Japońskie ogniwa paliwowe zasilane wodą

 

Parę tygodni temu (czerwiec 2008 r.) obiegła świat wiadomość o japońskim samochodzie używającym wody jako paliwa - jak on działa i cóż to za technologia została w nim zastosowana?

Opracowano na podstawie strony internetowej www.genepax.co.jp .



Elektryczne autko "Reva" z systemem do produkcji energii elektrycznej z wody WES (Water Energy System)

Firma Genepax Co Ltd na konferencji prasowej 12 czerwca 2008 r. w Japonii, w mieście Osaka ujawniła trochę informacji o nowym systemie ogniw paliwowych („Water Energy System” - WES) produkujących energię elektryczną ze zwykłej wody. System ten używa tylko wody oaz tlenu z powietrza jako paliwa i nie emituje dwutlenku węgla (CO2).


Schematyczna budowa systemu do produkcji energii z wody WES:
kolor ciemno-szary - separatory,
niebieski - elektrody membranowe MEA,
żółty - płyty zbierające prąd z biegunem dodatnim i ujemnym systemu WES,
jasno-szary - specjalne uszczelki zapobiegające wyciekom.


Schemat krążenia wody (kolor niebieski) i powietrza (kolor zielony) w ogniwach WES.
Kolor szary - separatory,
a pomiędzy nimi MEA - specjalne elektrody membranowe.

Poniżej animacja przedstawiająca zachodzące reakcje w systemie WES:

 

Podstawowy mechanizm generujący energię w nowym systemie jest podobny do zwykłego ogniwa paliwowego używającego wodoru jako paliwa. Głównym elementem nowego systemu jest zespół specjalnych elektrod membranowych („membrane electrode assembly” - MEA) opracowany przez Genepax, które zawierają specjalny materiał zdolny rozdzielić wodę na wodór i tlen dzięki reakcji chemicznej.

Firma nie ujawniła szczegółów, ale szef firmy Hirasawa Kiyoshi powiedział, że „osiągnięto to dzięki zaadaptowaniu do MEA dobrze znanego procesu produkcji wodoru z wody”. Ten proces jest prawdopodobnie podobny do mechanizmu produkcji wodoru poprzez reakcję wodorków metali z wodą. Ale w porównaniu do istniejących metod, ta nowa będzie w stanie produkować wodór przez dużo dłuższy czas.

W nowym procesie, ogniwa potrzebują tylko wody i powietrza, eliminując konieczność stosowania reformerów wodorowych i wysokociśnieniowych zbiorników wodorowych. Co więcej nie potrzeba specjalnych katalizatorów, a wymóg zastosowania rzadkich metali takich jak platyna jest prawie taki sam jak w istniejących systemach.

W przeciwieństwie do ogniw paliwowych na metanol (direct methanol fuel cell - DMFC), nowy system nie emituje dwutlenku węgla (CO2). Dodatkowo przewidywana jest dłuższa żywotność nowych ogniw, ponieważ degradacja katalizatora (zanieczyszczenie) spowodowane przez tlenek węgla (CO) nie występuje na elektrodach ogniwa. Jak dotąd minął ledwie ponad rok jak naukowcy zbudowali prototyp, na razie planują zdobycie więcej danych o żywotności produktu.

Genepax zaprezentowała na konferencji systemy ogniw paliwowych o mocy nominalnej 120W i 300W. Najpierw woda została dostarczona do systemu 120W przez pompę na baterie. Po tym już przy wyłączonej pompce energia elektryczna zaczęła być produkowana.


System do produkcji energii z wody WES o mocy 120W


Zespół 40 ogniw ze specjalnymi elektrodami membranowymi MEA systemu WES 120W

Napięcie na zestawie ogniw było rzędu 25-30V. Ponieważ zestaw składał się z 40 połączonych ogniw, to moc jednego był ok. 3W przy napięciu 0,5-0,7V. Ogniwa miały wymiar 10x10cm, tak więc uzyskuje się ok. 30mW/cm2 powierzchni pojedynczego ogniwa.

W międzyczasie system ogniw 300W zasilany był wodą i powietrzem za pomocą pompy. Podczas demonstracji ładował litowo-jonowy akumulator zasilający telewizor i sprzęt oświetleniowy. Właśnie taki 300W system został zamontowany w elektrycznym autku „Reva” firmy Takeoka Mini Car Products Co Ltd (http://www.takeoka-m.co.jp/reva/reve.html).


WES o mocy 300W zamontowany w elektrycznym samochodzie "Reva"

Firma Genepax planowała początkowo zaprojektować 500W system ogniw, ale przy jego budowie skończyły się jej materiały na membrany MEA - starczyło ich jedynie na taki o mocy 300W.


WES o mocy 300W - może służyć jako generator prądu

W przyszłości firma zamierza produkować 1kW systemy do zastosowań w elektrycznych pojazdach i w domach. W pojazdach elektrycznych system ten będzie mógł być stosowany jako jedyne źródło prądu jak również w układzie akumulatory + WES. W tym drugim przypadku może być mniejszej mocy niż potrzebna do napędu silnika pojazdu, ponieważ ładował będzie akumulatory podczas postoju i jazdy - dzięki temu auto nie potrzebuje specjalnych stacji do ładowania akumulatorów. W domach może zasilać zestaw akumulatorów, do których dołączona przetwornica napięcia może zasilać domowe urządzenia, sprzęty elektryczne pobierałby wtedy prąd z akumulatorów, które są elementem buforującym, dzięki czemu moc ogniw WES może być mniejsza, niż szczytowe zapotrzebowanie na energię elektryczną.

Koszt produkcji takiego systemu WES jest obecnie na poziomie 2 000 000 jenów (ok. 40 000 zł) i może być ograniczony do 500 000 jenów (ok. 10 000 zł) lub jeszcze mniejszej kwoty przy masowej produkcji, tak aby był konkurencyjny cenowo do zestawu baterii słonecznych o podobnej mocy.


 

 http://darmowa-energia.eko.org.pl