Во претходниот напис беше објаснето како се произведува водород, неговото складирање и транспорт. Понатаму ќе биде опишано неговото користење во разни намени, а најмногу во средствата за транспорт: автомобили, камиони, бродови, авиони итн.
Зелениот водород не се користи во моторите со внатрешно согорување поради релативно ниската енергетска ефикасност, проблеми со складирањето до 700 бари во гасна состојба и премногу ниска температура во течна состојба. Од друга страна, водородот се употребува на сосема поинаков начин за придвижување на возилата, а тоа е користењето на горивните ќелии. Ова станува атрактивна опција која денес има брз и масовен развој во светот. Затоа, подолу е дадено кратко објаснување за горивните ќелии.
Како функционира горивната ќелија
Горивната ќелија е електрохемиски уред кој ја претвора хемиската енергија од горивото (водород) директно во електрична енергија и топлина, преку контролирана хемиска реакција, а не преку согорување.
Една стандардна горивна ќелија што користи водород се состои од три главни компоненти: анода (негативна електрода), катода (позитивна електрода) и мембрана во средината (електролит).
Целиот процес се одвива низ следниве чекори:
• Довод на гориво: Водородот (H₂) се внесува на страната на анодата, додека од страната на катодата се внесува воздух во кој има кислород (O₂).
• Разделување на водородот: Анодата е обложена со катализатор (најчесто платина) кој ги принудува молекулите на водородот да се делат на протони (позитивни јони) и електрони (негативни честички).
• Генерирање струја:
o Мембраната (електролитот) во средината е специјално дизајнирана да пропушта само протони.
o Бидејќи електроните не можат да поминат низ мембраната, тие се принудени да патуваат низ надворешно струјно коло за да стигнат до катодата. Ова движење на електроните создава електрична струја која може да напојува електромотор од автомобил или друг уред.
• Соединување и нуспроизвод: На катодата, протоните што поминале низ мембраната и електроните што стигнале преку струјното коло се соединуваат со кислородот. Како резултат на оваа реакција, се создаваат чиста вода (H2O) и топлина.
Улогата на мембраната е да служи како еден вид електричен изолатор; таа не дозволува слободните електрони да поминат низ неа. Поради ова, електроните се принудени да се движат низ надворешно струјно коло, со што се создава електрична струја. Таа физички ги разделува водородот и кислородот. Доколку овие два гаса директно се измешаат, би дошло до хемиска реакција на согорување (експлозија) наместо контролирано производство на струја. Мембраната е направена од специјален материјал нафион (Nafion) патентиран од компанијата DuPont и има висока цена. Има најави за развој и на нови типови мембрани.
Но, најскапиот материјал вграден во горивните ќелии е платината, која се става и во анодата и во катодата и служи како катализатор. Таа овозможува екстремно брзо раздвојување на водородот на протони и електрони (на анодата) и спојување на протоните со кислородот во вода (на катодата).
За разлика од класичната батерија за електрична енергија која се празни и мора да се полни, горивната ќелија може да произведува струја континуирано сè додека има постојан довод на гориво (водород) и кислород.
Кај автомобилите и други транспортни средства се препорачува мотор со горивна ќелија, а не мотор со внатрешно согорување поради следниве предности:
• Драстично поголема ефикасност: Ефикасноста на горивните ќелии е помеѓу 40 % и 60 %, додека моторите со внатрешно согорување на бензин и гас искористуваат само околу 20 % до 35 % од енергијата на горивото, а остатокот се губи како неискористена топлина.
• Тивка работа и помалку подвижни делови: Бидејќи нема експлозии и согорување, овие возила работат екстремно тивко и имаат помало механичко абење, што ги намалува трошоците за одржување.
• Брзо полнење во споредба со батериите: Класичните електрични возила на батерии се полнат со часови, а резервоарот со водород кај возилата со горивна ќелија се полни на станица за само 3 до 5 минути, слично како и кај традиционалните автомобили.
• Нулта емисија на штетни гасови: Автомобилите со горивна ќелија не испуштаат јаглерод диоксид (CO₂), чад или азотни оксиди од ауспухот. Единствениот „отпад“ е чиста водена пареа.
• Сличност со електричните автомобили: Наместо голема батерија, тие имаат горивна ќелија. И едните и другите имаат електромотор.
За големи камиони, бродови и авиони, користењето електрична енергија за нивниот погон е поврзано со потребата од батерии со огромни димензии и тежина. Кај нив е многу посоодветно користењето на водород како гориво.
Следува продолжение по неколку дена.
Автор: д-р Ристо Цицонков, редовен професор на Машински факултет – Скопје