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 magazijn- en distributieorganisaties maken gebruik van deze brandstofcellen om schone vrachtwagens, heftrucks, palletwagens en andere apparatuur aan te drijven.
2. Internationale distributie: Brandstofcellen hebben het bereik en het vermogen dat nodig is voor transport over lange afstanden en lokale distributie. De auto-industrie produceert al waterstofvrachtwagens 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 Peking.
Kruisverwijzing: Elektrische bussen met brandstofcel voor emissievrij openbaar vervoer
4. Treinen: Treinen met waterstofbrandstofcellen zijn inmiddels in de meeste ontwikkelde landen gearriveerd.
5. Personenauto's: Grote autofabrikanten werken aan elektrische voertuigen met waterstofbrandstofcellen (HFCEV's) voor persoonlijk gebruik. Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo en BMW iHydrogen Next behoren tot de meest opvallende modellen.
6. Luchtvaart: Diverse experimentele projecten hebben het gebruik van deze brandstofcellen in de lucht- en ruimtevaart onderzocht. De onbemande langeafstandsvoertuigen maakten gebruik van een hybride systeem met brandstofcellen die werden aangedreven door zonnepanelen, waardoor theoretisch onbeperkte, continue vluchten overdag en 's nachts mogelijk waren.
Kruisverwijzing: Zouden vluchten op waterstof in 2035 werkelijkheid kunnen worden?
7. Opwekking van noodstroom: Stationaire brandstofcellen worden gebruikt in UPS-systemen (Uninterruptible Power Supply) waar continue beschikbaarheid belangrijk is. Ziekenhuizen en datacenters maken steeds vaker gebruik van waterstof voor noodstroomvoorziening. Het kan ook dienen als noodstroomgenerator, waardoor een server in een datacenter twee dagen lang volledig op waterstof kan draaien.
8. Mobiele energieopwekking: Waterstof biedt talloze mogelijkheden voor mobiele energieopwekking. NASA produceerde enkele van de eerste waterstofbrandstofcellen om raketten en ruimtevaartuigen in de ruimte van stroom te voorzien.
9. Onbemande luchtvaartuigen (UAV's): Veel innovatieve toepassingen van UAV's (drones), variërend van pakketbezorging tot zoek- en reddingsmissies, worden ernstig belemmerd door het vermogen en het bereik van standaardbatterijen. Daarom willen zowel het leger als het bedrijfsleven deze problemen aanpakken met brandstofcellen.
10. Boten en onderzeeërs: Brandstofcellen worden in diverse maritieme toepassingen gebruikt als alternatief voor kernenergiesystemen. De Energy Observer , het eerste schip op waterstof, produceerde zelfs waterstof voor een brandstofcelsysteem met behulp van zonnepanelen en windturbines aan boord.
Bekijk ook onze blog: Waterstofenergie: Voordelen en nadelen
Waaruit bestaan waterstofbrandstofcellen?
Een brandstofcel bestaat uit twee elektroden, een anode en een 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 stoten warmte uit als bijproduct. De meeste van deze reacties zijn redoxreacties, waarbij chemische energie wordt omgezet in elektrische energie en water en koolstofdioxide als bijproducten ontstaan.
Hoe werken waterstofbrandstofcellen?
Deze stappen geven een kort overzicht van hoe een brandstofcel werkt:
1. Waterstof wordt aan de anode toegevoerd en zuurstof aan de kathode.
2. In de anode worden waterstofatomen gesplitst in protonen en elektronen.
3. Elektriciteit wordt opgewekt wanneer elektronen door een circuit worden geleid, terwijl positief geladen protonen door een elektrolyt en een membraan naar de kathode bewegen.
4. Nadat de elektronen en protonen het circuit en het membraan zijn gepasseerd, reageren ze met zuurstof aan de kathode, waarbij warmte en water als bijproduct vrijkomen.
5. Omdat individuele brandstofcellen onvoldoende zijn om een bescheiden elektronisch apparaat of een enorme energiecentrale van stroom te voorzien, worden deze cellen op elkaar gestapeld om voldoende energie te genereren voor het beoogde doel.
Zie ook: Het waterstoftijdperk: inzichten in de aanstaande energietransformatie in de VS
Vergelijking van de efficiëntie van waterstofbrandstofcellen in verschillende celtypen
De efficiëntie van verschillende brandstofceltypen is als volgt:
| 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.