Jsme podporováni čtenáři. Když nakoupíte prostřednictvím odkazů na našich stránkách, můžeme získat přidruženou provizi.
Nejznámější je vodík jako zdroj energie v několika organických sloučeninách. Tyto sloučeniny se označují jako uhlovodíky a pomáhají vytvářet zemní plyn, propan a benzín. Technologie vodíkových palivových článků je na druhé straně proces, který přeměňuje chemickou energii na elektrickou. Díky svému potenciálu jako čistého zdroje energie se stal alternativou k systémům založeným na spalování. Pojďme se podívat na výhody a nevýhody vodíkových palivových článků a co znamenají pro budoucí vývoj tohoto zdroje energie.
Většina vodíku vzniká jeho oddělením od zemního plynu, ačkoli vědci pracují na jiných inovativních způsobech, jak toho dosáhnout. Jednou z metod extrakce plynného vodíku je elektrolýza. Tento proces vyžaduje průchod elektrického proudu vodou, což vede k oddělení atomů vodíku a kyslíku. Bohužel tato metoda není levná a zahrnuje zdroje energie náročné na uhlík, jako je ropa a zemní plyn. Technologie vodíkových palivových článků může v budoucnu změnit způsob, jakým poháníme vozidla. Představuje však také několik klíčových problémů. Zde jsou výhody a nevýhody vodíkových palivových článků.
10 Výhody
S vodíkovými palivovými články přichází řada výhod.
1. Efektivní
Nejvíce diskutovanou pozitivní vlastností spojenou s vodíkovým palivem je jeho účinnost. Zejména pokud jde o alternativní paliva pro vozidla, vodík může být až třikrát účinnější než vozidla na spalovací plyn. Zatímco spalovací motor pracuje s účinností 25 %, vodíkové palivové články mají účinnost více než 80 %.
2. Skladovatelné
Jednou z výhod vodíkových palivových článků je jejich akumulační schopnost. Tato funkce z nich dělá nezbytný zdroj pro kritické dodávky energie a nouzové situace, které vyžadují spolehlivé dlouhodobé napájení.
3. Čistý
Vodíkové palivo nemá žádné nebezpečné vedlejší produkty a používání vodíkových palivových článků je ekologičtější než benzín nebo zemní plyn.
4. Bez emisí
Bez zahrnutí uhlíku podílejícího se na jejich výrobě je životní cyklus vodíkového paliva bez emisí. Je to velmi atraktivní volba pro dopravní prostředky, protože nepřispívá ke znečištění ovzduší. Většina skleníkových plynů z vodíkových palivových článků se uvolňuje při jejich výrobě, nikoli při použití. Proces vytváření palivového článku může vyžadovat fosilní paliva, ale použití vodíkových palivových článků jako alternativy k benzínu by mohlo během jejich životnosti odstranit pět metrických tun oxidu uhličitého.
5. Spolehlivý
Protože tato technologie nevyžaduje žádný mechanický systém, jsou vodíkové palivové články spolehlivější než tradiční motory a baterie. V důsledku toho je méně příležitostí, aby se něco pokazilo.
6. Přizpůsobivý
Technologie vodíkových palivových článků je škálovatelná na projekt jakékoli velikosti, takže je snadno dostupná pro různá průmyslová odvětví.
7. Hojný
Vodík je nejrozšířenějším prvkem na planetě. Pokud z něj společnost dokáže generovat energii, může to nabídnout významné výhody.
8. Ticho
Na rozdíl od tradičních zdrojů paliva je technologie vodíkového paliva extrémně tichá, takže je oblíbenější v situacích, kdy je hluk obzvláště znepokojivý.
9. Odolný
Stejně jako je přizpůsobivý a snadno skladovatelný, je energie vodíkových palivových článků dlouhotrvající. Jakmile je vyroben, nevyžaduje žádnou údržbu ani další práci.
10. Konzistentní
Vodíkové palivo se nespoléhá na elektrickou síť, což z něj činí konzistentní a spolehlivý zdroj energie, který nepodléhá výpadkům.
10 Nevýhody
Bohužel tento zdroj energie má také některé nevýhody.
1. Drahé
Náklady na vodíkové palivo ve srovnání s benzínem jsou značné. Vysoká cena je většinou způsobena nedostatkem infrastruktury pro distribuci a skladování, což ztěžuje, aby vodíkové palivo bylo cenově konkurenceschopné s levnějšími formami energie z fosilních paliv.
2. Omezeno
Částečně kvůli své ceně není vodíkové palivo široce dostupné. I když může být v budoucnu konkurenceschopnou alternativou k vozidlům s benzínovým pohonem, v současnosti postrádá výrobní možnosti, které by z něj činily životaschopnou variantu paliva.
3. Nebezpečný
Vodíkové palivo může být netoxické, ale stále představuje nebezpečí pro životní prostředí. Dvě hlavní obavy týkající se tohoto typu paliva spočívají v tom, že je vysoce hořlavý a vyžaduje vyšší napětí než tradiční plynové motory.
4. Obtížné na uložení
Skladování je jednou z nejpozoruhodnějších vlastností vodíkových palivových článků, ale také nese největší potenciál selhání. Nejčastěji se skladuje v kapalné formě nebo jako stlačený plyn, ale má nesčetné požadavky na podmínky, jako je teplota, které mohou ztížit skladování.
5. Dopravní problémy
Přeprava vodíkového paliva představuje podobné problémy jako jeho skladování. Mezi způsoby dopravy patří potrubí, nákladní auta, kompresory a výdejní stojany. Náklady na dodání jsou největší výzvou pro přepravu spolu s udržením úrovně čistoty a zabráněním náhodnému úniku.
6. Infrastruktura
Toyota, Hyundai a Honda jsou tři největší automobilové společnosti, které investují do technologie a infrastruktury vodíkových palivových článků. Ve srovnání s jinými formami alternativního paliva má však vodík omezenou infrastrukturu. Nedostatek podpory a vysoké náklady na dodání u malých objemů ztěžují instalaci ve velkém měřítku.
7. Nové
Technologie vodíkových palivových článků je na trhu nová a není tak pokročilá jako jiné formy energie. I když to umožňuje spoustu příležitostí v oblasti inovací, stále existují potenciální problémy kvůli nedostatku výzkumu. Zejména pokud jde o používání vodíkového paliva ve vozidlech, je stále potřeba vykonat velký kus práce.
8. Neobnovitelné
Vodíkové palivové články mohou být technologií s nulovými emisemi, ale to z nich nemusí nutně dělat obnovitelný zdroj energie. Hojnost vodíku v atmosféře je pouze jedním z faktorů její udržitelnosti jako zdroje energie. Současná technologie vyžaduje použití fosilních paliv k výrobě vodíku v použitelné formě. I když je to čistší forma energie než benzin, stále je to energie náročná na uhlík.
9. Závislá
Ačkoli některé provozy vyrábějí vodíkové palivo pomocí obnovitelné energie, většina dodávek je pro jeho výrobu závislá na fosilních palivech. Kromě toho vodíkové palivo vyžaduje významný rozvoj infrastruktury a také uhlíkově náročné systémy, aby bylo použitelné. Různé prvky zapojené do výroby vozidla na vodíkový pohon jsou závislé na energeticky náročných zdrojích, jako je zemní plyn.
10. Hořlavý
Snad nejvíce nechvalně známým problémem týkajícím se technologie vodíkových palivových článků je jeho hořlavost. Při nesprávném zacházení nebo skladování má plynný vodík potenciál explodovat. Nový výzkum však ukazuje, že vozidla na vodíkový pohon představují ve srovnání s minulými technologiemi nízké riziko výbuchu.
Vodík a automobilový průmysl
Dalším velkým trhem pro technologii vodíkových palivových článků je automobilový průmysl. S posunem k alternativním zdrojům paliva, primárně zaměřeným na elektrická vozidla, se jako potenciální možnost objevilo vodíkové palivo. S možnostmi jako Toyota Prius a Tesla Model 3, které jsou již na trhu, není žádným překvapením, že výrobci chtějí způsoby, jak rozšířit svou nabídku ekologických vozů.
Jedna nadnárodní automobilová korporace, Daimler Chrysler, investovala do této technologie jako budoucího zdroje energie více než 1 miliardu dolarů. V důsledku toho mohou být vodíkové palivové články jednoho dne cenově konkurenceschopné se standardními elektrickými vozidly. Vodíkové palivové články mají výhody a nevýhody, ale tato technologie má velký potenciál změnit způsob, jakým poháníme auta, a podporovat čistší energetický systém.
Vodíkové palivové články fungují prostřednictvím chemické reakce plynného vodíku s kyslíkem uvnitř palivového článku, který vytváří elektřinu a vodu jako vedlejší produkty.
Vodíková energie byla populární v 1990. letech a na počátku 2000. století, kdy si mnozí mysleli, že odstartuje revoluci čisté energie, ale představovaný nový svět vodíkové energie se nikdy neuskutečnil.
Jedním z hlavních faktorů, který stojí v cestě většině nových forem energie, je infrastruktura.
Vysoké výrobní náklady, méně než optimální efektivita výroby a výroby a komplikované požadavky na skladování a přepravu také brání tomu, aby se vodíkové palivové články staly široce použitelnou technologií pro spotřebitelská vozidla.
Pro průmyslové aplikace má však vodíkový palivový článek větší smysl pro ty, kteří si mohou dovolit potřebnou infrastrukturu pro jeho podporu. V tomto blogu se budeme zabývat výhodami a nevýhodami vodíkových palivových článků používaných k napájení zařízení pro manipulaci s materiálem.
Výhoda: Vysoká hustota energie zlepšuje produktivitu
Protože mnoho společností hledá u svých vysokozdvižných vozíků bezemisní alternativu ke spalovacím motorům, některé se obracejí na technologii vodíkových palivových článků.
Vodíkové palivové články neprodukují během provozu žádné emise CO2, i když jejich výroba nemusí být nutně bezuhlíková. To jim dává výhodu oproti vozidlům se spalovacím motorem, která mohou vypouštět malé množství jedovatého oxidu uhelnatého a pro vnitřní použití vyžadují dobře větrané místnosti.
Proces doplňování paliva do vodíkových palivových článků je snadný a trvá asi tři minuty ve srovnání s delším a složitějším procesem výměny velké, těžké olověné baterie, když je třeba ji nabít.
Ve srovnání s tankováním propanového vysokozdvižného vozíku má proces tankování vodíkových palivových článků výhodu. Vzhledem k tomu, že energetická hustota vodíkových palivových článků je velmi vysoká, zařízení na vodíkový pohon mohou pracovat delší dobu a s méně častým doplňováním paliva než u propanové láhve.
Vodíkové palivové články a hustota energie lithium-iontových baterií jsou velmi podobné, což z nich dělá skvělou volbu pro rušné provozy, které potřebují vybavení, které vydrží celou směnu.
Nevýhoda: Využití fosilních paliv při výrobě vodíku
I když je pravda, že vodíkové palivové články během provozu nevypouštějí škodlivé plyny, totéž neplatí pro výrobní proces výroby vodíkového paliva. Ve skutečnosti je vodíková energie téměř energeticky neutrální – což znamená, že k výrobě je potřeba téměř tolik energie, kolik sama vyprodukuje.
Vodík je jedním z nejrozšířenějších prvků na Zemi, ale je obvykle vázán na jiné prvky a musí být izolován, aby mohl být použit pro energetické účely.
Běžným způsobem izolace vodíku je jeho extrakce ze zemního plynu v procesu zvaném reforming. Tento proces je nákladný a uvolňuje oxid uhličitý, což je kontraproduktivní k použití zdroje energie bez emisí.
Druhým způsobem izolace vodíku je elektrolýza, kdy je extrahován z vody a oddělen od molekuly kyslíku pomocí elektrického proudu.
Zdrojem tohoto elektrického proudu může být cokoliv, ale dnes se elektřina nejčastěji vyrábí z elektráren na zemní plyn.
Jediný skutečně bezuhlíkový způsob využití energie z vodíkových palivových článků je využití solární nebo větrné energie (která není v některých oblastech světa dostupná) k výrobě elektřiny pro proces elektrolýzy.
Protože je proces výroby vodíkového paliva tak komplikovaný, použití vodíkových palivových článků je dražší než jiné formy energie. Při hledání toho, jaký zdroj energie integrovat do zařízení pro manipulaci s materiálem, se musí správci vozových parků ujistit, že náklady na vodíkové palivo a infrastrukturu budou kompenzovány významnými úsporami práce ve srovnání s olovnatou kyselinou.
Nevýhoda: Skladování a přeprava vodíku
Vodík může být skladován buď jako plyn ve vysokotlakých nádržích, nebo jako kapalina při kryogenních teplotách, ale musí být v plynné formě, aby mohl být použit pro palivové články vysokozdvižných vozíků.
Oba způsoby skladování vodíku zahrnují inherentní ztrátu energie. Stlačení vodíku vyžaduje asi 13 % celkového energetického obsahu samotného vodíku, a pokud je zkapalněn, ztrácí asi 40 %.
Plynný vodík je vysoce hořlavý a může snadno uniknout z kontejnmentu. Pokud plynný vodík unikne z kontejnmentu, může korodovat kovy. To zase může způsobit, že tyto kontaminované kovy budou křehké a náchylné k rozbití.
Organizace, které v současnosti využívají vodíkovou energii, si mohou buď nechat vodíkový plyn dodávat pomocí trubkových přívěsů pro menší množství, nebo pokud potřebují větší množství paliva, musí na místě postavit závod na výrobu vodíkového plynu.
Vytvoření infrastruktury pro použití vodíkových palivových článků vyžaduje velké kapitálové investice. Organizace budou muset spolupracovat s místní správou a hasičským sborem, aby získaly souhlas, a také se starat o náklady spojené s dodávkami plynného vodíku nebo s výstavbou závodu na výrobu vodíku na místě.
Nevýhoda: Účinnost palivových článků
Vodíkové palivové články jsou energeticky účinnější než spalovací motory. Nicméně lithium-iontové baterie jsou stále energeticky nejúčinnějším a nejvýkonnějším zdrojem energie pro vysokozdvižné vozíky.
Hodnocení CE je měřítkem energetické účinnosti baterie, která zkoumá počet elektronů, které jsou ztraceny během cyklu plného nabití a vybití.
Na nejvyšší úrovni je energetická účinnost palivových článků kolem 60 %. Typické spalovací motory mají 20-30% účinnost. Lithium-iontové baterie mají jedno z nejvyšších hodnocení CE na úrovni 99 %, zatímco olověné baterie mají kolem 90 %.
Toto srovnání se týká účinnosti „tank-to-wheels“; když započítáte ztráty od výroby po využití, vodíkové palivové články mají výrazně vyšší energetické ztráty než baterie.
Tato srovnávací grafika ze studie Copenhagen Center on Energy Efficiency ukazuje kumulativní energetické ztráty.
Proč je lithium-iontová nejlepší volba pro elektrické vysokozdvižné vozíky
Při porovnávání vodíkových palivových článků s jinými zdroji energie je důležité si uvědomit rozdíly mezi různými typy baterií vysokozdvižných vozíků.
Olověná kyselina je nejstarší a nejběžněji používaná technologie baterií, ale má mnohem kratší životnost a během vybíjecího cyklu rychle degraduje výkon.
Lithium-iontové baterie si udržují konstantní úroveň napětí během celého vybíjecího cyklu, takže jsou schopny udržet konzistentní výkon, dokud není potřeba dobít.
Vodíkové palivové články poskytují lepší výkon než olověné akumulátory, ale nepřekonají lithium-iontové baterie, pokud jde o účinnost, náklady a bezpečnost.
Když uvažujete o palivových článcích pro pohon vašich vysokozdvižných vozíků, ujistěte se, že rozumíte všem jejich výhodám a nevýhodám.
