Polskie ogniwo wodorowe – jakie są perspektywy?

Czym jest ogniwo paliwowe?

To urządzenie, które zamienia energię chemiczną wodoru i utleniacza bezpośrednio w energię elektryczną. Nie zachodzi tu klasyczny proces spalania, a konwersja energii chemicznej w elektryczność pozwala uniknąć emisji szkodliwych substancji, np. węglowodorów, tlenku węgla czy tlenków azotu. W reakcji bierze udział wodór o wysokim poziomie czystości (99,999%), oraz utleniacz w postaci powietrza atmosferycznego.

Ogniwo paliwowe składa się z dwóch elektrod (anody i katody), które są odseparowane elektrolitem w formie stałej lub płynnej. Najczęściej tę rolę pełni membrana polimerowa. Wodór doprowadzany do anody jest rozbijany w reakcji katalitycznej na protony i elektrony, a następnie protony przenikają przez membranę do katody.

Z podanego na katodę powietrza zawierającego tlen, w wyniku reakcji katalitycznych powstają aniony tlenkowe. Kationy wodorowe reagują następnie z anionami tlenkowymi. Różnica potencjału pomiędzy anodą a katodą powoduje przepływ prądu elektrycznego, a dodatkowym wynikiem reakcji jest ciepło i woda.

Kto produkuje ogniwa paliwowe?

Światowym potentatem w produkcji ogniw paliwowych jest kanadyjska firma Ballard Power, której portfel zamówień wynosi obecnie ponad 113 mln dolarów. Najnowszy produkt Ballarda – moduł FCmove™-HD+, przeznaczony jest do autobusów oraz dużych ciągników ciężarowych. To już ósma generacja ogniwa paliwowego Ballarda dedykowana do ciężkich pojazdów. Moduł generuje 100 kW mocy i może być zainstalowany zarówno w komorze silnika jak i na dachu pojazdu

Ballard deklaruje, że nowe ogniwo jest 40% mniejsze, 30% lżejsze i ma o 50% części mniej niż poprzednia generacja, dzięki czemu wyposażone w nie pojazdy będą tańsze w utrzymaniu oraz będą miały większy zasięg. Ogniwa Ballarda mają konstrukcję modułową, dzięki czemu mogą być powiązane w zestawy i wykorzystane np. w pociągach, które wymagają jeszcze większej mocy.

Ogniwa z Polski

Budowa gospodarki wodorowej wymaga również inwestycji we własne, polskie technologie. W Polsce również trwają już badania nad niskotemperaturowymi ogniwami paliwowymi. Łukasiewicz Instytut Chemii Przemysłowej przygotowuje prototyp stosu ogniw paliwowych w ramach konsorcjum, którego celem jest produkcja wodoru z odpadów przemysłu cukrowniczego. Projekt otrzymał dofinansowanie w wysokości 18,5 mln zł z programu Biostrateg NCBR.

Czy polskie ogniwo może konkurować z urządzeniami dostępnymi na rynku? Na razie od światowego lidera dzieli nas prawdziwa przepaść. Polski prototyp ma służyć do zasilania niewielkich urządzeń o mocy kilkuset watów, natomiast wg Instytutu doświadczenia będzie można wykorzystać w przyszłości do pracy nad większymi ogniwami do pojazdów.

– Wymagać to będzie opracowania płyt bipolarnych o większej powierzchni i zmienionej geometrii oraz pod warunkiem pozyskania odpowiednich zestawów katalitycznych MEA – powiedziała cytowana przez „Rzeczpospolitą” zastępca dyrektora ds. Badawczych w Łukasiewicz-IChP, dr inż. Ewa Śmigiera.

Tymczasem Ballard Power ogłosił w listopadzie 2021 roku akwizycję brytyjskiej firmy inżynieryjnej Arcola, specjalizującej się w integracji ogniw paliwowych w pojazdach. Wartość transakcji wyniesie ok. 40 mln dolarów. To pokazuje jak ogromny jest potencjał rynku, również dla polskich środowisk naukowych i biznesowych.