Paliwo i ogniwa wodorowe – skąd się wzięły? Historia

25 września 2013

Kto po raz pierwszy wyodrębnił wodór, czy Polacy maczali w tym palce, czy wodór może napędzać łodzie podwodne i co do tego wszystkiego ma NASA - przyczytasz w naszej krótkiej historii wodorowych ogniw paliwowych.

Motocainowy cykl PALIWA – o co w nim chodzi?
Dużo się mówi ostatnio o „autach ekologicznych” – tylko co to właściwie znaczy? Czy chodzi o samochody zasilane elektrycznie, hybrydy, a może napędzane dzięki ogniwom paliwowym? Czy z końcówki wydechu może w efekcie tych działań pachnieć jak po suto zakrapianej imprezie? W najbliższych dniach postaramy się przybliżyć różne rodzaje paliw alternatywnych, również takich, z którymi na co dzień mamy doczynienia (olej napędowy czy biodiesel). Rozpoczynamy nasz cykl od historii wodoru, który jest najbardziej prawdopodobną przyszłością zasilania samochodów.

Wodór wyodrębnił jako pierwszy w XVI w. znany jako wynalazca ziołowych herbatek – Paracelsus. Jego badania kontynuował H. Cavendish, który w 1776 r. wykazał, że odkryty gaz jest substancją prostą, lżejszą od powietrza, a w 1781 r. udowodnił, że produktem jego spalania jest woda. 27 sierpnia 1783 roku J.A.C. Charles wypuścił w Paryżu pierwszy balon napełniony wodorem. 18 lat później A.L. Lavosier stwierdził, że wodór jest składnikiem wody i nadał mu nazwę „hydrogene” (łac. hydrogenium – tworzący wodę).

Zasadę działania ogniw wodorowych odkrył z kolei w 1838 roku szwajcarski chemik Christian Friedrich Schönbein. Opublikował ją w styczniowym wydaniu 1839 „Philosophical Magazine” (Magazynu Filozoficznego) i na podstawie tej pracy walijski naukowiec sir William Grove stworzył pierwsze działające ogniwo paliwowe. Uznał, że jeżeli elektrolityczne rozdzielenie wody na tlen i wodór wymaga dużej ilości energii, to w procesie odwrotnym można ją wytwarzać. Dziewięć lat po odkryciu Grove’a skonstruowano łódź napędzaną ogniwem paliwowym. Niedługo potem profesorowie Uniwersytetu Jagiellońskiego Karol Stanisław Olszewski i Zygmunt Florenty Wróblewski, którzy pierwsi na świecie (5 kwietnia 1883 r.) skroplili tlen, a tydzień później azot, skroplić wodoru już nie dali rady. Ustalili natomiast jego temperaturę krytyczną, powyżej której gazu nie można już skroplić pod żadnym ciśnieniem. Wynosi ona minus 240ºC. Dopiero w 1898 roku skroplił go Szkot Sir James Dewar. II wojna światowa i przemysł kosmiczny upowszechniły i rozwinęły wodorowe technologie. W 1958 roku w amerykańskiej prasie naukowej pojawiły się pierwsze wzmianki o próbach zastosowania ciekłego wodoru do napędu odrzutowego. Wcześniej Amerykanie wykorzystali wodór w lotniczych silnikach tłokowych.

Bombowiec Canberry, wyposażony w służący do startu silnik napędzany naftą lotniczą i dodatkowo w silnik wodorowy, włączany podczas lotu, wykonał kilka udanych lotów próbnych. Nową technologią zainteresowała się agencja kosmiczna NASA upatrując w ogniwach paliwowych idealne źródło zasilania pojazdów kosmicznych. Programy NASA – Gemini w latach 60, Apollo w latach 70, oraz Sylab, wykorzystywały tę genialnie prostą ideę, aby produkować energię elektryczną i wodę pitną. Ogniwa wodorowe próbowano także stosować do napędu ciągników rolniczych, lecz bez sukcesów, za to służyły niezawodnie napędzając kilka okrętów podwodnych. Do ich produkcji stosowano wówczas bardzo drogie materiały, a do ich działania były potrzebne wysokie temperatury, oraz tlen i wodór o niskim poziomie zanieczyszczenia. Koszt ich wytworzenia sięgał wówczas 100 000 dolarów za kilowat, dlatego decydowano się na ich użycie jedynie w celach wojskowych i kosmicznych. Wodór został wyodrębniony i zidentyfikowany jako pierwiastek przez Henry’ego Cavendisha w 1966 r.

Już w roku 1978 Mercedes Benz skonstruował autobus zasilany wodorem. Necar (New Electric Car), bo tak go nazwano, aż po sam dach „naładowany” był techniką. Olbrzymi bak na paliwo wodorowe przewyższał kierowcę, a samochód był w stanie osiągnąć maksymalną prędkość 90 km/h. Od roku 1996 w Erlangen i od roku 1999 w Monachium kursują autobusy z wodorowymi silnikami spalinowymi. W maju roku 2000 powstał pierwszy autobus MAN na wodorowych ogniwach paliwowych. Dzisiaj całe potrzebne wyposażenie mieści się w zwykłych rozmiarach auta, a współczynnik sprawności napędu zwiększył się o ponad 70 procent.

W kolejny odcinku przedstawimy najnowsze rozwiązania wodorowe.

Samochody zasilane wodorem? To nasza najbardziej prawdopodobna przyszłość.