Κυψέλες Καυσίμου (Fuel Cells)

Από την Αγγελική Μπρούζγου

Τα τελευταία χρόνια η σοβαρή ρύπανση του περιβάλλοντος έχει στρέψει το παγκόσμιο ενδιαφέρον  στην αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων από βιοκαύσιμα. Ως προϊόντα ανανεώσιμων πηγών, τα βιοκαύσιμα είναι καθαρά, μη τοξικά και δεν περιέχουν ενώσεις επικίνδυνες για την ανθρώπινη υγεία. Το πιο σημαντικό ίσως πλεονέκτημά τους είναι ότι κατά την καύση τους δεν αυξάνεται το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂), κατά συνέπεια δεν επιδεινώνεται το φαινόμενο του θερμοκηπίου,  αφού τα φυτά από τα οποία παράγονται τα βιοκαύσιμα έχουν δεσμεύσει προηγουμένως με την διαδικασία της φωτοσύνθεσης το παραγόμενο CO₂. Η μη επιβάρυνση του ισοζυγίου του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα όπως επίσης και το γεγονός ότι οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τους, μπορούν να καλλιεργηθούν στους αγρούς οδηγεί στην ανεξαρτητοποίηση σε μεγάλο ποσοστό από τις πετρελαιοπαραγωγές χώρες γεγονός που  ώθησε την Ε.Ε. να επιβάλει την χρήση τους από τις χώρες μέλη με συγκεκριμένο χρονοδιάγραμμα*¹. 

ΚΥΨΕΛΕΣ (ΚΥΨΕΛΙΔΕΣ, FUEL CELLS) ΕΝΑΝΤΙ ΜΗΧΑΝΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ

Οι κυψέλες (ή κυψελίδες καυσίμου, fuel cells) είναι ηλεκτροχημικά συστήματα (γαλβανικά στοιχεία),  τα οποία παρέχουν τη δυνατότητα μετατροπής της χημικής ενέργειας ενός καυσίμου απευθείας σε ηλεκτρική. Σε αντίθεση με τα συμβατικά συστήματα παραγωγής ισχύος οι κυψελίδες καυσίμου παρακάμπτουν το ενδιάμεσο και εξεργοβόρο στάδιο της μετατροπής της ενέργειας σε θερμότητα και την περαιτέρω μετατροπής της σε μηχανική, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ

Μια κυψέλη καυσίμου συνίσταται από έναν ηλεκτρολύτη και δυο ηλεκτρόδια (όπως οι κοινές μπαταρίες):  την άνοδο, όπου πραγματοποιείται η οξείδωση του καυσίμου και την κάθοδο, όπου λαμβάνει χώρα η αναγωγή του οξειδωτικού μέσου. Σε αντίθεση με τις κοινές μπαταρίες, οι κυψέλες καυσίμου έχουν τη δυνατότητα να μετατρέπουν συνεχώς τη χημική ενέργεια ενός καυσίμου και να παράγουν ηλεκτρική ισχύ, εφόσον τροφοδοτούνται με αυτό συνεχώς. Οι πρώτες κυψελίδες καυσίμου που αναπτύχθηκαν είχαν ως καύσιμο το υδρογόνο. Στη βασική τους μορφή, λειτουργούν ως εξής: το υδρογόνο και το οξυγόνο αντιδρούν στην επιφάνεια των ηλεκτρο-καταλυτών της ανόδου και της καθόδου, αντίστοιχα, σύμφωνα με τις ακόλουθες αντιδράσεις:

Στην άνοδο:           2H₂ → 4H⁺+4e^-

Στην κάθοδο:        O₂+ 4H⁺+ 4e^-→ 2H₂O

Ολική αντίδραση: 2H₂ + O₂ → 2H₂O

ΣΗΜΕΡΑ

Σε παγκόσμιο επίπεδο τουλάχιστον 600 εκατομμύρια ευρώ το χρόνο επενδύονται στην τεχνολογία των κυψελίδων καυσίμου για την επίτευξη ενός «καθαρότερου» μέλλοντος. Μέχρι το 1999 είχαν εγκατασταθεί 40.000 kW περίπου, σα γεννήτριες ισχύος και θερμότητας.

Πριν από λίγο καιρό, το CNN World Report TV presentation , πρόβαλε την ελληνική εταιρεία Advent Technologies και τις καινοτομίες που προωθεί στον τομέα της ενέργειας και συγκεκριμένα στον τομέα των κυψελίδων καυσίμου*⁴. 

Σήμερα το Εργαστήριο Εναλλακτικών Συστημάτων Μετατροπής Ενέργειας*⁵ στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας διακρίνεται για τις ερευνητικές του δραστηριότητες στο γνωστικό αντικείμενο των κυψελίδων καυσίμου συμμετέχοντας σε Ευρωπαϊκά ερευνητικά προγράμματα.

Αναφορές

*¹:http://europa.eu/legislation_summaries/internal_market/single_market_for_goods/motor_vehicles/interactions_industry_policies/l28175_en.htm

*^2: http://library.lib.uth.gr/cgi-bin-EL/egwcgi/206942/showfull.egw/1+0+1+full

*^3: http://users.auth.gr/~seferlis/diploma_el_files/2010_Samanis_Anagnostis.pdf"

*^4: http://www.ecotec.gr/article.php?ID=196

*^5:http://www.mie.uth.gr/n_labs_main.asp?id=4