Brandstofceltechnologie maakt vorderingen richting een duurzame energietoekomst

Stel je een energieoplossing voor die elektriciteit efficiënt opwekt en tegelijkertijd bijna nul uitstoot produceert.chemische energie van waterstof of andere brandstoffen rechtstreeks omzetten in elektriciteitBij het gebruik van waterstof zijn de enige bijproducten elektriciteit, water en warmte.Maar wat maakt deze technologie zo veelbelovend?, en welke obstakels moeten worden overwonnen?

Brandstofcellen vinden toepassingen in meerdere sectoren, waaronder vervoer, industriële/commerciële/woninggebouwen en omkeerbare systemen voor langdurige energiespeel in het net:

• Vervoer:Brandstofcelvoertuigen (FCV's) zijn een haalbaar alternatief voor traditionele verbrandingsmotoren.met name voor zware bedrijfsvoertuigen waar lange afstand en snelle tanking aanzienlijke voordelen bieden.
• Standaard elektriciteitsopwekking:Deze systemen kunnen elektriciteit en warmte voor gebouwen leveren, waardoor de energie-efficiëntie wordt verbeterd en tegelijkertijd de afhankelijkheid van grote elektriciteitsnetten wordt verminderd.
• Draagbare stroom:Brandstofcellen voorzien elektronische apparaten zoals laptops en drones van stroom, waardoor ze langer werken in vergelijking met conventionele batterijen.
• Energieopslag:Reversibele brandstofcelsystemen kunnen energie opslaan door middel van water elektrolyse, waardoor waterstof terug wordt omgezet in elektriciteit wanneer dat nodig is om de vraag naar het net in evenwicht te houden.

Brandstofcellen bieden duidelijke voordelen ten opzichte van conventionele verbrandingstechnologieën:

• Superieure efficiëntie:De omzetting van chemische energie rechtstreeks in elektriciteit zorgt voor efficiënties van meer dan 60%, wat aanzienlijk hoger is dan bij verbrandingsmotoren.
• Minimale emissies:Waterstofbrandstofcellen produceren alleen waterdamp, waardoor de uitstoot van kooldioxide wordt verminderd en klimaatverandering wordt bestreden.Ze vermijden ook het vrijkomen van schadelijke luchtverontreinigende stoffen zoals stikstofoxiden en fijnstof.
• Stil optreden:Met weinig bewegende onderdelen werken brandstofcellen bijna stil, waardoor ze ideaal zijn voor geluidsgevoelige omgevingen zoals ziekenhuizen en woonwijken.

Brandstofcellen werken op dezelfde manier als batterijen, maar zonder dat ze opnieuw moeten worden opgeladen.Een typische eenheid bestaat uit twee elektroden (anode en katode) gescheiden door een elektrolyt:

1. Waterstofbrandstof komt de anode binnen terwijl zuurstof (uit de lucht) naar de katode stroomt.
2. Bij de anode splijt een katalysator waterstofmoleculen in protonen en elektronen.
3. Elektronen reizen door een extern circuit en creëren elektrische stroom.
4. Protonen migreren door de elektrolyt naar de kathode.
5. Bij de kathode vormen protonen, elektronen en zuurstof water en warmte.

Onderzoeksinstellingen over de hele wereld richten zich op het aanpakken van drie kritieke uitdagingen voor de invoering van brandstofcellen:

Belangrijke strategieën zijn onder meer het ontwikkelen van goedkope stapelcomponenten, het optimaliseren van productieprocessen en het verminderen van de afhankelijkheid van dure platina-katalysatoren door:

• Verbeterd gebruik van katalysatoren en alternatieve materialen
• Geavanceerde productietechnieken voor massaproductie
• Innovatieve membranen- en elektrodenmaterialen

Onderzoekers streven ernaar:

• Vermogendichtheid om de grootte en het gewicht van het systeem te verminderen
• Energie-efficiëntie om het brandstofverbruik te minimaliseren
• Reactiesnelheid bij dynamische belastingomstandigheden

De levensduur van het doel varieert per toepassing:

• 8,000 uur voor lichte voertuigen
• 30000 uur voor zware vrachtwagens
• 80,000 uur voor stationaire stroomsystemen

Duurzaamheidsproblemen zijn onder meer het verminderen van corrosie, catalysatorvergiftiging en mechanische spanning door bedrijfsomstandigheden.

Naarmate de technische vooruitgang voortduurt en de kosten dalen, zullen brandstofcellen een steeds belangrijkere rol spelen in de wereldwijde energiesystemen.efficiënte energievoorziening voor verschillende toepassingen maakt ze een belangrijk onderdeel van de overgang naar duurzame energieoplossingen.