Запрошуємо розробників корисного устаткування до співпраці

Паливні елементи та воднева енергетика

Паливні елементи (ПЕ) відносяться до хімічних джерел струму. Вони здійснюють пряме перетворення енергії палива в електрику минаючи малоефективні процеси горіння, що йдуть із значними втратами. Це електрохімічний пристрій, який у результаті високоефективного «холодного» горіння палива безпосередньо виробляє електроенергію.

Біохіміки встановили, що біологічний воднево-кисневий паливний елемент «вмонтований» у кожну живу клітку.

Джерелом водню в організмі є їжа - жири, білки й вуглеводи. У шлунку, кишечнику, клітках вона в остаточному підсумку розкладається до мономерів, які, у свою чергу, після ряду хімічних перетворень дають гідроген, приєднаний до молекули-носія.

Кисень із повітря попадає в кров через легені, з'єднується з гемоглобіном і розноситься по всім тканинам. Процес з’єднання гідрогену з оксигеном становить основу біоенергетики організму. Тут, у м'яких умовах (кімнатна температура, нормальний тиск, водне середовище), хімічна енергія з високим ККД перетворюється в теплову, механічну (рух м'язів), електричну (електричний скат), світлову (комахи випромінююче світло) енергії.

Людина в черговий раз повторює створений природою пристрій одержання енергії. У той же час цей факт говорить про перспективність напрямку. Всі процеси в природі дуже раціональні, тому кроки по реальному використанню ПЕ дають надію на енергетичне майбутнє.

Відкриття в 1838 році воднево-кисневого паливного елемента належить англійському вченому У. Грову. Досліджуючи розкладання води на водень і кисень він виявив побічний ефект - електролізер виробляв електричний струм.

Що горить у паливному елементі?

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

Викопне паливо (вугілля, газ і нафта) складається в основному з карбону. При спалюванні атоми палива втрачають електрони, а атоми оксигену повітря отримують їх. Так у процесі окислювання атоми карбону й оксигену з'єднуються в продукти горіння - молекули вуглекислого газу. Цей процес іде енергійно: атоми й молекули речовин, що беруть участь у горінні, здобувають більші швидкості, а це приводить до підвищення їхньої температури. Вони починають випромінювати світло - з'являється полум'я.

Хімічна реакція спалювання карбону має вигляд:

C + O2 = CO2 + тепло

У процесі горіння хімічна енергія переходить у теплову енергію завдяки обміну електронами між атомами палива й окислювача. Цей обмін відбувається хаотично.

Горіння - обмін електронів між атомами, а електричний струм - спрямований рух електронів. Якщо в процесі хімічної реакції змусити електрони робити роботу, то температура процесу горіння буде знижуватися. У ПЕ електрони відбираються в реагуючих речовин на одному електроді, віддають свою енергію у вигляді електричного струму й приєднуються до реагуючих речовин на іншому.

Основа кожного хімічного джерела струму - два електроди з'єднані електролітом. ПЕ складається з анода, катода й електроліту. На аноді окисляється, тобто віддає електрони, відновлювач (паливо CO або H2), вільні електрони з анода надходять у зовнішнє коло, а позитивні іони втримуються на межі анод-електроліт (CO+, H+). З іншого кінця кола електрони підходять

до катоду, на якому йде реакція відновлення (приєднання електронів

2_

окислювачем O ). Потім іони окислювача переносяться електролітом до катода.

У ПЕ одночасно зведені разом три фази фізико-хімічної системи:

• газ (паливо, окислювач);

• електроліт (провідник іонів);

• металевий електрод (провідник електронів).

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

У ПЕ відбувається перетворення енергії окислювально-відновної реакції в електричну, причому, процеси окислювання й відновлення просторово розділені електролітом. Електроди й електроліт у реакції не беруть участі, але в реальних конструкціях згодом забруднюються домішками палива. Електрохімічне горіння може йти при невисоких температурах і практично без втрат.

Ускладнює використання ПЕ те, що для них паливо необхідно «готовити». Для ПЕ одержують водень шляхом конверсії органічного палива або газифікації вугілля. Тому структурна схема електростанції на ПЕ, крім батарей ПЕ, перетворювача постійного струму в змінний і допоміжного устаткування включає блок одержання водню.

Додати коментар

Реквізити Майстерні своєї справи

Адреса і телефони:

Україна, Кіровоградська обл., м. Олександрія, вул. Куколівське шосе 5/1А,
тел./факс +38 (05235) 7 41 13,
+380 (68) 408 39 56 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (50) 984 5 684 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (67) 561 22 71 — решта обладнання
ICQ: 491675177
e-mail: msd@inbox.ru