Palivočlánkové automobily používající palivové články s protonvýměnnou membránou a jako palivo čistý vodík (například Hyundai ix-35, Toyota Mirai nebo Honda Clarity FCV) jsou dnes na cestě ke komercializaci. Jejich hlavním problémem je však nedostatečně rozvinutá vodíková infrastruktura. Japonská automobilka Nissan, světový leader na trhu s bateriovými elektromobily, se proto rozhodla využít jako zdroj vodíku surovinu mnohem dostupnější: etanol, resp. bioetanol, z něhož se vodík vyrobí ve vozidle chemickou reakcí. Ani tento princip není zcela nový – naši čtenáři jej znají z pokusných palivočlánkových automobilů v Dánsku. Nissan však jako první na světě zkouší využít pro pohon vozidel jiný typ palivového článku – palivový článek s pevnými oxidy (SOFC). O vývoji tohoto vozidla byla světová odborná veřejnost informována v polovině června 2016.
Fungování tohoto palivočlánkového pohonu ukazují schémata na obrázcích:
Palivový článek s pevnými oxidy (solid oxide fuel cell – SOFC) používá jako elektrolyt keramickou hmotu složenou z pevných oxidů, nejčastěji oxidů zirkonu a ceria. Jeho energetická účinnost se pohybuje kolem 35 – 43 %. Pro srovnání, energetická účinnost palivových článků s polymerovou protonvýměnnou membránou (neboli PEM – membrána propouštějící pouze kationty vodíku), které jsou dnes nejběžnější u palivočlánkových elektrických vozidel, se pohybuje v širokém rozmezí 25 – 58 %. SOFC palivové články pracují při poměrně vysokých teplotách v rozmezí cca 500 – 1000 °C. Díky této vysoké teplotě nepotřebuje k odštěpení vodíku poměrně drahou platinu jako katalyzátor, jak je tomu obvyklé u PEM palivových článků.
Vzniklé teplo je kromě toho využíváno v reformním procesu, předcházejícím výrobě elektřiny v palivovém článku, v němž se ze směsi etanolu (45 %) a vody (55 %) za přísunu tepla získá vodík. Probíhá zde tedy následující hlavní chemická reakce:
C2H5OH + 3H2O → 6H2+2CO2
Vodík je pak veden do palivového článku, v němž se obvyklým způsobem využívá k výrobě elektřiny, jak patrno z obrázku:
Palivový článek nabíjí trakční baterii, která je primárním zdrojem elektrické energie pro pohon. Jde tedy, podobně jako v případě zmíněných dánských vozidel s metanolovými palivovými články, o princip palivočlánkového prodlužovače dojezdu („range extender“).
Předpokládá se, že s tímto pohonem by praktický dojezd elektromobilů Nissan mohl vzrůst ze současných cca 180 – 200 km na více než 600 km. To je dojezd plně srovnatelný s automobily se spalovacími motory, podobně jako u ostatních palivočlánkových vozů.
Výsledkem celého procesu je vodní pára a oxid uhličitý, tento proces tedy není plně bezuhlíkový. Protože však bioetanol vzniká kvašením rostlin a jejich částí, které při svém růstu oxid uhličitý spotřebovaly, je proces uhlíkově neutrální.
Podobně jako u probíhajících programů v Dánsku se přitom předpokládá, že stávající infrastrukturu pro „tradiční“ pohonné hmoty lze snáze využít pro bioetanol, spíše než budovat zcela novu infrastrukturu pro vodík. Bioetanol se kromě toho již nyní přidává jako příměs do automobilových benzínů.
Vývoj palivočlánkového pohonu je součástí konceptu či programu „Nissan Intelligent Power“ spolu s ostatními elektrickými osobními a užitkovými vozy Nissan.
Zdroj:
http://www.proelektrotechniky.cz/elektromobilita/237.php
Obrázky © Nissan Motor Co, Ltd.