Rozdział 6 - Ogniwa paliwowe i inne rozwiązania alternatywne

Gdy prowadzimy rozważania nad innymi postaciami energii dla obiektów małej i średniej mocy niż silnik spalinowy, oprócz silnika parowego można wyróżnić jeszcze kilka rozwiązań.

Samochody elektryczne, w których energia elektryczna produkowana jest w pokładowych ogniwach paliwowych, przyciągają obecnie sporo uwagi. Widzi się w nich bowiem końcowe rozwiązanie problemu emisji. Istotnie, reprezentują one znacznie większy skok technologiczny niż jakiekolwiek inne rozwiązanie problemów trapiących silnik spalinowy.

Ogniwa paliwowe zasilane wodorem napędzają już miejskie autobusy w ramach eksperymentalnego programu w Niemczech. Wymagają one jednak znacznych rozmiarów zbiorników ciśnieniowych instalowanych na dachu. Trzeba naprawdę wiele wyobraźni, aby zobaczyć wodorowe ogniwa paliwowe w zastosowaniach do napędu samochodów osobowych na skalę masową, lub też do innych celów, jako główne urządzenia napędowe, z uwagi na ograniczenia przestrzeni, problemy bezpieczeństwa, a także ze względu na trudności w zapewnieniu odpowiedniej infrastruktury zaopatrzenia w wodór. Należy ponadto zauważyć, że o ile wodorowe ogniwa paliwowe rozwiązują problem emisji z samego pojazdu, proces produkcyjny wodoru może wytwarzać swą własną emisję, przenosząc tym samym problem gdzie indziej.

Obecnie, większość wodoru produkuje się metodą reformowania gazu ziemnego, w procesie, w którym obecnie koszt wodoru jest 16-krotnie wyższy niż koszt benzyny. Pracuje się wprawdzie nad nowymi technologiami produkcji wodoru, lecz koszt tak otrzymanego wodoru, jak również wpływ takiej produkcji na środowisko, pozostają na razie nieznane.

Bardziej prawdopodobnym kierunkiem dla napędzanych ogniwami paliwowymi samochodów jest produkcja wodoru z metanolu lub z benzyny i badania nad takim rozwiązaniem prowadzi się na całym świecie na skalę masową. Problemy ze zbudowaniem obiektu zaopatrzenia w metanol są znacznie mniejsze niż budowa jednego takiego obiektu zaopatrującego w wodór, toteż zademonstrowano prototypy pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi działającymi na tej zasadzie.

Jednakże, dalecy jesteśmy od uzyskania pewności (w roku 2003), że w przewidywalnej przyszłości uda się zbudować system spełniający ogólne wymagania napędu dla pojazdów, tj. odznaczający się konkurencyjnym kosztem produkcji, zwartością, dobrą gęstością mocy i bardzo niską emisją.

Jest całkiem możliwe, że gdy praktyczne wersje produkcyjne samochodów napędzanych silnikami elektrycznymi i ogniwami paliwowymi staną się rzeczywistością, a ich sprawność przemiany energii będzie musiała się zmierzyć albo ze sprawnością silników spalinowych, albo silników spalania zewnętrznego.

Jeszcze innym pomysłem jest napędzanie silników spalinowych bezpośrednio wodorem, dzięki czemu eliminuje się potrzebę paliwa węglowodorowego, stanowiącego źródło problemów z emisją. Jedyną bowiem substancją powstającą ze spalania mieszanki powietrza i wodoru jest para wodna. W Rejkjawiku uruchomiono już eksperymentalną stację zaopatrującą niewielką ilość pojazdów w wodór pod ciśnieniem. Islandia słynie z taniej geotermicznej energii elektrycznej. Produkcja wodoru metodą elektrolizy w tym kraju może istotnie być realną propozycją z ekonomicznego i środowiskowego punktu widzenia. Jednakże warunki w Islandii są specyficzne, dlatego, jak wyjaśniono wyżej, większość paliwa wodorowego na świecie trzeba wytwarzać w procesach, które są kosztowne, lub takich, które dopiero zostaną opracowane.

Głównym punktem programów badawczych nad ogniwami paliwowymi, a także programów zasilania silników spalinowych bezpośrednio wodorem jest eliminacja spalania paliw kopalnych, prowadzącego do powstawania dwutlenku węgla (efektu cieplarnianego). Także i tutaj silnik parowy stanowi odpowiedź. Może równie łatwo pracować na wodorze jak i na paliwach kopalnych, wytwarzając jako produkt spalania jedynie parę wodną. Jeżeli "ekonomia wodoru" ma w końcu zastąpić "ekonomię węglowodorów", to silnik parowy z powodzeniem dostosuje się do tych zmian.

Silnik parowy nie jest jedynym urządzeniem napędzającym, wykorzystującym spalanie zewnętrzne, który korzysta z czystości procesu spalania. Turbina gazowa jak i silnik obiegu Sterlinga także posiadają tę cechę. Turbina gazowa jest wysoko rozwiniętym urządzeniem, i wykazano już niezbicie, że bez uzupełniających urządzeń sterowania czystością emisji emituje czyste gazy spalinowe.
W tym typie silnika jest jednak bardzo trudno odzyskać efektywne ilości traconego ciepła z gazów odlotowych, dlatego też jego zużycie paliwa jest wysokie w porównaniu do silników spalinowych. Z tego powodu, a także wskutek wysokiego kosztu produkcji, nie wydaje się prawdopodobne, aby turbina gazowa kiedykolwiek mogła konkurować z większością zastosowań małej i średniej mocy. Pozostanie ona zapewne związana ze specyficznymi zastosowaniami, np. w silnikach samolotów oraz rezerwowych generatorach energii elektrycznej.
W swoim czasie, także silnik Sterlinga przyciągnął uwagę i w latach siedemdziesiątych holenderska firma Philips zbudowała nowoczesny prototyp takiego silnika. Nie udało się jednak osiągnąć porównywalnych z silnikami spalinowymi gabarytów i masy, dlatego też silnik Sterlinga pozostaje jedynie ciekawostką.

Ten krótki przegląd rozwiązań pokazuje, że silnik parowy nadal może być kandydatem, który potencjalnie zastąpi silnik spalinowy.

>> Para impulsowa (Rozdział 7)
 

   Copyright  © 2004 Huzar Power Sp. z o.o. Wszystkie prawa zastrzeżone.