Технология на горивните клетки и нейното използване в автомобилите. Горивни клетки

Те се захранват от космически кораб на Националната администрация по аеронавтика и космос (НАСА). Те осигуряват електричество за компютрите на Първата национална банка в Омаха. Използват се в някои обществени градски автобуси в Чикаго.

Всичко това са горивни клетки. Горивните клетки са електрохимични устройства, които генерират електричество без изгаряне - химически, подобно на батериите. Единствената разлика е, че те използват други химикали, водород и кислород, а продуктът от химическа реакция е водата. Природен газ също може да се използва, но при използване на въглеводородни горива, разбира се, определено ниво на емисии на въглероден диоксид е неизбежно.

Тъй като горивните клетки могат да работят ефективно и без вредни емисии, те са много обещаващи за устойчив енергиен източник, който ще помогне за намаляване на емисиите на парникови газове и други замърсители. Основната пречка пред широкото използване на горивните клетки е тяхната висока цена в сравнение с други устройства, които генерират електричество или задвижват превозни средства.

Историята на развитието

Първите горивни клетки са демонстрирани от сър Уилям Гроувс през 1839 г. Гроувс показа, че процесът на електролиза – разделянето на водата на водород и кислород чрез електрически ток – е обратим. Тоест, водородът и кислородът могат да бъдат химически комбинирани, за да образуват електричество.

След като това беше показано, много учени се втурнаха да изучават горивните клетки с усърдие, но изобретяването на двигателя с вътрешно горене и развитието на инфраструктурата за производство на петролни запаси през втората половина на деветнадесети век изоставиха развитието на горивните клетки далеч назад. Развитието на горивните клетки беше допълнително ограничено от тяхната висока цена.

Взривът в развитието на горивните клетки идва през 50-те години на миналия век, когато НАСА се обръща към тях във връзка с възникващата нужда от компактен генератор на енергия за космически полет. Средствата бяха инвестирани и в резултат на това полетите на Аполо и Джемини бяха извършени на горивни клетки. Космическите кораби също се захранват от горивни клетки.

Горивните клетки все още са до голяма степен експериментална технология, но няколко компании вече ги продават на търговския пазар. Само през последните близо десет години имаше значителен напредък в комерсиалната технология на горивните клетки.

Как работи горивната клетка

Горивните клетки са като акумулаторни батерии - те генерират електричество чрез химическа реакция. За разлика от тях, двигателите с вътрешно горене изгарят гориво и по този начин генерират топлина, която след това се превръща в механична енергия. Освен ако топлината от изгорелите газове не се използва по някакъв начин (например за отопление или климатизация), тогава ефективността на двигателя с вътрешно горене може да се каже, че е доста ниска. Например, ефективността на горивните клетки в превозно средство - проект, който в момента се разработва - се очаква да бъде повече от два пъти по-висока от ефективността на днешните типични бензинови двигатели, използвани в автомобилите.

Докато батериите и горивните клетки генерират електричество химически, те изпълняват две напълно различни функции. Батериите са акумулирани енергийни устройства: електричеството, което генерират, е резултат от химическа реакция от вещество, което вече е в тях. Горивните клетки не съхраняват енергия, а преобразуват част от енергията от външно подадено гориво в електричество. В това отношение горивната клетка е по-скоро като конвенционална електроцентрала.

Има няколко различни вида горивни клетки. Най-простата горивна клетка се състои от специална мембрана, известна като електролит. От двете страни на мембраната се нанасят прахообразни електроди. Този дизайн - електролит, заобиколен от два електрода - е отделен елемент. Водородът тече от едната страна (анод) и кислород (въздух) към другата (катод). На всеки електрод протичат различни химични реакции.

На анода водородът се разпада в смес от протони и електрони. В някои горивни клетки електродите са заобиколени от катализатор, обикновено изработен от платина или други благородни метали, които улесняват реакцията на дисоциация:

2H2 ==> 4H + + 4e-.

H2 = двуатомна водородна молекула, форма, инч

кой водород присъства под формата на газ;

H + = йонизиран водород, т.е. протон;

e- = електрон.

Работата на горивната клетка се основава на факта, че електролитът пропуска протони през себе си (към катода), но електроните не. Електроните се движат към катода по външна проводяща верига. Това движение на електроните е електрически ток, който може да се използва за задвижване на външно устройство, свързано към горивна клетка, като електродвигател или електрическа крушка. Това устройство обикновено се нарича "товар".

От катодната страна на горивната клетка протоните (които са преминали през електролита) и електроните (които са преминали през външен товар) се „обединяват“ и реагират с кислорода, подаван към катода, за да образуват вода, H2O:

4H + + 4e- + O2 ==> 2H2O.

Общият отговор в горивната клетка се записва, както следва:

2H2 + O2 ==> 2H2O.

В своята работа горивните клетки използват водородно гориво и кислород от въздуха. Водородът може да се доставя директно или чрез извличане от външен източник на гориво, като природен газ, бензин или метанол. В случай на външен източник, той трябва да бъде химически преобразуван за извличане на водород. Този процес се нарича "реформиране". Водородът може да се получи и от амоняк, алтернативни ресурси като газ от градски депа и пречиствателни станции за отпадъчни води и електролиза на водата, която използва електричество за разлагане на водата до водород и кислород. Повечето технологии за горивни клетки в транспорта днес използват метанол.

Разработени са различни средства за реформиране на гориво за получаване на водород за горивни клетки. Министерството на енергетиката на САЩ разработи горивна система вътре в бензинов реформатор за доставка на водород към самостоятелна горивна клетка. Изследователи от Тихоокеанската северозападна национална лаборатория в Съединените щати демонстрираха компактна инсталация за реформиране на гориво, една десета от размера на силовия агрегат. Американска компания за комунални услуги, Northwest Power Systems и Националната лаборатория на Сандия, демонстрираха реформатор на гориво, който преобразува дизеловото гориво във водород за горивни клетки.

Поотделно горивните клетки произвеждат около 0,7-1,0 волта всяка. За да се увеличи напрежението, елементите се сглобяват в "каскада", т.е. серийна връзка. За да се създаде повече ток, комплекти от каскадни елементи са свързани паралелно. Ако комбинирате каскадите от горивни клетки с горивна система, система за въздух и охлаждане и система за управление, получавате двигател с горивни клетки. Този двигател може да задвижва превозно средство, стационарна електроцентрала или преносим електрически генератор6. Двигателите с горивни клетки се предлагат в различни размери в зависимост от приложението, вида на горивната клетка и използваното гориво. Например, размерът на всяка от четирите отделни стационарни електроцентрали с мощност 200 kW, инсталирани в банка в Омаха, е приблизително колкото ремарке за камион.

Приложения

Горивните клетки могат да се използват както в стационарни, така и в мобилни устройства. В отговор на по-строгите регулации на САЩ за емисиите, производителите на автомобили, включително DaimlerChrysler, Toyota, Ford, General Motors, Volkswagen, Honda и Nissan, експериментираха и демонстрираха превозни средства с горивни клетки. Очаква се първите търговски превозни средства с горивни клетки да излязат на път през 2004 или 2005 г.

Основен крайъгълен камък в историята на технологията на горивните клетки беше демонстрацията през юни 1993 г. на експерименталния 32-футов градски автобус на Ballard Power System, задвижван от 90 киловатов двигател с водородни горивни клетки. Оттогава са разработени и пуснати в експлоатация много различни видове и поколения пътнически превозни средства с горивни клетки. От края на 1996 г. три колички за голф с водородни горивни клетки се използват в Palm Desert, Калифорния. По пътищата на Чикаго, Илинойс; Ванкувър, Британска Колумбия; и Осло, Норвегия, тества градски автобуси с горивни клетки. Такситата с алкални горивни клетки се тестват по улиците на Лондон.

Демонстрират се и стационарни инсталации, използващи технология с горивни клетки, но те все още не са широко използвани в търговската мрежа. Първата национална банка на Омаха в Небраска използва система с горивни клетки за захранване на своите компютри, защото системата е по-надеждна от старата система, която се захранваше от мрежово захранване с батерии. Най-голямата в света търговска система с горивни клетки, с капацитет от 1,2 MW, скоро ще бъде инсталирана в център за пощенска обработка в Аляска. Тестват се и се демонстрират преносими компютри с горивни клетки, системи за управление на пречиствателните станции и вендинг машини.

"Предимства и недостатъци"

Горивните клетки имат няколко предимства. Докато ефективността на съвременните двигатели с вътрешно горене е само 12-15%, ефективността на горивните клетки е 50%. Ефективността на горивните клетки може да остане на доста високо ниво, дори когато не се използват с пълна номинална мощност, което е значително предимство пред бензиновите двигатели.

Модулният дизайн на горивните клетки означава, че капацитетът на електроцентрала с горивни клетки може да се увеличи просто чрез добавяне на още няколко степени. Това свежда до минимум фактора на недостатъчно използване на капацитета, което позволява по-добро съответствие между търсенето и предлагането. Тъй като ефективността на стека с горивни клетки се определя от производителността на отделните клетки, малките електроцентрали с горивни клетки работят толкова ефективно, колкото и големите. В допълнение, отпадната топлина от стационарни системи с горивни клетки може да се използва за отопление на вода и помещения, като допълнително повишава енергийната ефективност.

При използване на горивни клетки практически няма вредни емисии. Когато двигателят работи на чист водород, като странични продукти се генерират само топлина и чиста водна пара. Така че на космическите кораби астронавтите пият вода, която се образува в резултат на работата на бордовите горивни клетки. Съставът на емисиите зависи от естеството на водородния източник. Използването на метанол произвежда нулеви емисии на азотни оксиди и въглероден оксид и само малки въглеводородни емисии. Емисиите се увеличават с преминаването от водород към метанол и бензин, въпреки че дори и с бензин, емисиите ще останат сравнително ниски. Във всеки случай, замяната на днешните традиционни двигатели с вътрешно горене с горивни клетки би довела до общо намаляване на емисиите на CO2 и азотен оксид.

Използването на горивни клетки осигурява гъвкавост на енергийната инфраструктура, създавайки допълнителни възможности за децентрализирано производство на електроенергия. Множеството децентрализирани енергийни източници позволява да се намалят загубите при пренос и да се развият енергийни пазари (което е особено важно за отдалечени и селски райони, при липса на достъп до електропроводи). С помощта на горивни клетки отделните жители или квартали могат сами да си осигурят по-голямата част от електроенергията и така значително да повишат ефективността на нейното използване.

Горивните клетки предлагат енергия с високо качество и повишена надеждност. Те са издръжливи, нямат движещи се части и произвеждат постоянно количество енергия.

Технологията на горивните клетки обаче се нуждае от допълнително подобрение, за да се повиши тяхната производителност, да се намалят разходите и по този начин да се направят горивните клетки конкурентоспособни с други енергийни технологии. Трябва да се отбележи, че когато се разглеждат характеристиките на разходите на енергийните технологии, сравненията трябва да се правят на базата на всички съставни технологични характеристики, включително капиталови експлоатационни разходи, емисии на замърсители, качество на енергията, издръжливост, извеждане от експлоатация и гъвкавост.

Въпреки че водородният газ е най-доброто гориво, инфраструктурата или транспортната база все още не съществува. В краткосрочен план съществуващите системи за доставка на изкопаеми горива (бензиностанции и др.) биха могли да се използват за осигуряване на електроцентрали с източници на водород под формата на бензин, метанол или природен газ. Това би елиминирало необходимостта от специални станции за зареждане с водород, но би изисквало на всяко превозно средство да бъде инсталиран преобразувател от изкопаеми във водород („реформатор“). Недостатъкът на този подход е, че той използва изкопаеми горива и по този начин води до емисии на въглероден диоксид. Метанолът, който в момента е водещият кандидат, генерира по-малко емисии от бензина, но би изисквал по-голям капацитет на автомобила, тъй като заема два пъти повече място за същото енергийно съдържание.

За разлика от системите за доставка на изкопаеми горива, слънчевите и вятърните системи (използващи електричество за създаване на водород и кислород от водата) и системите за директна фотоконверсия (използващи полупроводникови материали или ензими за производство на водород) могат да осигурят водород без стъпка на реформиране и така емисиите на вредни вещества могат да бъдат избегнати, което се наблюдава при използването на метанол или бензинови горивни клетки. Водородът може да се съхранява и преобразува в електричество в горивната клетка, ако е необходимо. В бъдеще комбинирането на горивни клетки с този вид възобновяема енергия вероятно ще бъде ефективна стратегия за осигуряване на продуктивен, екологично чист и гъвкав източник на енергия.

Препоръката на IEER е местните, федералните и държавните правителства да разпределят част от своите бюджети за обществени поръчки за превозни средства с горивни клетки, както и системи с фиксирани горивни клетки, за да осигурят топлина и електричество за някои от техните значими или нови сгради. Това ще помогне за развитието на жизненоважни технологии и ще намали емисиите на парникови газове.

Подобно на съществуването на различни видове двигатели с вътрешно горене, има различни видове горивни клетки - изборът на подходящия тип горивна клетка зависи от приложението.

Горивните клетки се делят на високотемпературни и нискотемпературни. Нискотемпературни горивни клеткиизискват относително чист водород като гориво. Това често означава, че е необходима обработка на горивото, за да се превърне основното гориво (като природен газ) в чист водород. Този процес изразходва допълнителна енергия и изисква специално оборудване. Високотемпературни горивни клеткине се нуждаят от тази допълнителна процедура, тъй като могат да извършват "вътрешно преобразуване" на горивото при повишени температури, което означава, че няма нужда да се инвестира във водородна инфраструктура.

Горивни клетки на базата на разтопен карбонат (RKTE)

Горивните клетки с разтопен карбонатен електролит са високотемпературни горивни клетки. Високата работна температура позволява природният газ да се използва директно без процесорно гориво и горивен газ с ниска калоричност за промишлени процеси и други източници. Този процес е разработен в средата на 60-те години. Оттогава технологията на производство, производителността и надеждността са подобрени.

Работата на RKTE е различна от другите горивни клетки. Тези клетки използват електролит от смес от разтопени карбонатни соли. В момента се използват два вида смеси: литиев карбонат и калиев карбонат или литиев карбонат и натриев карбонат. За да се стопят карбонатните соли и да се постигне висока степен на йонна подвижност в електролита, горивните клетки с разтопен карбонатен електролит работят при високи температури (650 ° C). Ефективността варира между 60-80%.

При нагряване до 650 ° C солите стават проводник за карбонатните йони (CO 3 2-). Тези йони преминават от катода към анода, където се комбинират с водород, за да образуват вода, въглероден диоксид и свободни електрони. Тези електрони се насочват обратно към катода чрез външна електрическа верига, генерирайки електрически ток и топлина като страничен продукт.

Реакция при анода: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Реакция на катода: CO 2 + 1/2 O 2 + 2e - => CO 3 2-
Обща реакция на елемента: H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) + CO 2 (катод) => H 2 O (g) + CO 2 (анод)

Високите работни температури на горивните клетки с разтопен карбонатен електролит имат определени предимства. При високи температури природният газ се реформира вътрешно, елиминирайки нуждата от горивен процесор. В допълнение, предимствата включват възможността за използване на стандартни материали за конструкция като лист от неръждаема стомана и никелов катализатор върху електродите. Отпадната топлина може да се използва за генериране на пара под високо налягане за различни промишлени и търговски цели.

Високите реакционни температури в електролита също имат предимства. Използването на високи температури отнема много време за постигане на оптимални работни условия и системата реагира по-бавно на промените в консумацията на енергия. Тези характеристики позволяват използването на инсталации с горивни клетки с разтопен карбонатен електролит при условия на постоянна мощност. Високите температури предотвратяват увреждането на горивната клетка с въглероден окис, „отравяне“ и т.н.

Горивните клетки от разтопен карбонатен електролит са подходящи за използване в големи стационарни инсталации. Топлоелектрическите централи с изходна електрическа мощност 2,8 MW се произвеждат индустриално. Разработват се инсталации с изходна мощност до 100 MW.

Горивни клетки с фосфорна киселина (FCTE)

Горивните клетки с фосфорна (ортофосфорна) киселина бяха първите горивни клетки за търговска употреба. Този процес е разработен в средата на 1960-те и е тестван от 1970-те години. Оттогава стабилността, производителността е увеличена и разходите са намалени.

Горивните клетки на базата на фосфорна (ортофосфорна) киселина използват електролит на базата на фосфорна киселина (H 3 PO 4) с концентрация до 100%. Йонната проводимост на фосфорната киселина е ниска при ниски температури, поради което тези горивни клетки се използват при температури до 150–220 ° C.

Носителят на заряда в този тип горивни клетки е водород (H +, протон). Подобен процес протича в горивни клетки с протонна обменна мембрана (MOPTE), при която водородът, подаван към анода, се разделя на протони и електрони. Протоните преминават през електролита и се комбинират с кислорода от въздуха на катода, за да образуват вода. Електроните се канализират през външна електрическа верига за генериране на електрически ток. По-долу са реакциите, които генерират електрически ток и топлина.

Реакция при анода: 2H 2 => 4H + + 4e -
Реакция на катода: O 2 (g) + 4H + + 4e - => 2H 2 O
Обща реакция на елемента: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Ефективността на горивните клетки на базата на фосфорна (ортофосфорна) киселина е повече от 40% при генериране на електрическа енергия. При комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия, общата ефективност е около 85%. Освен това, предвид работните температури, отпадната топлина може да се използва за загряване на вода и генериране на пара при атмосферно налягане.

Високата производителност на топлоелектрическите централи на горивни клетки на базата на фосфорна (ортофосфорна) киселина при комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия е едно от предимствата на този тип горивни клетки. Инсталациите използват въглероден окис с концентрация около 1,5%, което значително разширява избора на гориво. Освен това CO 2 не влияе върху електролита и работата на горивната клетка; този тип клетки работят с реформирано естествено гориво. Опростеният дизайн, ниската летливост на електролита и повишената стабилност също са предимствата на този тип горивни клетки.

Топлоелектрическите централи с изходна електрическа мощност до 400 kW се произвеждат индустриално. 11 MW блоковете са тествани съответно. Разработват се инсталации с изходна мощност до 100 MW.

Мембранно-обменни протонни горивни клетки (MOPTE)

Мембранните горивни клетки се считат за най-добрия тип горивни клетки за генериране на мощност на превозни средства, които могат да заменят бензиновите и дизелови двигатели с вътрешно горене. Тези горивни клетки бяха използвани за първи път от НАСА за програмата Gemini. Днес се разработват и демонстрират агрегати MOPTE с мощност от 1W до 2 kW.

Тези горивни клетки използват твърда полимерна мембрана (тънък пластмасов филм) като електролит. Когато се накисва във вода, този полимер позволява на протоните да преминават, но не провежда електрони.

Горивото е водород, а носителят на заряда е водороден йон (протон). На анода водородната молекула се разделя на водороден йон (протон) и електрони. Водородните йони преминават през електролита към катода, докато електроните се движат около външния кръг и произвеждат електрическа енергия. Кислородът, който се взема от въздуха, се подава към катода и се комбинира с електрони и водородни йони, за да образува вода. Следните реакции протичат върху електродите:

Реакция при анода: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Реакция на катода: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4OH -
Обща реакция на елемента: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

В сравнение с други видове горивни клетки, горивните клетки с протонна обменна мембрана произвеждат повече енергия за даден обем или тегло на горивната клетка. Тази функция им позволява да бъдат компактни и леки. Освен това работната температура е под 100 ° C, което позволява бързо стартиране. Тези характеристики, както и способността за бърза промяна на мощността на енергия, са само част от характеристиките, които правят тези горивни клетки основен кандидат за използване в превозни средства.

Друго предимство е, че електролитът е твърдо, а не течно вещество. Задържането на газове на катода и анода е по-лесно с твърд електролит и следователно такива горивни клетки са по-евтини за производство. В сравнение с други електролити, когато се използва твърд електролит, няма такива трудности като ориентация, има по-малко проблеми поради появата на корозия, което води до по-дълъг живот на клетката и нейните компоненти.

Горивни клетки с твърд оксид (SOFC)

Горивните клетки с твърд оксид са горивните клетки с най-висока работна температура. Работната температура може да варира от 600°C до 1000°C, което позволява използването на различни видове гориво без специална предварителна обработка. За да се справи с такива високи температури, използваният електролит е тънък твърд метален оксид на керамична основа, често сплав от итрий и цирконий, който е проводник на кислородни йони (O 2 -). Технологията за използване на горивни клетки от твърд оксид се развива от края на 50-те години на миналия век. и има две конфигурации: равнинна и тръбна.

Твърдият електролит осигурява херметически затворен преход на газ от един електрод към друг, докато течните електролити са разположени в порест субстрат. Носителят на заряда в този тип горивна клетка е кислороден йон (O 2 -). На катода кислородните молекули от въздуха се разделят на кислороден йон и четири електрона. Кислородните йони преминават през електролита и се свързват с водорода, за да образуват четири свободни електрона. Електроните се канализират през външна електрическа верига, генерирайки електрически ток и отпадна топлина.

Реакция при анода: 2H 2 + 2O 2 - => 2H 2 O + 4e -
Реакция на катода: O 2 + 4e - => 2O 2 -
Обща реакция на елемента: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Ефективността на генерираната електрическа енергия е най-висока от всички горивни клетки - около 60%. В допълнение, високите работни температури позволяват комбинирано производство на топлина и електроенергия за генериране на пара под високо налягане. Комбинирането на високотемпературна горивна клетка с турбина прави възможно създаването на хибридна горивна клетка за повишаване на ефективността на производството на електроенергия с до 70%.

Горивните клетки от твърд оксид работят при много високи температури (600°C – 1000°C), което отнема много време за постигане на оптимални условия на работа, а системата реагира по-бавно на промените в консумацията на енергия. При такива високи работни температури не е необходим конвертор за извличане на водород от горивото, което позволява на топлоелектрическата централа да работи с относително нечисти горива, получени в резултат на газификацията на въглища или отпадъчни газове и други подобни. Освен това тази горивна клетка е отлична за работа с висока мощност, включително промишлени и големи централни електроцентрали. В търговската мрежа се произвеждат модули с изходна електрическа мощност 100 kW.

Горивни клетки с директно окисление на метанол (POMTE)

Технологията за използване на горивни клетки с директно окисление на метанол претърпява период на активно развитие. Успешно се наложи в областта на захранването на мобилни телефони, лаптопи, както и за създаване на преносими източници на захранване. към какво е насочено бъдещото използване на тези елементи.

Конструкцията на горивните клетки с директно окисление на метанол е подобна на горивните клетки с протонна обменна мембрана (MOPTE), т.е. като електролит се използва полимер, а като носител на заряд се използва водороден йон (протон). Течният метанол (CH 3 OH) обаче се окислява в присъствието на вода на анода с освобождаване на CO 2, водородни йони и електрони, които се канализират през външна електрическа верига, като по този начин се генерира електрически ток. Водородните йони преминават през електролита и реагират с кислород от въздуха и електрони от външната верига, за да образуват вода на анода.

Реакция при анода: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
Реакция на катода: 3/2 O 2 + 6H + + 6e - => 3H 2 O
Обща реакция на елемента: CH 3 OH + 3/2 O 2 => CO 2 + 2H 2 O

Разработването на тези горивни клетки започва в началото на 90-те години. С разработването на подобрени катализатори и други скорошни иновации, плътността на мощността и ефективността са увеличени до 40%.

Тези елементи са тествани в температурен диапазон от 50-120 ° C. С ниските си работни температури и липсата на нужда от конвертор, горивните клетки с директен метанол са най-добрият кандидат за приложения както в мобилни телефони, така и в други потребителски стоки и автомобилни двигатели. Предимството на този тип горивни клетки е малкият им размер, поради използването на течно гориво, и липсата на необходимост от преобразувател.

Алкални горивни клетки (SHFC)

Алкалните горивни клетки (ALFC) са една от най-изучаваните технологии, използвани от средата на 60-те години на миналия век. от НАСА в програмите Аполо и космически совалки. На борда на тези космически кораби горивните клетки произвеждат електричество и питейна вода. Алкалните горивни клетки са един от най-ефективните елементи, използвани за генериране на електроенергия, като ефективността на генериране на енергия достига до 70%.

Алкалните горивни клетки използват електролит, тоест воден разтвор на калиев хидроксид, съдържащ се в пореста стабилизирана матрица. Концентрацията на калиев хидроксид може да варира в зависимост от работната температура на горивната клетка, която варира от 65 ° C до 220 ° C. Носителят на заряда в SHFC е хидроксилен йон (OH -), който се движи от катода към анода, където реагира с водорода, произвеждайки вода и електрони. Водата, произведена на анода, се връща обратно към катода, като отново генерира хидроксилни йони там. Тази серия от реакции в горивната клетка произвежда електричество и, като страничен продукт, топлина:

Реакция при анода: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Реакция на катода: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4OH -
Обща реакция на системата: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Предимството на SHFC е, че тези горивни клетки са най-евтини за производство, тъй като катализаторът, който е необходим на електродите, може да бъде всяко от веществата, които са по-евтини от тези, използвани като катализатори за други горивни клетки. В допълнение, SHFC работят при относително ниска температура и са едни от най-ефективните горивни клетки - такива характеристики могат съответно да допринесат за ускоряване на производството на енергия и висока горивна ефективност.

Една от характерните особености на SHFC е неговата висока чувствителност към CO 2, който може да се съдържа в горивото или въздуха. CO 2 реагира с електролита, бързо го отравя и значително намалява ефективността на горивната клетка. Следователно използването на SHTE е ограничено до затворени пространства, като космически и подводни превозни средства, те трябва да работят на чист водород и кислород. Освен това молекули като CO, H 2 O и CH 4, които са безопасни за други горивни клетки и дори гориво за някои от тях, са вредни за SHFC.

Полимерни електролитни горивни клетки (PETE)

В случай на горивни клетки с полимерен електролит, полимерната мембрана се състои от полимерни влакна с водни области, в които проводимостта на водните йони H 2 O + (протон, червено) е прикрепена към водната молекула. Водните молекули представляват проблем поради бавния им йонообмен. Следователно е необходима висока концентрация на вода както в горивото, така и на изходните електроди, което ограничава работната температура до 100 ° C.

Горивни клетки с твърда киселина (TKTE)

В горивните клетки с твърда киселина електролитът (C s HSO 4) не съдържа вода. Следователно работната температура е 100-300 ° C. Въртенето на кислородните аниони SO 4 2- позволява на протоните (червени) да се движат, както е показано на фигурата. Обикновено горивната клетка с твърда киселина е сандвич, в който много тънък слой от твърдо киселинно съединение е поставен между два плътно компресирани електрода, за да се осигури добър контакт. При нагряване органичният компонент се изпарява, излизайки през порите в електродите, запазвайки способността за множество контакти между горивото (или кислорода в другия край на клетките), електролита и електродите.

Тип горивна клетка	Работна температура	Ефективност при генериране на енергия	Тип гориво	Област на приложение
RKTE	550-700°С	50-70%		Средни и големи инсталации
FKTE	100-220°С	35-40%	Чист водород	Големи инсталации
MOPTE	30-100°С	35-50%	Чист водород	Малки инсталации
SOFC	450-1000°С	45-70%	Повечето въглеводородни горива	Малки, средни и големи инсталации
POMTE	20-90°С	20-30%	метанол	Преносими инсталации
ЩЕ	50-200°С	40-65%	Чист водород	Изследване на космоса
ПИТ	30-100°С	35-50%	Чист водород	Малки инсталации

Енергийните експерти посочват, че в повечето развити страни интересът към разпределените енергийни източници с относително ниска мощност нараства бързо. Основните предимства на тези автономни електроцентрали са умерените капиталови разходи по време на строителството, бързото въвеждане в експлоатация, относително лесната поддръжка и добрата екологична ефективност. При автономна система за захранване не са необходими инвестиции в електропроводи и подстанции. Разположението на автономни енергийни източници директно в точките на потребление не само елиминира загубите в мрежите, но и повишава надеждността на електрозахранването.

Автономните източници на енергия като малки газови турбинни агрегати (газотурбинни агрегати), двигатели с вътрешно горене, вятърни турбини и полупроводникови слънчеви клетки са добре известни.

За разлика от двигателите с вътрешно горене или турбините, захранвани с въглища/газ, горивните клетки не изгарят гориво. Те преобразуват химическата енергия на горивото в електричество чрез химическа реакция. Следователно горивните клетки не произвеждат големи количества парникови газове от изгарянето на гориво, като въглероден диоксид (CO2), метан (CH4) и азотен оксид (NOx). Емисиите от горивните клетки са вода под формата на пара и ниски нива на въглероден диоксид (или никакви емисии на CO2), ако водородът се използва като гориво за клетките. Освен това горивните клетки работят тихо, защото не включват шумни ротори с високо налягане и няма шум от изгорелите газове и вибрации по време на работа.

Горивната клетка преобразува химическата енергия на горивото в електричество чрез химическа реакция с кислород или друг окислител. Горивните клетки се състоят от анод (отрицателна страна), катод (положителна страна) и електролит, който позволява на зарядите да се движат между двете страни на горивната клетка (Фигура: Схематична диаграма на горивната клетка).

Електроните пътуват от анода до катода през външния контур, създавайки постоянен ток. Поради факта, че основната разлика между различните видове горивни клетки е електролитът, горивните клетки се разделят според вида на използвания електролит, т.е. високотемпературни и нискотемпературни горивни клетки (TEPM, PMTE). Водородът е най-разпространеното гориво, но понякога могат да се използват и въглеводороди като природен газ и алкохоли (т.е. метанол). Горивните клетки се различават от батериите по това, че изискват постоянен източник на гориво и кислород/въздух за поддържане на химическа реакция и произвеждат електричество, докато се доставят.

Горивните клетки предлагат следните предимства пред конвенционалните източници на енергия като двигатели с вътрешно горене или батерии:

• Горивните клетки са по-ефективни от дизеловите или газовите двигатели.
• Повечето горивни клетки работят тихо в сравнение с двигателите с вътрешно горене. Поради това те са подходящи за сгради със специални изисквания, като болници.
• Горивните клетки не водят до замърсяване, причинено от изгаряне на изкопаеми горива; например само водата е страничен продукт на водородните горивни клетки.
• Ако водородът се произвежда чрез електролиза на вода, осигурена от възобновяем източник на енергия, тогава при използване на горивни клетки не се отделя парников газ през целия цикъл.
• Горивните клетки не изискват конвенционални горива като петрол или газ, така че можете да се отървете от икономическата зависимост от страните производителки на петрол и да осигурите по-голяма енергийна сигурност.
• Горивните клетки не зависят от електрическите мрежи, тъй като водородът може да се произвежда навсякъде, където има вода и електричество, и произведеното гориво може да се разпределя.
• При използване на стационарни горивни клетки за производство на енергия в точката на потребление могат да се използват децентрализирани енергийни мрежи, които са потенциално по-стабилни.
• Нискотемпературните горивни клетки (TEPM, PMTE) имат нисък топлопренос, което ги прави идеални за различни приложения.
• Горивните клетки с по-висока температура произвеждат висококачествена технологична топлинна енергия заедно с електричество и са много подходящи за комбинирано производство (като комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия за жилищни сгради).
• Времето на работа е значително по-дълго от времето на работа на батериите, тъй като е необходимо само повече гориво, за да се увеличи времето на работа и не е необходимо повишаване на производителността на инсталацията.
• За разлика от батериите, горивните клетки имат „ефект на паметта“, когато се зареждат с гориво.
• Горивните клетки са лесни за поддръжка, тъй като нямат големи движещи се части.

Най-разпространеното гориво за горивните клетки е водородът, тъй като не отделя вредни замърсители. Въпреки това, други горива могат да се използват и горивните клетки на природен газ се считат за ефективна алтернатива, когато природният газ е наличен на конкурентни цени. В горивните клетки потокът от гориво и оксиданти преминава през електроди, които са разделени от електролит. Това предизвиква химическа реакция, която произвежда електричество; не изисква изгаряне на гориво или добавяне на топлинна енергия, което обикновено се случва при традиционните методи за производство на електроенергия. Когато естественият чист водород се използва като гориво, а кислородът се използва като окислител, в резултат на реакцията, която протича в горивната клетка, се генерират вода, топлинна енергия и електричество. Когато се използват с други горива, горивните клетки отделят много ниски емисии на замърсители и произвеждат висококачествено и надеждно електричество.

Предимствата на горивните клетки с природен газ са както следва:

• Ползи за околната среда- Горивните клетки са чист метод за генериране на електроенергия от изкопаеми горива. Междувременно горивните клетки, използващи чист водород и кислород, произвеждат само вода, електричество и топлина; други видове горивни клетки отделят незначителни серни съединения и много ниски нива на въглероден диоксид. Въпреки това, въглеродният диоксид, излъчван от горивните клетки, е концентриран и може лесно да бъде задържан, вместо да бъде изпускан в атмосферата.
• Ефективност„Горивните клетки преобразуват енергията, налична в изкопаемите горива, в електричество много по-ефективно от традиционното производство на електроенергия чрез изгаряне. Това означава, че е необходимо по-малко гориво за генериране на същото количество електроенергия. Според Националната лаборатория за енергийни технологии могат да бъдат произведени 58 горивни клетки (в комбинация с турбини на природен газ), които ще работят в диапазона на мощността от 1 до 20 MWe с ефективност от 70%. Тази ефективност е много по-висока от ефективността, която може да се постигне с конвенционалните методи за генериране на енергия в определения диапазон на мощността.
• Разпределено производство- Горивните клетки могат да се произвеждат в много малки размери; това им позволява да бъдат поставени там, където се изисква захранване. Това се отнася за инсталации за жилищни, търговски, промишлени сгради и дори превозни средства.
• Надеждност- Горивните клетки са напълно затворени устройства без движещи се части или сложни машини. Това ги прави надеждни източници на електричество, които могат да работят много часове. Освен това те са почти безшумни и безопасни източници на електричество. Също така няма скокове в електричеството в горивните клетки; това означава, че те могат да се използват в случаите, когато имате нужда от постоянно работещ, надежден източник на електричество.

Доскоро горивните клетки (FC), които са електрохимични генератори, способни да преобразуват химическата енергия в електрическа, заобикаляйки горивните процеси, превръщайки топлинната енергия в механична енергия, а последната в електрическа, бяха по-малко популярни. Електрическата енергия се генерира в горивните клетки чрез химическа реакция между редуциращ агент и окислител, които непрекъснато се подават към електродите. Водородът е най-често редуциращият агент, кислородът или въздухът е окислителят. Комбинацията от батерия от горивни клетки и устройства за подаване на реагенти, отстраняване на реакционните продукти и топлина (която може да се използва) е електрохимичен генератор.
През последното десетилетие на XX век, когато въпросите за надеждността на електрозахранването и проблемите с околната среда станаха особено важни, много фирми в Европа, Япония и Съединените щати започнаха да разработват и произвеждат няколко варианта за горивни клетки.
Най-простите са алкалните горивни клетки, от които започва развитието на този тип автономни енергийни източници. Работната температура в тези горивни клетки е 80-95 ° C, електролитът е 30% разтвор на каустик калий. Алкалните горивни клетки работят на чист водород.
Напоследък широко се разпространи PEM горивна клетка с протонообменни мембрани (с полимерен електролит). Работната температура в този процес също е 80-95 ° C, но като електролит се използва твърда йонообменна мембрана с перфлуоросулфонова киселина.
Общопризнато е, че най-атрактивната в търговската мрежа горивна клетка с фосфорна киселина PAFC, която има ефективност от 40% само за генериране на електроенергия и 85% при използване на отделената топлина. Работната температура на тази горивна клетка е 175-200 ° C, електролитът е течна фосфорна киселина, импрегнираща силициев карбид, свързан с тефлон.

Клетъчната опаковка е оборудвана с два порести графитни електрода и фосфорна киселина като електролит. Електродите са покрити с платинен катализатор. В реформатора природният газ, когато взаимодейства с пара, се трансформира във водород и CO, който допълнително се окислява до CO2 в конвертора. Освен това, молекулите на водорода под въздействието на катализатора се дисоциират на анода в йони Н. Освободените при тази реакция електрони се насочват през товара към катода. На катода те реагират с водородни йони, дифундиращи през електролита, и с кислородни йони, които се образуват в резултат на реакцията на каталитично окисление на кислорода във въздуха на катода, като в крайна сметка се образува вода.
Горивните клетки с разтопен карбонат от типа MCFC също са обещаващи видове горивни клетки. При работа на метан тази горивна клетка има електрическа ефективност от 50-57%. Работна температура 540–650 ° С, електролит - разтопен карбонат на калиеви и натриеви основи в обвивка - матрица от литиево-алуминиев оксид LiA102.
И накрая, най-обещаващата горивна клетка е SOFC. Това е горивна клетка от твърд оксид, която използва всяко газообразно гориво и е най-подходяща за относително големи инсталации. Енергийната му ефективност е 50-55%, а когато се използва в инсталации с комбиниран цикъл, до 65%. Работната температура е 980-1000 ° C, електролитът е твърд цирконий, стабилизиран с итрий.

На фиг. 2 показва 24-клетъчна SOFC батерия, разработена от Siemens Westinghouse Power Corporation (SWP - Германия). Тази батерия е гръбнакът на електрохимичен генератор на природен газ. Първите демонстрационни тестове на електроцентрала от този тип с мощност 400 W са проведени през далечната 1986 г. През следващите години дизайнът на горивните клетки от твърд оксид е подобрен и тяхната мощност се увеличава.

Най-успешни бяха демонстрационните тестове на блок с мощност 100 kW, пуснат в експлоатация през 1999 г. Електроцентралата потвърди възможността за генериране на електроенергия с висока ефективност (46%), а също така показа висока стабилност на характеристиките. Така се доказа възможността за работа на електроцентралата най-малко 40 хил. часа с допустим спад на нейната мощност.

През 2001 г. е разработена нова електроцентрала на твърд оксид, работеща при атмосферно налягане. Батерията (електрохимичен генератор) с електроцентрала от 250 kW с комбинирано производство на мощност и топлина включва 2304 тръбни клетки от твърд оксид. Освен това блокът включваше инвертор, регенератор, нагревател на гориво (природен газ), горивна камера за нагряване на въздух, топлообменник за нагряване на вода с помощта на топлината на димните газове и друго спомагателно оборудване. В същото време общите размери на инсталацията бяха доста умерени: 2,6x3,0x10,8 m.
Японските специалисти постигнаха известен успех в разработването на големи горивни клетки. Изследователската работа започва в Япония още през 1972 г., но значителен напредък е постигнат едва в средата на 90-те години. Експерименталните модули с горивни клетки са с мощност от 50 до 1000 kW, като 2/3 от тях работят на природен газ.
През 1994 г. в Япония е построена инсталация за горивни клетки с мощност 1 MW. При обща ефективност (при генериране на пара и топла вода) равна на 71%, блокът имаше ефективност от най-малко 36% по отношение на електроснабдяването. От 1995 г., според съобщения в пресата, в Токио работи електроцентрала на горивни клетки с фосфорна киселина с мощност 11 MW, а общият капацитет на произвежданите горивни клетки към 2000 г. достига 40 MW.

Всички горепосочени инсталации са класифицирани като промишлени. Техните разработчици непрекъснато се стремят да увеличат мощността на блоковете, за да подобрят разходните характеристики (единични разходи за kW инсталирана мощност и цена на произведената електроенергия). Но има няколко компании, които си поставят различна задача: да разработят най-простите инсталации за битово потребление, включително индивидуални захранвания. И в тази област има значителни постижения:

• Plug Power LLC разработи инсталация с горивни клетки с мощност 7 kW за захранване на дом;
• H Power Corporation произвежда зарядни устройства, използвани в транспорта за батерии с капацитет 50-100 W;
• Стажантска компания. Fuel Cells LLC произвежда превозни средства и лични захранвания с мощност 50-300 вата;
• Analytic Power Corporation е разработила 150W персонални захранвания за армията на САЩ, както и модули с горивни клетки за битови захранвания в диапазона от 3 до 10 kW.

Какви са предимствата на горивните клетки, които накараха много компании да инвестират огромни суми пари в тяхното развитие?
В допълнение към високата надеждност, електрохимичните генератори имат висока ефективност, което ги отличава благоприятно от парните турбинни агрегати и дори от агрегатите с обикновен цикъл на газотурбинен агрегат. Важно предимство на горивните клетки е тяхната лекота на използване като разпръснати енергийни източници: модулният дизайн позволява произволен брой отделни клетки да бъдат свързани последователно, за да образуват батерия - идеална за увеличаване на мощността.

Но най-важният аргумент в полза на горивните клетки е тяхната екологична ефективност. Емисиите на NOX и CO от тези инсталации са толкова ниски, че например окръжните служби за качество на въздуха в региони (където екологичните разпоредби са най-строги в Съединените щати) дори не споменават това оборудване във всички изисквания, свързани със защитата на атмосферата.

Многобройните предимства на горивните клетки, за съжаление, в момента не могат да надхвърлят единствения им недостатък - високата им цена. В САЩ например специфичните капиталови разходи за изграждане на електроцентрала дори с най-конкурентните горивни клетки са около $ 3500 / kW. И въпреки че правителството предоставя субсидия от $ 1OO / kWh, за да стимулира търсенето на тази технология, разходите за изграждане на такива съоръжения остават доста високи. Особено в сравнение с капиталовите разходи за изграждане на мини-CHP с газова турбина или с двигатели с вътрешно горене с мегаватов диапазон на мощност, които са приблизително $ 500 / kW.

През последните години има известен напредък в намаляването на цената на горивните инсталации. Изграждането на електроцентрали с FC на базата на фосфорна киселина с мощност 0,2-1,0 MW, споменати по-горе, струва $ 1700 / kW. Разходите за производство на енергия в такива инсталации в Германия, използвайки ги за 6000 часа годишно, се оценяват на 7,5-10 цента / kWh. Блокът PC25 с мощност 200 kW, който се управлява от енергийната компания Hessische EAG (Дармщат), също има добри икономически показатели: цената на електроенергията, включително амортизационните отчисления, разходите за гориво и разходите за поддръжка на единицата, възлиза на общо 15 цента / kWh . Същият показател за ТЕЦ с кафяви въглища е 5,6 цента/кВтч в електроцентралите, 4,7 цента/кВтч за въглищните електроцентрали, 4,7 цента/кВтч за комбинираните електроцентрали, а за дизеловите централи – 10,3 цента/ kWh.

Изграждането на по-голяма инсталация за горивни клетки (N = 1564 kW), работеща в Кьолн от 1997 г., изисква специфични капиталови разходи в размер на $ 1500-1750 / kW, но цената на самите горивни клетки беше само $ 400 / kW .

Всичко по-горе показва, че горивните клетки са обещаващ вид оборудване за производство на енергия както за промишлеността, така и за автономните инсталации в сектора на комуналните услуги. Високата ефективност на използването на газ и отличните екологични характеристики дават основание да се смята, че след решаването на най-важната задача - намаляване на разходите - този тип енергийно оборудване ще бъде търсено на пазара на автономни системи за топло и електроснабдяване.

Мобилната електроника всяка година, ако не и месец, става все по-достъпна и широко разпространена. Тук имате лаптопи, PDA, цифрови фотоапарати, мобилни телефони и много всякакви полезни и не толкова устройства. И всички тези устройства непрекъснато придобиват нови функции, по-мощни процесори, по-големи цветни екрани, безжична свързаност, като същевременно се свиват по размер. Но за разлика от полупроводниковите технологии, енергийните технологии на цялата тази мобилна менажерия изобщо не са скокове и граници.

Конвенционалните акумулатори и батерии очевидно не са достатъчни, за да захранват най-новите постижения в електронната индустрия за известно време. А без надеждни батерии с висок капацитет се губи целият смисъл на мобилност и безжична връзка. Така че компютърната индустрия все по-активно работи по проблема алтернативни захранвания... И най-обещаващата посока тук днес е горивни клетки.

Основният принцип на горивните клетки е открит от британския учен сър Уилям Гроув през 1839 г. Той е известен като бащата на "горивната клетка". Уилям Гроув генерира електричество чрез промяна за извличане на водород и кислород. Изключвайки батерията от електролитната клетка, Гроув с изненада установи, че електродите започват да абсорбират отделения газ и да генерират ток. Отваряне на процес електрохимично "студено" изгаряне на водородсе превърна в значимо събитие в енергийния сектор, а по-късно такива известни електрохимици като Оствалд и Нернст изиграха важна роля в развитието на теоретичните основи и практическото внедряване на горивните клетки и предричаха голямо бъдеще за тях.

себе си терминът "горивна клетка"се появява по-късно - той е предложен през 1889 г. от Лудвиг Монд и Чарлз Лангер, които се опитват да създадат устройство за генериране на електричество от въздух и въглищен газ.

При нормално изгаряне в кислород се извършва окисляване на изкопаемото гориво и химическата енергия на горивото се превръща неефективно в топлинна енергия. Но се оказа възможно реакцията на окисление, например на водород с кислород, да се проведе в електролитна среда и в присъствието на електроди да се получи електрически ток. Например, доставяйки водород на електрод в алкална среда, получаваме електрони:

2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e-

които, преминавайки през външната верига, влизат в противоположния електрод, към който влиза кислород и където протича реакцията: 4e- + O2 + 2H2O → 4OH-

Вижда се, че получената реакция 2H2 + O2 → H2O е същата като при конвенционалното горене, но в горивна клетка, или по друг начин - в електрохимичен генератор, се получава електрически ток с голяма ефективност и частично топлина. Обърнете внимание, че въглищата, въглеродният окис, алкохолите, хидразинът и други органични вещества също могат да се използват като гориво в горивните клетки, а въздухът, водороден прекис, хлор, бром, азотна киселина и др. могат да се използват като окислители.

Развитието на горивните клетки продължи енергично както в чужбина, така и в Русия, а след това и в СССР. Сред учените, които имат голям принос в изследването на горивните клетки, отбелязваме В. Жако, П. Яблочков, Ф. Бейкън, Е. Бауер, Е. Юсти, К. Кордеш. В средата на миналия век започна нова буря от проблеми с горивните клетки. Това отчасти се дължи на появата на нови идеи, материали и технологии в резултат на изследвания в областта на отбраната.

Един от учените, които направиха сериозна стъпка в развитието на горивните клетки, беше П.М.Спиридонов. Водородно-кислородни елементи на Спиридоновдаде плътност на тока от 30 mA / cm2, което за това време се смяташе за голямо постижение. През четиридесетте години О. Давтян създава инсталация за електрохимично изгаряне на генераторен газ, получен чрез газификация на въглища. За всеки кубичен метър обем на елемента Давтян получава 5 kW мощност.

Беше първата горивна клетка с твърд електролит... Имаше висока ефективност, но с времето електролитът се влоши и трябваше да се смени. Впоследствие Давтян в края на петдесетте създава мощна инсталация, която привежда трактора в движение. През същите години английският инженер Т. Бейкън проектира и изгради батерия от горивни клетки с общ капацитет 6 kW и ефективност 80%, работещи на чист водород и кислород, но съотношението мощност/тегло на батерията се оказа твърде малка - такива клетки бяха неподходящи за практическа употреба и твърде скъпи.

През следващите години времето на самотниците отмина. Създателите на космически кораб се интересуват от горивни клетки. От средата на 60-те години милиони долари са инвестирани в изследвания на горивни клетки. Работата на хиляди учени и инженери направи възможно достигането на ново ниво и през 1965г. Горивните клетки са тествани в САЩ на космическия кораб Gemini-5, а по-късно и на космическия кораб Apollo за полети до Луната и по програмата Shuttle.

В СССР горивните клетки са разработени в НПО Квант, също за използване в космоса. През тези години вече се появиха нови материали - твърди полимерни електролити на базата на йонообменни мембрани, нови видове катализатори, електроди. Независимо от това, плътността на работния ток беше малка - в рамките на 100-200 mA / cm2, а съдържанието на платина върху електродите беше няколко g / cm2. Имаше много проблеми, свързани с издръжливост, стабилност, безопасност.

Следващият етап в бързото развитие на горивните клетки започва през 90-те години. от миналия век и продължава и до днес. Това се дължи на необходимостта от нови ефективни енергийни източници във връзка, от една страна, с глобалния екологичен проблем за нарастващите емисии на парникови газове от изгарянето на изкопаеми горива и, от друга страна, с изчерпването на такова гориво. резерви. Тъй като крайният продукт от горенето на водорода в горивната клетка е вода, те се считат за най-чистите по отношение на тяхното въздействие върху околната среда. Основният проблем се крие само в намирането на ефективен и евтин метод за производство на водород.

Милиарди финансови инвестиции в разработването на горивни клетки и водородни генератори трябва да доведат до технологичен пробив и да ги превърнат в реалност в ежедневието: в клетки за мобилни телефони, в автомобили, в електроцентрали. Вече такива автомобилни гиганти като Ballard, Honda, Daimler Chrysler, General Motors демонстрират автомобили и автобуси, работещи на горивни клетки с мощност 50 kW. Развиха се редица компании демонстрационни електроцентрали на горивни клетки с твърд оксиден електролит с мощност до 500 kW... Но въпреки значителния пробив в подобряването на характеристиките на горивните клетки, все още има много проблеми, които трябва да бъдат решени, свързани с тяхната цена, надеждност и безопасност.

В горивната клетка, за разлика от батериите и акумулаторите, както горивото, така и окислителят се подават към нея отвън. Горивната клетка е само посредник в реакцията и при идеални условия може да работи почти вечно. Красотата на тази технология е, че всъщност елементът изгаря гориво и директно преобразува освободената енергия в електричество. При директно изгаряне на горивото се окислява от кислород, а топлината, отделена при това, се използва за извършване на полезна работа.

В горивната клетка, както и в батериите, реакциите на окисление на горивото и редукция на кислород са пространствено разделени и процесът на "изгаряне" се осъществява само ако клетката подава ток към товара. Това е като дизел електрогенератор, само без дизел и генератор... А също и без дим, шум, прегряване и с много по-висок КПД. Последното се обяснява с факта, че, първо, няма междинни механични устройства и, второ, горивната клетка не е топлинен двигател и в резултат на това не се подчинява на закона на Карно (тоест ефективността му не се определя от температурната разлика).

Кислородът се използва като окислител в горивните клетки. Освен това, тъй като във въздуха има достатъчно кислород, няма нужда да се притеснявате за доставката на окислител. Горивото е водород. И така, в горивната клетка протича реакция:

2H2 + O2 → 2H2O + електричество + топлина.

Резултатът е полезна енергия и водна пара. Най-простият по своята структура е горивна клетка с протонна обменна мембрана(виж фигура 1). Той работи по следния начин: водородът, влизащ в елемента, се разлага под действието на катализатора на електрони и положително заредени водородни йони H +. Тогава влиза в действие специална мембрана, която играе ролята на електролит в конвенционалната батерия. Поради химичния си състав той позволява на протоните да преминават през себе си, но задържа електроните. По този начин електроните, натрупани на анода, създават излишен отрицателен заряд, а водородните йони създават положителен заряд на катода (напрежението в клетката е около 1V).

За да се създаде висока мощност, горивна клетка се сглобява от множество клетки. Ако елементът е включен в товара, тогава електроните ще текат през него към катода, създавайки ток и завършвайки процеса на окисление на водорода с кислород. Като катализатор в такива горивни клетки, като правило, се използват платинени микрочастици, поддържани върху въглеродни влакна. Поради своята структура, такъв катализатор е силно пропусклив за газ и електричество. Мембраната обикновено е направена от полимер, съдържащ сяра, Nafion. Дебелината на мембраната е равна на десети от милиметъра. По време на реакцията, разбира се, също се отделя топлина, но няма толкова много, така че работната температура се поддържа в диапазона от 40-80 ° C.

Фиг. 1. Как работи горивната клетка

Има и други видове горивни клетки, които се различават основно по вида на използвания електролит. Почти всички те изискват водород като гориво, така че възниква логичен въпрос: откъде да го вземем. Разбира се, би било възможно да се използва сгъстен водород от бутилки, но тогава веднага възникват проблеми, свързани с транспортирането и съхранението на този силно запалим газ под високо налягане. Разбира се, водородът може да се използва в свързана форма, както в метално-хидридни батерии. Но все пак остава проблемът с неговото производство и транспортиране, тъй като инфраструктурата за зареждане с водород не съществува.

Тук обаче също има решение - течно въглеводородно гориво може да се използва като източник на водород. Например, етилов или метилов алкохол. Вярно е, че тук вече е необходимо специално допълнително устройство - преобразувател на гориво, който преобразува алкохолите в смес от газообразен H2 и CO2 при висока температура (за метанол ще бъде някъде около 240 ° C). Но в този случай вече е по-трудно да се мисли за преносимост - такива устройства е добре да се използват като стационарни или, но за компактно мобилно оборудване се нуждаете от нещо по-малко тромаво.

И тук стигаме точно до устройството, чието разработване се извършва със страшна сила от почти всички най-големи производители на електроника - метанолова горивна клетка(Фигура 2).

Фиг. 2. Как работи горивната клетка с метанол

Основната разлика между водородни и метанолни горивни клетки се крие в използвания катализатор. Катализатор в метанолова горивна клетка позволява протоните да бъдат отстранени директно от молекулата на алкохола. По този начин въпросът с горивото е решен - метиловият алкохол се произвежда масово за химическата промишленост, лесен е за съхранение и транспортиране, а за зареждане на метанолова горивна клетка е достатъчно просто да смените горивния патрон. Вярно е, че има един значителен недостатък - метанолът е токсичен. Освен това ефективността на горивната клетка с метанол е значително по-ниска от тази на водородната горивна клетка.

Ориз. 3. Метанолова горивна клетка

Най-примамливият вариант е да се използва етилов алкохол като гориво, тъй като производството и разпространението на алкохолни напитки с всякакъв състав и сила е добре установено в целия свят. Въпреки това, ефективността на горивните клетки с етанол, за съжаление, е дори по-ниска от тази на метанола.

Както беше отбелязано в многогодишното развитие в областта на горивните клетки, бяха изградени различни видове горивни клетки. Горивните клетки се класифицират по електролит и тип гориво.

1. Твърд полимерен водородно-кислороден електролит.

2. Горивни клетки от твърд полимер метанол.

3. Клетки на алкален електролит.

4. Горивни клетки с фосфорна киселина.

5. Горивни клетки на базата на разтопени карбонати.

6. Горивни клетки с твърд оксид.

В идеалния случай ефективността на горивните клетки е много висока, но в реални условия има загуби, свързани с неравновесни процеси, като: омични загуби поради специфичната проводимост на електролита и електродите, активационна и концентрационна поляризация, дифузионни загуби. В резултат на това част от енергията, генерирана в горивните клетки, се превръща в топлина. Усилията на специалистите са насочени към намаляване на тези загуби.

Основният източник на омични загуби, както и причината за високата цена на горивните клетки, са перфлуорираните сулфонови катионообменни мембрани. В момента се търси алтернативни, по-евтини протон-проводими полимери. Тъй като проводимостта на тези мембрани (твърди електролити) достига приемлива стойност (10 Ohm / cm) само в присъствието на вода, газовете, подавани към горивната клетка, трябва да бъдат допълнително овлажнени в специално устройство, което също увеличава цената на система. В каталитичните газодифузионни електроди се използват предимно платина и някои други благородни метали и досега не е намерена замяна за тях. Въпреки че съдържанието на платина в горивните клетки е няколко mg / cm2, за големи батерии количеството му достига десетки грама.

При проектирането на горивни клетки се отделя голямо внимание на системата за отвеждане на топлината, тъй като при висока плътност на тока (до 1A / cm2) се извършва самозагряване на системата. За охлаждане се използва вода, циркулираща в горивната клетка през специални канали, а при ниска мощност се издухва въздух.

И така, съвременната електрохимична генераторна система, в допълнение към самата горивна клетка, е "обрасла" с много спомагателни устройства, като: помпи, компресор за подаване на въздух, подаване на водород, овлажнител на газ, охладител, изтичане на газ система за управление, преобразувател DC-AC, контролен процесор и др. Всичко това води до факта, че цената на системата с горивни клетки през 2004-2005 г. е 2-3 хил. USD / kW. Според експерти горивните клетки ще станат достъпни за използване в транспортни и стационарни електроцентрали на цена от $ 50-100 / kW.

За въвеждането на горивните клетки в ежедневието, наред с намаляването на цената на компонентите, трябва да се очакват нови оригинални идеи и подходи. По-специално, големи надежди се възлагат на използването на наноматериали и нанотехнологии. Например, наскоро няколко компании обявиха създаването на свръхефективни катализатори, по-специално за кислороден електрод, базиран на клъстери от наночастици от различни метали. В допълнение, има съобщения за дизайни на горивни клетки без мембрана, при които течно гориво (като метанол) се подава в горивната клетка заедно с окислител. Интересна е и разработената концепция за биогоривни клетки, работещи в замърсени води и консумиращи разтворен атмосферен кислород като окислител и органични примеси като гориво.

Според прогнозите на експерти горивните клетки ще навлязат на масовия пазар през следващите години. Всъщност разработчиците един след друг преодоляват технически проблеми, докладват за успехи и представят прототипи на горивни клетки. Например, Toshiba демонстрира завършен прототип на метанолова горивна клетка. Той е с размери 22x56x4.5mm и дава мощност от около 100mW. Едно пълнене в 2 кубчета концентриран (99,5%) метанол е достатъчен за 20 часа работа на MP3 плейъра. Toshiba пусна комерсиална горивна клетка за захранване на мобилни телефони. Отново същата Toshiba демонстрира батерия за преносими компютри с размери 275x75x40mm, която позволява на компютъра да работи 5 часа от едно зареждане.

Друга японска компания, Fujitsu, не изостава от Toshiba. През 2004 г. тя въвежда и елемент, който действа върху 30% воден разтвор на метанол. Тази горивна клетка работи с едно пълнене от 300 ml за 10 часа и в същото време доставя 15 вата мощност.

Casio разработва горивна клетка, в която метанолът първо се превръща в смес от газове H2 и CO2 в миниатюрен горивен преобразувател и след това се подава в горивната клетка. По време на демонстрацията прототипът на Casio захранва лаптопа в продължение на 20 часа.

Samsung също направи име в областта на горивните клетки - през 2004 г. демонстрира своя 12W прототип, предназначен за захранване на лаптоп. Като цяло Samsung възнамерява да използва горивни клетки преди всичко в смартфони от четвърто поколение.

Трябва да кажа, че японските компании като цяло са подходили много задълбочено към разработването на горивни клетки. Още през 2003 г. компании като Canon, Casio, Fujitsu, Hitachi, Sanyo, Sharp, Sony и Toshiba обединиха усилията си, за да разработят единен стандарт за горивни клетки за лаптопи, мобилни телефони, PDA и други електронни устройства. Американските компании, които също са много на този пазар, работят предимно по договори с военните и разработват горивни клетки за електрификация на американски войници.

Немците не изостават – Smart Fuel Cell продава горивни клетки за захранване на мобилен офис. Устройството се нарича Smart Fuel Cell C25, има размери 150x112x65mm и може да достави до 140 ватчаса при едно зареждане. Това е достатъчно за захранване на лаптопа за около 7 часа. След това касетата може да бъде сменена и можете да продължите да работите. Размерът на метанолния патрон е 99x63x27 mm, а теглото му е 150g. Самата система тежи 1,1 кг, така че не можете да я наречете напълно преносима, но все пак е напълно завършено и удобно устройство. Компанията разработва и горивен модул за захранване на професионални видеокамери.

Като цяло горивните клетки вече на практика навлизат на пазара на мобилна електроника. Остава производителите да решат последните технически проблеми, преди да започнат масово производство.

Първо, необходимо е да се реши въпросът с миниатюризацията на горивните клетки. В крайна сметка, колкото по-малка е горивната клетка, толкова по-малко мощност ще може да достави - така че непрекъснато се разработват нови катализатори и електроди, за да се увеличи максимално работната повърхност с малки размери. Тук най-новите разработки в областта на нанотехнологиите и наноматериалите (например нанотръби) са много полезни. Отново постиженията на микроелектромеханиката все повече се използват за миниатюризиране на тръбопроводите на елементите (горивни и водни помпи, охладителни системи и преобразуване на гориво).

Вторият основен проблем, който трябва да се разгледа, е цената. Наистина, много скъпата платина се използва като катализатор в повечето горивни клетки. Отново някои от производителите се опитват да се възползват максимално от вече утвърдените силициеви технологии.

Що се отнася до други области на използване на горивни клетки, горивните клетки вече са се утвърдили там, въпреки че все още не са станали масови нито в енергийния сектор, нито в транспорта. Вече много производители на автомобили представиха своите концептуални автомобили, задвижвани от горивни клетки. Автобуси с горивни клетки има в няколко града по света. Canadian Ballard Power Systems произвежда гама от стационарни генератори с мощност от 1 до 250 kW. В същото време генераторите на киловат са предназначени за незабавно захранване на един апартамент с електричество, топлина и топла вода.

Горивната клетка е устройство за електрохимично преобразуване на енергия, което химически преобразува водорода и кислорода в електричество. В резултат на този процес се образува вода и се генерира голямо количество топлина. Горивната клетка е много подобна на батерията, която може да се зарежда и след това да се използва със съхранената електрическа енергия.
За изобретател на горивната клетка се смята Уилям Р. Гроув, който я изобретява през далечната 1839 г. В тази горивна клетка като електролит е използван разтвор на сярна киселина, а като гориво е използван водород, който се комбинира с кислород в окислителна среда. Трябва да се отбележи, че доскоро горивните клетки се използваха само в лаборатории и на космически кораби.
В бъдеще горивните клетки ще могат да се конкурират с много други системи за преобразуване на енергия (включително газова турбина в електроцентрали) двигатели с вътрешно горене в автомобил и електрически батерии в преносими устройства. Двигателите с вътрешно горене изгарят гориво и използват налягането, създадено от разширяването на горивните газове, за да извършват механична работа. Батериите съхраняват електрическа енергия, преобразувайки я в химическа енергия, която може да се преобразува обратно в електрическа енергия, ако е необходимо. Горивните клетки са потенциално много ефективни. Още през 1824 г. френският учен Карно доказва, че циклите на компресия-разширяване на двигател с вътрешно горене не могат да осигурят ефективността на преобразуване на топлинната енергия (която е химическата енергия на изгарянето на гориво) в механична енергия над 50%. Горивната клетка няма движещи се части (поне в самата клетка) и следователно не се подчинява на закона на Карно. Естествено, те ще имат повече от 50% ефективност и са особено ефективни при ниски натоварвания. По този начин превозните средства с горивни клетки са готови да станат (и вече са доказали) по-ефективни на гориво от конвенционалните превозни средства при реални условия на шофиране.
Горивната клетка генерира електрически ток с постоянно напрежение, който може да се използва за задвижване на електрически двигател, осветителни устройства и други електрически системи в превозно средство. Има няколко вида горивни клетки, които се различават по използваните химически процеси. Горивните клетки обикновено се класифицират според вида на електролита, който използват. Някои видове горивни клетки са обещаващи за използване като електроцентрали за електроцентрали, докато други могат да бъдат полезни за малки преносими устройства или за шофиране на автомобили.
Алкалната горивна клетка е една от най-ранно развитите клетки. Те се използват в космическата програма на САЩ от 60-те години на миналия век. Тези горивни клетки са много податливи на замърсяване и следователно изискват много чист водород и кислород. Те също са много скъпи и затова този тип горивни клетки е малко вероятно да намерят широко приложение в автомобилите.
Горивните клетки на базата на фосфорна киселина могат да се използват в стационарни инсталации с ниска мощност. Те работят при доста висока температура и поради това отнемат много време за загряване, което също ги прави неефективни за използване в автомобили.
Горивните клетки с твърд оксид са по-подходящи за големи стационарни генератори на енергия, които могат да захранват фабрики или общности. Този тип горивни клетки работят при много високи температури (около 1000 ° C). Високата работна температура създава определени проблеми, но от друга страна има предимство – парата, произведена от горивната клетка, може да бъде изпратена към турбините, за да генерират повече електроенергия. Като цяло това подобрява цялостната ефективност на системата.
Една от най-обещаващите системи е Protone Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). В момента този тип горивни клетки е най-перспективният, защото може да задвижва автомобили, автобуси и други превозни средства.

Химия на горивните клетки

Горивните клетки използват електрохимичен процес за комбиниране на водород с кислород от въздуха. Подобно на батериите, горивните клетки използват електроди (твърди електрически проводници) в електролит (електропроводима среда). Когато молекулите на водорода влязат в контакт с отрицателния електрод (анод), последният се разделя на протони и електрони. Протоните преминават през протонна обменна мембрана (PEM) до положителния електрод (катод) на горивната клетка, произвеждайки електричество. Възниква химична комбинация от молекули водород и кислород, за да се образува вода като страничен продукт от тази реакция. Единствената емисия от горивна клетка е водната пара.
Електричеството, генерирано от горивните клетки, може да се използва в електрическата трансмисия на превозното средство (състояща се от електрически преобразувател и AC индукционен двигател) за генериране на механична енергия за задвижване на превозното средство. Работата на преобразувателя на електрическа енергия е да преобразува постоянния електрически ток, произведен от горивните клетки, в променлив ток, който задвижва тяговия двигател на автомобила.

Схема на горивна клетка с протонообменна мембрана:
1 - анод;
2 - протонна обменна мембрана (PEM);
3 - катализатор (червен);
4 - катод

Горивната клетка с протонна обменна мембрана (PEMFC) използва една от най-простите реакции на всяка горивна клетка.

Отделна горивна клетка

Нека разгледаме как работи горивната клетка. Анодът, отрицателният полюс на горивната клетка, провежда електрони, които са освободени от водородни молекули, така че да могат да се използват във външна електрическа верига. За това в него са гравирани канали, разпределящи водорода равномерно по цялата повърхност на катализатора. Катодът (положителният полюс на горивната клетка) има гравирани канали, които разпределят кислорода върху повърхността на катализатора. Той също така отвежда електроните обратно от външния контур (верига) към катализатора, където те могат да се комбинират с водородни йони и кислород, за да образуват вода. Електролитът е протонна обменна мембрана. Това е специален материал, подобен на обикновената пластмаса, но със способността да пропуска положително заредени йони и да блокира преминаването на електрони.
Катализаторът е специален материал, който улеснява реакцията между кислород и водород. Катализаторът обикновено е направен от платинен прах, покрит на много тънък слой върху въглеродна хартия или плат. Катализаторът трябва да е грапав и порест, за да може повърхността му да бъде в максимален контакт с водород и кислород. Покритата с платина страна на катализатора е пред протонната обменна мембрана (PEM).
Водородният газ (H 2) се подава към горивната клетка под налягане от анодната страна. Когато молекула H2 влезе в контакт с платина на катализатора, тя се разделя на две части, два йона (H +) и два електрона (e–). Електроните се провеждат през анода, където пътуват през външния контур (верига), за да вършат полезна работа (като задвижване на електрически двигател) и се връщат от катодната страна на горивната клетка.
Междувременно от катодната страна на горивната клетка кислородният газ (O 2) се прокарва през катализатора, където образува два кислородни атома. Всеки от тези атоми има силен отрицателен заряд, който привлича два H + йона през мембраната, където те се комбинират с кислороден атом и два електрона от външната верига (верига), за да образуват водна молекула (H 2 O).
Тази реакция в една горивна клетка произвежда приблизително 0,7 вата мощност. За да се повиши мощността до необходимото ниво, много отделни горивни клетки трябва да се комбинират, за да образуват купчина горивни клетки.
POM горивните клетки работят при относително ниска температура (около 80 ° C), което означава, че те могат бързо да се нагряват до работна температура и не изискват скъпи охладителни системи. Непрекъснатото усъвършенстване на технологиите и материалите, използвани в тези клетки, доближи мощността им до нивото, при което батерия от такива горивни клетки, която заема малка част от багажника на автомобил, може да осигури енергията, необходима за шофиране на автомобил.
През последните години повечето от водещите световни производители на автомобили инвестираха сериозно в дизайна на превозни средства с горивни клетки. Много от тях вече демонстрираха автомобили с горивни клетки със задоволителна мощност и динамични характеристики, въпреки че бяха доста скъпи.
Усъвършенстването на дизайна на такива превозни средства върви много интензивно.

Превозното средство с горивни клетки използва електроцентрала, разположена под пода на превозното средство

Автомобилът NECAR V е направен на базата на автомобила Mercedes-Benz A-class, като цялата електроцентрала, заедно с горивните клетки, е разположена под пода на автомобила. Такова конструктивно решение прави възможно поставянето на четирима пътници и багаж в автомобила. Тук като гориво за автомобила се използва не водород, а метанол. Метанолът се превръща от реформатор (устройство, което превръща метанола във водород) във водород, който е необходим за захранване на горивната клетка. Използването на реформатор на борда на превозно средство прави възможно използването на почти всеки въглеводород като гориво, което прави възможно зареждането на превозно средство с горивни клетки, използвайки съществуващата мрежа за пълнене. На теория горивните клетки не произвеждат нищо освен електричество и вода. Преобразуването на горивото (бензин или метанол) във водород, което е необходимо за горивната клетка, донякъде намалява екологичната привлекателност на такъв автомобил.
Honda, която се занимава с горивни клетки от 1989 г., произведе малка партида Honda FCX-V4 с горивни клетки с протонна обменна мембрана на Ballard през 2003 г. Тези горивни клетки генерират 78 kW електрическа мощност, докато за задвижване на задвижващите колела се използват тягови двигатели с мощност 60 kW и въртящ момент от 272 Nm. Има отлична динамика, а доставката на сгъстен водород дава възможност за разгон до 355 км.

Автомобилът Honda FСX използва електрическа енергия за движение, получена с помощта на горивни клетки.
Honda FCX е първото в света превозно средство с горивни клетки, което получи сертификат от правителството на САЩ. Автомобилът е сертифициран по ZEV - превозно средство с нулеви емисии. Honda все още няма да продава тези коли, но отдава на лизинг около 30 автомобила в бройки. Калифорния и Токио, където вече съществува инфраструктура за зареждане с водород.

Концептуалният автомобил Hy Wire на General Motors включва задвижване с горивни клетки

General Motors провежда задълбочени изследвания в разработването и създаването на превозни средства с горивни клетки.

Шаси за кола Hy Wire

Концептуалният автомобил GM Hy Wire е получил 26 патента. Основата на автомобила е функционална платформа с дебелина 150 мм. Вътре в платформата са разположени водородни бутилки, електроцентрала с горивни клетки и системи за управление на превозното средство, използващи най-новата електронна технология с воден проводник. Шасито Hy Wire е тънка платформа, която обхваща всички основни структурни елементи на автомобила: резервоари за водород, горивни клетки, батерии, електрически двигатели и системи за управление. Този подход към дизайна дава възможност за смяна на каросерията на автомобилите по време на работа. Компанията също така тества прототип на превозни средства Opel с горивни клетки и проектира завод за горивни клетки.

Безопасен дизайн на резервоара за втечнен водород:
1 - устройство за пълнене;
2 - външен резервоар;
3 - опори;
4 - сензор за ниво;
5 - вътрешен резервоар;
6 - линия за пълнене;
7 - изолация и вакуум;
8 - нагревател;
9 - фиксираща кутия

Компанията BMW обръща голямо внимание на проблема с използването на водород като гориво за автомобили. Заедно с Magna Steyer, известна с работата си по използването на втечнен водород при изследване на космоса, BMW разработи резервоар за втечнен водород, който може да се използва в автомобили.

Тестовете потвърдиха безопасността на използването на резервоар с течен водород

Компанията е извършила серия от тестове за безопасност на конструкцията по стандартни методи и е потвърдила нейната надеждност.
През 2002 г. Mini Cooper Hydrogen беше показан на автомобилното изложение във Франкфурт (Германия), който използва втечнен водород като гориво. Резервоарът за гориво на това превозно средство заема същото място като обикновен резервоар за газ. Водородът в тази кола не се използва за горивни клетки, а като гориво за двигателя с вътрешно горене.

Първият в света сериен автомобил с горивна клетка вместо батерия

През 2003 г. BMW обяви производството на първия сериен автомобил с горивна клетка, BMW 750 hL. Използва се батерия с горивна клетка вместо традиционна батерия. Това превозно средство има 12-цилиндров двигател с вътрешно горене, работещ на водород, а горивната клетка служи като алтернатива на конвенционалната батерия, позволявайки на климатика и други електрически консуматори да работят, когато автомобилът е паркиран за дълги периоди от време с двигателя неработещ.

Зареждането с водород се извършва от робот, водачът не участва в този процес

Същата компания BMW е разработила и роботизирани дозатори за гориво, които осигуряват бързо и безопасно зареждане на автомобили с втечнен водород.
Голям брой разработки през последните години, насочени към създаване на автомобили, използващи алтернативни горива и алтернативни електроцентрали, показват, че двигателите с вътрешно горене, които доминират в автомобилите през миналия век, в крайна сметка ще отстъпят място на по-чисти, по-ефективни за околната среда и безшумни дизайни. Широкото им разпространение в момента е ограничено не от технически, а по-скоро от икономически и социални проблеми. За широкото им използване е необходимо създаване на определена инфраструктура за развитие на производството на алтернативни горива, създаване и разпространение на нови бензиностанции и преодоляване на редица психологически бариери. Използването на водород като гориво за превозни средства ще изисква проблеми със съхранението, доставката и разпространението със сериозни мерки за безопасност.
На теория водородът се предлага в неограничени количества, но производството му е много енергоемко. Освен това, за да прехвърлите автомобилите да работят на водородно гориво, е необходимо да се направят две големи промени в енергийната система: първо да се прехвърли работата й от бензин към метанол и след това за известно време на водород. Ще отнеме известно време, преди този проблем да бъде разрешен.