Brandstofcellen zijn efficiënter dan conventionele energiecentrales omdat ze energie genereren via een elektrochemische reactie in plaats van verbranding. Ze dienen vaak als back-upgeneratoren tijdens piekvraag en worden ook gebruikt in verschillende vormen van openbaar vervoer. In deze blog leren we waar waterstofbrandstofcellen voor worden gebruikt en hoe ze werken.
Waarvoor worden waterstofbrandstofcellen gebruikt?
In brandstofcellen kan elektriciteit worden opgewekt door waterstof- en zuurstofatomen te combineren. Deze veelzijdige brandstofcellen vinden toepassingen in verschillende sectoren, van het aandrijven van ruimtevaartuigen en elektronische apparaten tot huishoudelijke en commerciële gebouwen en voertuigen. Laten we nu eens in detail naar enkele van de belangrijkste toepassingen kijken.
1. Magazijnbeheer: Verschillende grote opslag- en distributiebedrijven stappen over op deze brandstofcellen om schone vrachtwagens, heftrucks, palletwagens en andere apparatuur van stroom te voorzien.
2. Internationale distributie: Brandstofcellen hebben het bereik en de kracht die nodig zijn voor langeafstandstransport en lokale distributie. De automobielindustrie produceert al waterstofaangedreven vrachtwagens en bestelwagens.
3. Bussen: Waterstofenergie wordt onderzocht voor gebruik in verschillende vormen van openbaar vervoer, waaronder brandstofcelbussen. Verschillende grote steden hebben geëxperimenteerd met waterstofbussen, waaronder Chicago, Vancouver, Londen en Beijing.
Kruisverwijzing: BRANDSTOFCELLEN ELEKTRISCHE BUSSEN voor emissievrij openbaar vervoer
4. Treinen: Waterstofbrandstofceltreinen zijn inmiddels in de meeste ontwikkelde landen beschikbaar.
5. Individuele voertuigen: Grote autofabrikanten werken aan waterstofbrandstofcel-elektrische voertuigen (HFCEV's) voor persoonlijk gebruik. Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo en BMW I Hydrogen Next behoren tot de opvallende modellen.
6. Luchtvaart: Verschillende experimentele projecten hebben het gebruik van deze brandstofcellen in de lucht- en ruimtevaart onderzocht. De onbemande voertuigen voor lange afstanden gebruikte een hybride systeem met brandstofcellen die werden aangedreven door zonnepanelen, waardoor theoretisch onbeperkte, continue vlucht overdag en 's nachts mogelijk was.
Kruisverwijzing: Kunnen vluchten op waterstof in 2035 werkelijkheid worden?
7. Generatie van noodstroom: Stationaire brandstofcellen worden gebruikt in ononderbroken stroomvoorziening (UPS) systemen waarbij continue uptime belangrijk is. Ziekenhuizen en datacenters stappen steeds vaker over op waterstof voor een ononderbroken stroomvoorziening. Ze kunnen ook dienen als reservegenerator, waardoor de server van een datacenter twee dagen lang op uitsluitend waterstof kan draaien.
8. Generatie van mobiele energie: Waterstof biedt talloze keuzes voor mobiele energieopwekking. NASA produceerde enkele van de eerste waterstofbrandstofcellen om energieraketten en spaceshuttles in de ruimte.
9. Onbemande luchtvoertuigen (UAV's): Veel innovatieve toepassingen van UAV's (d.w.z. drones), variërend van pakketbezorging voor zoek- en reddingsmissies, worden ernstig belemmerd door de kracht en het bereik van standaardbatterijen. Dus zowel het leger als particuliere bedrijven zijn van plan deze problemen aan te pakken met brandstofcellen.
10. Boten en onderzeeërs: Brandstofcellen worden gebruikt in verschillende maritieme toepassingen en dienen als alternatief voor kernenergiesystemen. Energie waarnemer, het eerste waterstofschip, creëerde zelfs zijn waterstof voor een brandstofcelsysteem met behulp van ingebouwde zonnepanelen en windturbines.
Bekijk ook onze blog: Waterstofenergie: voor- en nadelen
Waaruit bestaan waterstofbrandstofcellen??
Een brandstofcel bestaat uit twee elektroden, een anode en kathode, gescheiden door een elektrolytmembraan. Waterstof, methaan, ethaan, ethanol en andere organische brandstoffen kunnen in een brandstofcel worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. Deze brandstoffen ondergaan onvolledige verbranding en geven warmte af als bijproduct. De meeste van deze reacties zijn redox van aard, wat resulteert in de omzetting van chemische energie in elektrische energie en het creëren van water en koolstofdioxide als bijproducten.
Hoe werken waterstofbrandstofcellen?
Deze stappen geven een kort overzicht van hoe een brandstofcel werkt:
1. Waterstof is geïntroduceerd bij de anode, en zuurstof wordt aan de kathode toegevoerd.
2. In de anode worden waterstofatomen gesplitst in protonen en elektronen.
3. Elektriciteit wordt opgewekt wanneer elektronen door een circuit worden gedreven terwijl positief geladen protonen door een elektrolyt en een membraan naar de kathode reizen.
4. Nadat ze door het circuit en het membraan zijn gegaan, reageren de elektronen en protonen met zuurstof aan de kathode, waarbij warmte en water als bijproduct vrijkomen.
5. Omdat individuele brandstofcellen niet voldoende zijn om een bescheiden elektronisch apparaat of een enorme energiecentrale van stroom te voorzien, worden deze cellen op elkaar gestapeld om voldoende energie genereren voor het beoogde doel.
Zie ook: Het waterstoftijdperk: inzichten in de komende Amerikaanse energietransformatie
Vergelijking van de efficiëntie van waterstofbrandstofcellen in verschillende celtypen
De efficiëntie van verschillende brandstofceltypen zijn:
| Type brandstofcel | Efficiëntie |
| Alkalische AFC | 60-70% elektrisch |
| Fosforzuur (PAFC) | 80-85% totaal met WKK (warmtekrachtkoppeling); (elektrisch 36-42%) |
| Gesmolten carbonaat (MCFC) | ongeveer 85% in totaal met warmtekrachtkoppeling |
| Vaste oxide (SOFC) | ongeveer 85% in totaal met warmtekrachtkoppeling |
| Polymeer elektrolytmembraan (PEM) | elektrisch 50-60% |
Brandstofcellen lijken op batterijen, omdat ze energie kunnen opslaan en vrijgeven zolang ze een voorraad waterstof hebben. Ze hebben een scala aan toepassingen, waaronder transport en elektriciteitsproductie. Wetenschappers en ingenieurs moeten echter rekening houden met de veiligheidsuitdagingen die waterstof met zich meebrengt. Voor meer van dergelijke informatieve content, scrollt u verder door onze website.
Aanbevolen: Waterstofenergie: werking en toepassingen
1 Opmerking
Bedankt voor de info.