyire tartalmazzák, hogy légköri széndioxid közvetlen felhasználására nem alkalmas.

Rendkívüli jelentőségét két körülmény adja:

- mindkét irányban működik (áramot tárolhatunk és vissza is nyerhetünk vele);

- az áramtermelő módban keletkező CO2 tömény, sűríthető (és áramtárolás során újrahasznosítható); emiatt pl. napelemes energia-rendszerek teljes mértékben függetleníthetők a meglévő villamos-hálózattól, miközben az energia-rendszer nem bocsát ki széndioxidot.

Hátrányos tulajdonsága, hogy gyors változást (pl. gépjármű-vezetés során a gázadást, fékezést) nem tud követni, emiatt legalább 1 db átmeneti tároló - akkumulátor - szükséges. Bár elektromos hatásfoka szerény, jelentős hőszigeteléssel és a maradékhővel további áram termelhető; ilyen irányú kísérletek számos országban folynak.

Kiemelkedő jelentősége van a globális felmelegedés (Global Warming, GW) visszafordításában: a segítségével olyan napelemes áramtermelés és egyúttal olyan EV-autós szállítás ill. közlekedés alakítható ki, amelyeknek egyetlen gramm széndioxid-emissziójuk sincsen (a keletkező tömény széndioxid - a hidrogéncellákhoz kifejlesztett 700 bar-os tárolással - visszaforgatható ill. újrahasznosítható: amikor metanolt tankol az EV-autó, annak molárisan megfelelő mennyiségű tömény széndioxidot ad le a kútnál, hisz a metanolból - áramtermelés közben - széndioxid lesz, amit az EV-autó sűríthet és magával vihet, ahelyett, hogy a légkörbe bocsátaná). Ha a napelemes áramtermelés osztott, vagyis az áramszolgáltató családiházak tetejét bérli e célra (és nem koncentrált, mint a túlzott hőszennyezéssel környezetterhelő naperőművek), akkor a hőszennyezése is osztott (és nem koncentrált); ez a körülmény igen jelentős, hisz pl. a paksi atomerőmű koncentrált hőszennyezése elsivatagosítja a Kárpát-medence legjobb búzatermő területeit, míg ha az első paksi beruházási programot valósítják meg minimum 190 ezer hektárnyi üvegházzal és a hőszennyezés osztott lett volna, akkor ilyen aszálykár nem lépett volna fel a Duna-Tisza közén.

Jövőbeli elterjedését befolyásolja az új cellákhoz szükséges széndioxid eredete. Ma a széndioxid előállítása túlnyomórészt fosszilis eredetű, ami környezetromboló (túlzott üvegházhatású, globális melegítő). A biológiai eredetű széndioxid - bioszéndioxid - túlnyomórészt biogáz-üzemekben állítható elő (a keletkező TÖMÉNY széndioxidot - ami az aranynál értékesebb - nem szabad a levegőbe elengedni, mint "szennyezőt", hanem metanolcellák indításához kell felhasználni). A biogáz-üzemeknél jóval kisebb jelentőségű a borászatban előállított tömény bioszéndioxid, azt inkább csak széndioxiddal dúsított italokhoz lehet fölhasználni.

AlkalmazásaSzerkesztés

Az űrkutatásban és a haditechnikában évtizedek óta használják energiaforrásként. Napjainkban járművekbe és számos elektronikus berendezésbe is beépítik. A direkt metanol membrános cella napelemek energia-tárolásában is egyre nagyobb jelentőségű. Irány-közömbössége folytán a légköri széndioxid kivonásában (víz és napelemes áram segítségével metanollá és oxigénné alakításában, majd a metanolnak földalatti tározókba vissza-sajtolásában) feltehető a jövőbeli legfontosabb szerepe (a jelenlegi 400-410 ppm légköri CO2-tartalomnak az eredeti 270 ppm-re csökkentésében, néhány száz év alatt).

Környezeti hatásokSzerkesztés

Az üzemanyagcellák jelenleg legelterjedtebb típusai hidrogént használnak üzemanyagként, ami a reakció végén vízzé alakul vissza, azaz üzem közben nem jár szén-dioxid-kibocsátással. Hatásfokuk magasabb, mint a belsőégésű motoroké. Jelenleg a cellákba épített katalizátor anyaga platinát tartalmaz, ami a természetben csak korlátozottan érhető el.

BiztonságSzerkesztés

Az üzemanyagcella technológia biztonságát és alkalmazhatóságát több szabvány biztosítja Magyarországon is. Az üzemanyagcellákhoz kapcsolódó érvényes szabványok az MSZ EN 62282 sorozatba tartoznak.

JegyzetekSzerkesztés

  1. Az elnevezésről lásd: Erdey-Grúz Tibor, Fodorné Csányi Piroska: A magyar kémiai elnevezés és helyesírás szabályai, Akadémiai Kiadó, Budapest 1972. II. kötet.
  2. Történelem Archiválva 2011. június 29-i dátummal a Wayback Machine-ben Fuelcell.hu (hozzáférés: 2012. december 25.)

ForrásokSzerkesztés

További információkSzerkesztés