21-ojo amžiaus vandenilio kuro elementų naujovės

WLADIMIR BULGAR / MOKSLO NUOTRAUKŲ BIBLIOTEKA / Getty Images

1839 m. pirmąjį kuro elementą sugalvojo seras Williamas Robertas Grove'as, Velso teisėjas, išradėjas ir fizikas. Jis sumaišė vandenilį ir deguonies dalyvaujant an elektrolitas ir pagaminta elektros ir vandens. Išradimas, kuris vėliau tapo žinomas kaip kuro elementas, nepagamino pakankamai elektros energijos, kad būtų naudingas.

Ankstyvieji kuro elementų etapai

1889 m. kuro elemento terminą pirmą kartą sukūrė Ludwig Mond ir Charles Langer, kurie bandė sukurti veikiančią kuro elementą naudodami orą ir pramonines anglies dujas. Kitas šaltinis teigia, kad būtent Williamas White'as Jaquesas pirmasis sukūrė terminą „kuro elementas“. Jaquesas taip pat buvo pirmasis mokslininkas, panaudojęs fosforo rūgštį elektrolitų vonioje.

1920-aisiais kuro elementų tyrimai Vokietijoje atvėrė kelią šių dienų karbonato ciklo ir kietojo oksido kuro elementų plėtrai.

1932 m. inžinierius Francis T Bacon pradėjo savo gyvybiškai svarbius kuro elementų tyrimus. Ankstyvieji ląstelių dizaineriai naudojo porėtus platinos elektrodus ir sieros rūgštį kaip elektrolito vonią. Platinos naudojimas buvo brangus, o sieros rūgšties naudojimas buvo ėsdinantis. Bekonas patobulino brangius platinos katalizatorius su vandenilio ir deguonies elementu, naudodamas mažiau korozinį šarminį elektrolitą ir nebrangius nikelio elektrodus.

Baconui prireikė iki 1959 m., kad patobulintų savo dizainą, kai jis pademonstravo penkių kilovatų kuro elementą, galintį maitinti suvirinimo aparatą. Francisas T. Baconas, tiesioginis kito gerai žinomo Franciso Bekono palikuonis, savo garsųjį kuro elementų dizainą pavadino „Bacon Cell“.

Kuro elementai transporto priemonėse

1959 m. spalį Harry Karl Ihrig, Allis - Chalmers Manufacturing Company inžinierius, pademonstravo 20 arklio galių traktorių, kuris buvo pirmoji transporto priemonė, varoma kuro elementu.

1960-ųjų pradžioje „General Electric“ gamino kuro elementų elektros energijos sistemąNASAGemini ir Apollo kosminės kapsulės. „General Electric“ savo dizaino pagrindu naudojo „Bacon Cell“ principus. Šiandien „Space Shuttle“ elektrą aprūpina kuro elementai, o tie patys kuro elementai aprūpina įgulą geriamuoju vandeniu.

NASA nusprendė, kad naudojant branduolinius reaktorius yra per didelė rizika ir naudoti baterijos arba saulės energija buvo per didelė, kad būtų galima naudoti kosminėse transporto priemonėse. NASA finansavo daugiau nei 200 mokslinių tyrimų sutarčių, skirtų kuro elementų technologijoms tirti, taip padidindama technologiją iki tokio lygio, kuris dabar tinkamas privačiam sektoriui.

Pirmasis autobusas, varomas kuro elementu, buvo baigtas statyti 1993 m., o šiuo metu Europoje ir JAV gaminami keli automobiliai su kuro elementais. „Daimler-Benz“ ir „Toyota“ 1997 m. pristatė kuro elementais varomų automobilių prototipus.

Kuro elementai yra puikus energijos šaltinis

Galbūt atsakymas į klausimą „Kas čia per kuro elementai?“ turėtų būti klausimas: „Kas tokio nuostabaus dėl taršos, klimato kaitos ar naftos, gamtinių dujų ir anglies pasibaigimo?“ Artėjant ateinančiam tūkstantmečiui, laikas atsinaujinančią energiją ir planetai palankias technologijas įtraukti į savo prioritetus.

Kuro elementai gyvuoja daugiau nei 150 metų ir yra neišsenkantis, aplinkai saugus ir visada prieinamas energijos šaltinis. Tai kodėl jie jau ne visur naudojami? Dar visai neseniai tai buvo dėl išlaidų. Ląstelės buvo per brangios gaminti. Dabar tai pasikeitė.

Jungtinėse Valstijose keli teisės aktai paskatino dabartinį vandenilio kuro elementų kūrimo sprogimą: 1996 m. Kongreso Vandenilio ateities įstatymas ir keli valstijos įstatymai, skatinantys automobilių nulinės emisijos lygį. Visame pasaulyje buvo kuriami įvairių tipų kuro elementai su dideliu valstybės finansavimu. Vien Jungtinės Valstijos per pastaruosius trisdešimt metų kuro elementų tyrimams skyrė daugiau nei milijardą dolerių.

1998 m. Islandija paskelbė apie planus sukurti vandenilio ekonomiką bendradarbiaudama su Vokietijos automobilių gamintoju Daimler-Benz ir Kanados kuro elementų kūrėja Ballard Power Systems. Pagal 10 metų planą visos transporto priemonės, įskaitant Islandijos žvejybos laivyną, būtų pakeistos į kuro elementais varomas transporto priemones. 1999 m. kovo mėn. Islandija, „Shell Oil“, „Daimler Chrysler“ ir „Norsk Hydroform“ įkūrė bendrovę, kuri toliau plėtoja Islandijos vandenilio ekonomiką.

1999 m. vasario mėn. Hamburge (Vokietija) buvo atidaryta pirmoji Europoje vieša komercinė vandenilio degalinė, skirta lengviesiems automobiliams ir sunkvežimiams. 1999 m. balandžio mėn. Daimler Chrysler pristatė skysto vandenilio transporto priemonę NECAR 4. Didžiausias 90 mylių per valandą greitis ir 280 mylių bako talpa automobilis sužavėjo spaudą. Bendrovė planuoja iki 2004 m. ribotai gaminti kuro elementų transporto priemones. Iki to laiko „Daimler Chrysler“ kuro elementų technologijų plėtrai išleis dar 1,4 mlrd. USD.

1999 m. rugpjūtį Singapūro fizikai paskelbė apie naują šarminių anglies nanovamzdelių vandenilio saugojimo metodą, kuris padidintų vandenilio kaupimą ir saugumą. Taivano įmonė San Yang kuria pirmąjį kuro elementu varomą motociklą.

Kur mes einame iš čia?

Vis dar kyla problemų dėl vandeniliu varomų variklių ir elektrinių. Reikia spręsti transportavimo, sandėliavimo ir saugos problemas. „Greenpeace“ skatino kuro elementų, naudojamų regeneraciniu būdu pagamintu vandeniliu, kūrimą. Europos automobilių gamintojai iki šiol ignoravo „Greenpeace“ projektą dėl itin efektyvaus automobilio, sunaudojančio tik 3 litrus benzino 100 km.

Ypatinga padėka skirta H-Power, The Hydrogen Fuel Cell Letter ir Fuel Cell 2000