Čistý, ekologický a dlhodobo udržateľný zdroj energie. Slovné spojenie, ktoré za posledné dekády rezonuje v oblasti energetiky asi najviac. Popri čoraz zvyšujúcich sa nárokoch ľudstva na energetický dopyt je vývoj ekologicky čistých technológií nevyhnutnosťou. Je iróniou, že jednu z takýchto technológií nemusíme hľadať v budúcnosti, ale v dobe pred takmer 180 rokmi. Práve vtedy bol objavený princíp elektrochemického palivového článku.

Istý švajčiarsky vedec si pri svojich pokusoch s elektrolýzou všimol, že dokáže pri reakcii vodíka a kyslíka generovať jednosmerný prúd. Heuréka! Škoda len, že svoj objav založil do zásuvky, z ktorej ho až po vyše 100 rokoch vytiahli inžinieri z NASA, aby nám umožnili lety do kozmu. A v čom sa vlastne skrýva podstata premeny chemickej energie na elektrickú?

Ako sa generuje elektrický prúd

Každý elektrochemický palivový článok musí obsahovať dve elektródy (katódu a anódu). Medzi katódou a anódou sa nachádza membrána. Do článku sú ďalej privádzané okysličovadlo a palivo. Palivo je vďaka katalyticky aktívnemu povrchu elektródy štiepené na elementárne častice (protóny a elektróny). Membrána dokáže prepustiť iba protóny (kladne nabité častice) a elektróny (záporne nabité častice) sú tak usmernené cez vodivý okruh, vďaka čomu je generovaný prúd. Počas reakcie taktiež vzniká odpadové teplo. Protóny, elektróny, katódy, anódy, elektrolyt, katalýza... Veľa odborných slov, ale načo to je vlastne dobré?

Výroba tepla a elektrickej energie súčasne

Daná technológia je v oblasti energetiky vhodne použiteľná pre účely kompaktných kogeneračných zariadení. Kogenerácia (spojená výroba tepla a elektrickej energie) predstavuje v súčasnosti extrémne populárne riešenie pre súkromný sektor a rodinné domy. V jednom zariadení kompaktných rozmerov je možné vyrábať dostatok tepla na prípravu teplej vykurovacej aj pitnej vody, ako aj pokrývať časť spotreby elektrickej energie, čo umožňuje oslobodenie sa od centralizovanej výroby a napojenia na verejnú sieť.

Kogeneračné jednotky s palivovým článkom

Moderné kompaktné kogeneračné jednotky s palivovým článkom pozostávajú z dvoch modulov – z modulu palivového článku a plynového kondenzačného kotla. Plynový kotol je využívaný na pokrývanie špičkovej spotreby tepla, teda v čase, keď produkcia tepla pri výrobe elektrickej energie pomocou palivového článku nie je postačujúca. O produkciu elektrickej energie sa postará palivový článok.

Ako už bolo spomenuté, palivový článok potrebuje na svoju prevádzku okysličovadlo a palivo. Ako okysličovadlo sa používa kyslík obsiahnutý vo vzduchu. Palivový vodík sa získava zo zemného plynu. Na daný účel je v kogeneračnej jednotke umiestnený tzv. reformer. Reakciou vzdušného kyslíka a palivového vodíka je generovaný jednosmerný prúd, ktorý je v meniči transformovaný na striedavý. Produktom reakcie je čistá voda a odpadové teplo, ktoré je ďalej zužitkovávané.

Výhody technológie

Výrobu elektrickej energie pomocou elektrochemických palivových článkov môžeme zaradiť medzi alternatívne a ekologické zdroje energie. Aké sú výhody danej technológie? Vysoká účinnosť výroby elektrickej energie, extrémne nízke emisie oxidov síry, dusíka a uhlíka. Keďže palivový článok nepotrebuje žiadne pohyblivé súčiastky, chod je veľmi tichý. Výborná regulovateľnosť a prispôsobenie sa dynamickému zaťaženiu. Kompaktnosť a malé rozmery umožňujú použitie v rodinných domoch. Jednoduchosť prevádzky a malé nároky na údržbu.

Palivové články svojimi výhodami zjavne prevyšujú konkurenčné spôsoby výroby elektrickej energie. Prečo teda ešte nie je v každom rodinnom dome jedna kogeneračná jednotka? Odpoveď je jednoduchá. Cena a stála neochota ľudí pristúpiť k alternatívnym zdrojom.

Aj keď korene elektrochemických palivových článkov siahajú do prvej polovice 19. storočia, využiteľnosť v komerčnej sfére sa vo väčšom začala realizovať len v poslednej dekáde. A ako pri každej novej technológií, aj táto niečo stojí. Postupne sa však optimalizujú výrobné postupy a drahé zastaralé materiály sa nahrádzajú modernejšími a efektívnejšími. Veľkým bonusom je aj možnosť vysokých štátnych dotácií. V súčasnosti sú už mikrokogeneračné jednotky s palivovým článkom komerčne dostupné a postupne si nachádzajú cestu k svojim odberateľom, čo je pre zastavenie neefektívneho zaobchádzania s energiami len a len prospešné.