Üzemanyagcellákkal a felhők fölött

Nincs messze az idő, mikor üzemanyagcellákkal oldhatjuk meg, hogy kempingezés közben legyen áramunk, vizünk, s táborozni is üzemanyagcellákkal működő autóval menjünk. A BASF a közelmúltban olyan üzemanyagcella berendezést készített, mellyel egy kismotoros vitorlást a magasba röpített. A Német Űrügynökség jövőre az Airbusok fedélzeti áramellátását is a BASF fejlesztésével kívánja hatékonyabbá tenni. Már 1838-ban kutatták az üzemanyagcellákban rejlő lehetőségeket, az első cella az Apollo fedélzetén jutott a világűrbe.

Az első tisztán hidrogénhajtású repülő

Aki arra számít, hogy hangos robajt hall, amikor az "Antares DLR-H2" motoros vitorlázó repülőgép motorját beindítják, csalódni fog: a repülő ugyanis majdhogynem zajtalanul emelkedik fel a kifutópályáról. Nincs se zaj, sem az elégetett üzemagyag füstje. Az Antares ugyanis az első ember által vezetett, kizárólag hidrogénhajtású (H2) repülőgép. Az üzemanyagcella rendszer, mely mindezt lehetővé teszi, a szárnyak alatt található rekeszekben van elrejtve. Itt generálódik az elektromos motor és a fedélzeti elektronika számára szükséges áram. A rendszer lelke egy membrán elektróda készülék (röviden: MEA), melyet a BASF üzemagyag cella (BASF Fuel Cell, BFC) divíziója fejlesztett ki. A készülékben az oxigén és a hidrogén reakciójából származó kémiai energia közvetlenül elektromossággá és hővé alakul.

 

Az Antares DLR-H2 repülőgépet a Német Űrügynökség (DLR) és a Lange Aviation építette annak érdekében, hogy teszteljék az üzemanyagcellákban rejlő lehetőségeket repülési alkalmazások számára. "A BASF azért vesz részt ebben a kísérleti projektben, hogy népszerűsítsen egy innovatív energia-technológiát, amely előtt nagy jövő áll, s nem csak motoros kisrepülők esetében? ? hangsúlyozza Dr. Carsten Henschel, a BASF üzemanyagcella divíziójának képviselője. "Akkor, mikor drasztikusan csökken az energiahordozók mennyisége, az üzemanyagcella megoldást jelenthet a stabil energiaellátásra, hiszen hidrogént számos módon fejleszthetünk: szél és napenergiából, természetes gázból vagy dízelolajból. Sőt, az új technológia sokkal hatékonyabb, mint a hagyományos, s a rendszer által kibocsátott egyetlen gáz nem más, mint csupán vízgőz."

A fejlesztők számára most az a legnagyobb kihívás, hogy az üzemanyagcella rendszer mérete a lehető legkisebb és legkönnyebb legyen a széleskörű alkalmazhatóság érdekében. Ehhez pedig arra van szükség, hogy a rendszer ne legyen bonyolult; minél kevesebb alkatrészből álljon. A hagyományos, alacsony hőmérsékletű üzemanyagcellák legfeljebb 80°C-os hőmérsékleten működnek. Számos alegység és komplex ellenőrző rendszer szükséges a biztonságosságukhoz a földön vagy éppen nagy magasságokban. A BASF által kifejlesztett MEA új távlatokat nyit a rendszerfejlesztők előtt, ugyanis ez már tartalmaz egy - az üzemanyagcellák számára készített, kereskedelmi forgalomban elérhető - membránt, mely akár 180°C-os Celsius fokos üzemi hőmérsékletet is lehetővé tesz. Az innovatív rendszer Celtec? márkanév alatt került forgalomba. Azok az üzemanyagcellák, melyek a Celtec?-kel vannak felszerelve, levegővel hűthetők és nem szükséges vízzel nedvesíteni a biztonságos működtetéshez. A Celtec? alkalmazásával továbbá nincs szükség légpárásítókra, vízpumpákra, tartályokra, szelepekre és tisztítórendszerekre sem.

"Az Antares-szel történő tesztrepülések után az üzemanyagcellákat be akarjuk építeni az Airbus A320-as gépünkbe is, ugyanis azt kívánjuk elérni, hogy a széles testű gépek fedélzeti áramellátása is hatékonyabb legyen." ? magyarázza Dr. Josef Kallo, a stuttgarti székhelyű Német Űrügynökség munkatársa. Ha széles testű gépekbe építenénk az üzemanyagcellákat, valódi mindenessé válnának. Nem csupán az energiaellátásért lennének felelősek, de a keletkező melléktermékek is hasznosíthatók volnának. A hőt fagymentesítésre, a vizet a mosdók vízellátására hasznosíthatnánk. Úgy tervezzük, hogy a DLR 2010-re befejezi az Antares tesztelését, s azt követően alkalmazni fogjuk az üzemanyagcellákat a DLR A320 ATRA gépén, egy igazi, széles testű repülőgépen.

A távlatok
Már most komoly érdeklődés mutatkozik a BASF Celtec? iránt. Éppen ezért a német vegyipari óriás a cég frankfurti üzemanyagcella gyártó létesítménye mellett egy másik gyártókapacitást is létesít a várható igények kiszolgálására. Az új gyártósort az USA-ban, Somersetben (New Jersey) létesítik, még ezév nyarán. A BASF Európában is stabil ügyfélkörre számíthat és kutatásfejlesztési támogatást kapott az Európai Bizottságtól és a Német Szövetségi Kormánytól is az üzemanyagcellákban rejlő lehetőségek maximális kiaknázására. 150 vállalat és intézmény bízik a Celtec? sikerében. Az ?üzemanyagcellák? ugyanis most lépték át azt a küszöböt, amely a laboratóriumi kísérleteket a gyakorlati alkalmazástól és a piaci forgalmazástól elválasztja. A magas hőmérsékletű üzemanyagcellák hamarosan ?mobil? alkalmazások számára is elérhetőek lesznek, hogy például áramot és hőt lehessen termelni velük kempingezés közben, de a távolabbi jövőben az autóipar számára is komoly lehetőségeket rejt magában a technológia. A fejlesztések ígéretesek a mobiltelefon és laptopgyártók számára is, melyek úgy tekintenek az üzemanyagcellákra, mint olyan megoldásra, mely akár megötszörözheti az eszközök akkumulátorainak életciklusát.

Az elektrokémia története dióhéjban
Az üzemanyagcellák története 1838-ban kezdődött, a német-svájci Christian Friedrich Schönbein és a wales-i fizikus, William Robert Grove laboratóriumaiban. Közös kísérleteket folytattak az üzemanyagcellákkal kapcsolatban. Sajnos azonban olyannyira nehéz volt a szükséges anyagokhoz hozzájutniuk, hogy kísérleteik kudarcba fulladtak, s találmányuk porfogó iratkupaccá vált, majd egy évszázadig. 100 évvel később azonban amerikai űrkutatók az elméletet a gyakorlatba ültették át, s egy üzemanyagcellát a világűrbe juttattak az Apollo űrkapszula fedélzetén.