A rtyku³yNowoczesne Gazownictwo 1 (XI) 2006

5

Maciej Chaczykowski*

Ogniwa paliwowe przekszta³caj¹ energiê chemiczn¹ paliwa bezpo-œrednio w energiê elektryczn¹ i ciep³o, potencjalnie mog¹ zatemzast¹piæ wiêkszoœæ dzisiejszych silników spalinowych, którychpraca wi¹¿e siê nieod³¹cznie z zanieczyszczaniem œrodowiska spa-linami i powstawaniem ha³asu. Pocz¹tkowo uwa¿ano, ¿e ogniwapaliwowe znajd¹ jedynie ograniczone zastosowanie, g³ówniew pewnych niszowych projektach, takich jak w przemyœle zbroje-niowym, np. ³odzie podwodne, czy astronautyce (statki kosmicz-ne), jednak obecnie, du¿a liczba testowanych aplikacji œwiadczyo ogromnej wszechstronnoœci tej technologii. Dostêpnoœæ ró¿nychkonstrukcji i rodzajów ogniw paliwowych sprawia, ¿e mog¹ byæstosowane jako Ÿród³a energii elektrycznej zarówno w urz¹dze-niach przenoœnych o mocy rzêdu kilku miliwatów, jak i w elek-trowniach o mocy rzêdu kilku megawatów. Lista mo¿liwych roz-wi¹zañ jest niezwykle szeroka, pocz¹wszy od zastosowañ w ko-munikacji (pojazdy), uk³adów awaryjnego zasilania urz¹dzeñ, za-silaniu urz¹dzeñ przenoœnych takich jak laptopy, kamery czy tele-fony komórkowe, Ÿród³a ciep³a i energii elektrycznej w zastosowa-niach przydomowych i przemys³owych, a¿ po œredniej wielkoœcielektrownie. Aktualnie, praktycznie wszyscy znacz¹cy producencisamochodów opracowali i zaprezentowali ju¿ prototyp pojazduz ogniwem paliwowym, jednak wiêkszoœæ prognoz odnoœniepierwszego masowego wykorzystania tego produktu przewiduje,¿e bêdzie to rynek ma³ych urz¹dzeñ przenoœnych. Zak³ada siê, ¿ema³ej mocy ogniwa paliwowe zasilane metanolem zast¹pi¹ trady-cyjne ³adowane akumulatory w laptopach i innych podrêcznychurz¹dzeniach tego typu.

Mimo ró¿nych temperatur pracy i wynikaj¹cych z tego uwarun-kowañ odnoœnie mo¿liwoœci zastosowania, cech¹ wspóln¹ wszyst-kich rozwi¹zañ jest wysoka sprawnoœæ wytwarzania energii elek-trycznej w szerokim zakresie obci¹¿eñ oraz bardzo niska emisjazanieczyszczeñ.

Bior¹c pod uwagê potencjaln¹ mo¿liwoœæ wykorzystania ogniww energetyce, interesuj¹ce s¹ ma³ej mocy uk³ady skojarzone (elek-trociep³ownie), w których produkuje siê energiê elektryczn¹ i cie-p³o na potrzeby takich obiektów jak niewielkie zak³ady przemys³o-we, szpitale, budynki biurowe, itp., oraz niewielkie instalacje przy-

domowe. W artykule scharakteryzowano obecny stan rozwojutechnologii ogniw paliwowych w elektroenergetyce oraz perspek-tywy rozwoju na przyk³adzie wybranych rozwi¹zañ opartych naogniwach PAFC oraz PEMFC, MCFC i SOFC, nad którymi praceosi¹gnê³y odpowenio fazê komercyjn¹ i przedkomercyjn¹. Nale¿ypodkreœliæ, ¿e dotychczasowe prace nad rozwojem technologiiogniw paliwowych w elektroenergetyce by³y prowadzone przedewszystkim przez instytucje zwi¹zane z przemys³em gazowniczym.

Zasada dzia³ania ogniwa paliwowego

Ogniwa paliwowe s¹ urz¹dzeniami elektrochemicznymi, pozwala-j¹cymi na konwersjê energii chemicznej paliwa bezpoœrednio naenergiê elektryczn¹, dlatego sprawnoœæ produkcji energii elek-trycznej jest wy¿sza ni¿ z u¿yciem tradycyjnych silników ciepl-nych, wytwarzaj¹cych pracê mechaniczn¹, która nastêpnie jestprzetwarzana na energiê elektryczn¹ w generatorach pr¹du elek-trycznego. Zasada dzia³ania ogniw paliwowych jest podobna dozasady dzia³ania zwyk³ych baterii (ogniw woltaicznych) z t¹ ró¿ni-c¹, ¿e wyeliminowano problem roz³adowywania - ogniwo nie ule-gnie wyczerpaniu, dopóki dostarczane bêd¹ paliwo i tlen z powie-trza.

Poniewa¿ zasada dzia³ania ogniwa opiera siê na reakcji elektro-chemicznej, a nie na spalaniu, ogniwo paliwowe potrzebuje jakosubstratu reakcji ³atwo utleniaj¹cej siê substancji, takiej jak wodór.Wodór mo¿e byæ produkowany z gazu ziemnego i innych paliw naprzyk³ad w drodze reformingu par¹ wodn¹.

Stacjonarne ogniwa paliwowe

zasilane gazem ziemnym

* dr in¿. Maciej Chaczykowski, Zak³ad In¿ynierii Gazownictwa, Wydzia³

In¿ynierii Œrodowiska, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 20,

00-653 Warszawa. e-mail: maciej.chaczykowski@is.pw.edu.pl

Fot. 1. Wizja domowej elektrociep³ownii z zastosowaniem ogniwa

paliwowego - reklama firmy RWE, która terenowe testy

ogniwa paliwowego prowadzi od 2001 roku

G³ównymi elementami ogniwa s¹ dwie elektrody –anoda i katoda, oddzielone elektrolitem, który przeka-zuje jony, ale uniemo¿liwia przep³yw elektronów. Sub-stratami reakcji w ogniwie s¹ zwykle doprowadzony doanody wodór oraz pobierany z otoczenia tlen, natomiastjedynym produktem jest woda. Podczas pracy ogniwajest generowana energia elektryczna oraz ciep³o. Wodórdop³ywa do anody, na której, dziêki katalizatorowi, ato-my wodoru dziel¹ siê na elektrony oraz protony. Prze-p³yw elektronów od anody do katody odbywa siê przezzewnêtrzny obwód elektryczny, protony zaœ dyfunduj¹przez elektrolit. Si³¹ napêdow¹ reakcji w ogniwie pali-wowym jest naturalne d¹¿enie uk³adu do stanów o ni¿-szej energii swobodnej. Woda, która jest produktem re-akcji ma ni¿sz¹ energiê swobodn¹ ni¿ substraty (wodóri tlen). Ró¿nica energetyczna pomiêdzy substratamii produktem zostaje przetworzona w energiê elektryczn¹.

Maksymalne napiêcie pojedynczego ogniwa nieprzekracza 1V, st¹d w zale¿noœci od wymagañ wieleogniw ³¹czy siê szeregowo w tzw. stos (ang. stack).Zmieniaj¹c liczbê ogniw, praktycznie istnieje mo¿li-woœæ doboru uk³adu o niemal dowolnych parametrachw sensie mocy i napiêcia.

Typowe rozwi¹zania ogniw paliwowych bior¹ swoje nazwy odnazw elektrolitów u¿ytych do ich konstrukcji:• Alkaiczne AFC (Alkaline Fuel Cell).

• Polimerowe PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell),• Kwasowe PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell),• Wêglanowe MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell), • Tlenkowe SOFC(Solid Oxide Fuel Cell),Charakterystyczne w³aœciwoœci podstawowych piêciu typówogniw paliwowych wymieniono w tablicy 1. Z poœród wy¿ej wy-mienionych ogniw, za kamercyjne, aktualnie mo¿na uznaæ jedynieogniwo PAFC. Kolejne dwa, PEMFC oraz SOFC s¹ w fazie przej-œciowej, bliskie komercjalizacji. Przy aktualnym stanie rozwoju,w zasadzie jedynie ogniwo AFC nie wzbudza zainteresowaniaw aspekcie wykorzystania w energetyce, dlatego w dalszej czêœciartyku³u zosan¹ bli¿ej omówione cztery konstrukcje ogniw: nisko-temperaturowe PEMFC i PAFC oraz wysokotemperaturoweMCFC i SOFC, co do których perspektywy odnoœnie zastosowañw energetyce gazowej s¹ najlepsze.

Budowa ogniw paliwowych

Ogniwo polimerowe PEMFC

Schematyczny przebieg procesów elektrochemicznych w ogniwiepolimerowym przedstawiono na rys. 1. Ogniwo, nazywane rów-nie¿ ogniwem z membran¹ wymiany protonów, posiada elektrolitw postaci cienkiej, pó³przepuszczalnej membrany polimerowej.Zastosowanie membrany ogranicza temperaturê pracy ogniwa domaksymalnie 120oC, przez co konieczne staje siê zastosowanieszlachetnych metali do budowy elektrod. Elektrody s¹ zbudowanez platyny na podk³adzie z wêgla.

W ogniwie, cz¹steczki wodoru s¹ dostarczane do anody, na któ-rej nastêpuje utlenianie. Uwalniane elektrony poruszaj¹ sie w kie-runku katody wytwarzaj¹c pr¹d w zewnêtrznym obwodzie elek-trycznym, natomiast dodatnie jony wodoru (protony), przewodzo-ne przep³ywaj¹ przez membranê polimerow¹. Na katodzie pobie-rany z otoczenia tlen (zawarty w powietrzu) ³¹czy siê z jonami wo-doru, które przep³ynê³y przez membranê polimerow¹, tworz¹c wo-dê (produkt uboczny). Reakcje: utleniania wodoru na anodzie, re-

A rtyku³y Nowoczesne Gazownictwo 1 (XI) 2006

6

Membrana elektrolityczna

Warstwa katalizatora Warstwa katalizatora

Warstwa gazodyfuzyjna

Kana³y przep³ywowe tlenu

Wlot powietrza

Warstwa gazodyfuzyjna

Wlot paliwa

Kana³y przep³ywowe

H2

2H+

Tlen (powietrze)Paliwo (wodór)

Anoda Katoda

O2

H2O i ciep³o

2e-

Rys. 1. Schemat budowy i zasady dzia³ania ogniwa paliwowego na przyk³adzie

ogniwa polimerowego

AFC PEMFC PAFC MCFC SOFC

Temperatura pracy

(°C)70-220 70-120 150-220 600-700 600-1000

Elektrolit Zasada potasowaMembrana polimerowa

Stê¿ony kwas fosforowy

Stopiony wêglan Li/K Ceramika tlenkowa

Paliwa Czysty wodór Wodór, reformowany

metanolWodór, gaz ziemny Wodór, gaz ziemny Wodór, gaz ziemny

Zakres mocy do 5 kW do 250 kW do 1 MW do 2 MW do 10 MW

Zastosowania Aeronautyka, ³odzie

podwodne

Urz¹dzenia przenoœne, transport, uk³ady awaryjnego

zasilania, uk³ady kogeneracyjne

Ma³e elektrownie, uk³ady awaryjnego

zasilania, uk³ady kogeneracyjne

Elektrownie Elektrownie, uk³ady

awaryjnego zasilania, uk³ady kogeneracyjne

Tablica 1. Wybrane w³aœciwoœci podstawowych typów ogniw paliwowych

dukcji tlenu na katodzie oraz sumaryczn¹ reakcjê redoks zachodz¹-c¹ w PEMFC podano w tablicy 2. W porównaniu do innych elek-trolitów membrany polimerowe mog¹ pracowaæ w bardzo niskichtemperaturach, nawet 80oC, umo¿liwiaj¹c stosunkowo krótki roz-ruch. Sprawnoœæ ogniw PEM zwykle wynosi ok. 40%, przy typo-wej mocy elektrycznej do 250 kW. Ogniwa wytwarzane s¹ w po-staci lekkich, kompaktowych jednostek, które czyni¹ je atrakcyj-nym rozwi¹zaniem dla wielu zastosowañ, pocz¹wszy od elektro-nicznych urz¹dzeñ przenoœnych, poprzez Ÿród³a dla napêdu samo-chodów, a¿ po uk³ady kogeneracyjne dla budynków i ma³e uk³adystacjonarne.

Prostota budowy, oraz fakt, ¿e elektrolitem jest materia³ w faziesta³ej, a nie ciek³ej (tzw. suchy elektrolit), powoduje, ¿e uszczel-nienie gazów na anodzie i katodzie jest zdecydowanie prostrze ni¿w przypadku innych ogniw, przez co proces produkcji ogniwa jesttañszy. Suchy elektrolit umo¿lwia ponadto wyd³u¿enie ¿ywotnoœciogniwa, poniewa¿ jest ono mniej podatne na korozjê ni¿ ogniwoz ciek³ym elektrolitem. Niska temperatura pracy stanowi zaletêz punktu widzenia wymagañ materia³owych i d³ugoœci okresu eks-ploatacji urz¹dzenia, jednak w niektórych przypadkach uniemo¿li-wia efektywne wykorzystanie ciep³a w uk³adach kogeneracyjnych.Ponadto, w celu osi¹gniêcia wysokiej sprawnoœci ogniwa elektro-lit musi byæ nasycony wod¹, poniewa¿ natê¿enie przep³ywu jonówwodorowych przez membranê jest zale¿ne od stopnia jej nawil¿e-nia. Regulacja zawartoœci wilgoci na anodzie i katodzie jest aktu-alnie kluczowym zagadnieniem.

Ogniwo kwasowe PAFC

W ogniwie kwasowym elektrolitem jest stê¿ony kwas fosforowyH3PO4 umieszczony w matrycy z wêglika krzemu i teflonu. Elek-trody s¹ zbudowane z takiego samego materia³u jak w PEMFC.Równie¿ tutaj, jednak w mniejszej iloœci, wymagane jest zastoso-wanie katalizatora w postaci platyny i rutenu na elektrodach. Re-akcje na anodzie i katodzie s¹ takie same jak w PEMFC. Minimal-na temperatura pracy ogniwa wynosi 150oC, poniewa¿ w ni¿szychtemperaturach kwas fosforowy jest s³abym przewodnikiem jonów.Z powodu agresywnoœci kwasu, do niedawna u¿ywano go w posta-ci rozcieñczonej, jednak nowe, odporne na korozjê materia³yumo¿liwi³y u¿ycie stê¿onego kwasu, co podnosi przewodnoœæelektrolitu.

Ogniwo wêglanowe MCFC

Przyk³adem wysokotemperaturowego ogniwa paliwowego jestogniwo wêglanowe MCFC, w którym elektrolitem jest mieszaninawêglanu litu Li2CO3 i wêglanu potasu K2CO3. Ciek³y elektrolitjest utrzymywany w ceramicznej osnowie z glinianu litu LiAlO2.

Anodê stanowi porowaty nikiel stabilizowany chromem, katodêporowaty nikiel lub tlenek niklu. Transport jonów wêglanowychwymaga zasilania CO2 po stronie katody. Jest to zrealizowane po-przez przemieszczenie dwutlenku wêgla wydzielaj¹cego siê naanodzie. Temperatura pracy ogniwa w przedziale 600–700°C,umo¿liwia unikniêcie koniecznoœci stosowania metali szlachet-nych do budowy anody i katody. Wad¹ ogniwa jest korozyjne od-dzia³ywanie stopionych wêglanów na materia³y konstrukcyjne.

Ogniwo tlenkowe SOFC

W zale¿noœci od konstrukcji w ogniwie tlenkowym SOFC elektro-litem jest zwykle zestalony, nieporowaty tlenek metalu, zazwyczajtlenek cyrkonu ZrO2 stabilizowany tlenkiem itru Y2O3. Przewod-nictwo jonowe w elektrolicie jest zapewnione przez jony tlenu O2-.Reakcje elektrodowe podano w tablicy 2.

W celu zapewnienia odpowiedniego przep³ywu jonów tlenuprzez elektrolit wymagana jest temperatura pracy ok. 1000oC.W zwi¹zku z wysok¹ temperatur¹ pracy ogniwa wci¹¿ pozostajedo rozwi¹zania sporo zagadnieñ materia³owych. Opracowanie ta-nich materia³ów z du¿¹ odpornoœci¹ na wysok¹ temperaturê jestjedn¹ z kluczowych kwestii w odniesieniu do technologii ogniwSOFC. Jednym z aktualnych kierunków badañ jest opracowaneœredniotemperaturowe ogniowo tlenkowe IT–SOFC (Intermediate

Temperature SOFC), którego temperatury pracy znajduj¹ siê w za-kresie 600–800°C.

Wykorzystanie suchego elektrolitu czyni ogniwo bezpieczniej-szym w porównaniu do MCFC, poniewa¿ nie powstaj¹ przecieki,a ogniwu mo¿na nadaæ ró¿ne kszta³ty, np. cylindryczny. Konstruk-cja cylindryczna zosta³a stworzona przy za³o¿eniu, ¿e jeden cylin-der odpowiada jednemu ogniwu (rys. 2). Stos ogniw jest zrealizo-wany za pomoc¹ pakietu cylindrów z katodami po³¹czonymi osio-wo za pomoc¹ ³¹czników niklowych. Zalet¹ konstrukcji cylin-drycznych w porównaniu z p³askimi jest mo¿liwoœæ ³atwiejszegouszczelnienia, uzyskania lepszej wymiany ciep³a przy pomocy po-wietrza i ³atwiejsze przenoszenie naprê¿eñ powstaj¹cych z powo-du rozsze¿alnoœci cieplnej.

Wysoka temperatura pracy sprawia, ¿e procedury uruchamianiai wy³¹czania s¹ dosyæ czasoch³onne, dlatego ogniwa wysokotem-peraturowe nie nadaj¹ siê do pracy w krótkich cyklach.

Paliwo i jego przygotowanie

Pozyskiwanie wodoru z gazu ziemnego

Produkcja wodoru z gazu ziemnego na du¿¹ skalê polega na wyko-rzystaniu procesów termochemicznych, wœród których wyró¿niæ

A rtyku³yNowoczesne Gazownictwo 1 (XI) 2006

7

PEMFC, PAFC MCFC SOFC

Anoda

Katoda

Sumaryczna

Typ ogniwaReakcje

elektrochemiczne

H 2H + 2e2+→ −

12

O + 2H + 2e H O2+

2−→

H12

O H O2 2 2+ →

H CO H O CO e2 3

2

2+ ( ) → + +− −

2 2

CO O e CO2 3

2

2

1

22+ + → ( )− −

H12

O H O2 2 2+ →

H O H O e22

2+ → +− −2

1

22 2O e O2 + →− −

H12

O H O2 2 2+ →

Tablica 2. Reakcje elektrodowe w rónych typach ogniw

mo¿na czêœciowe utlenianie, reforming parowy, reforming autoter-miczny.

Ogólnie, pierwsza z metod polega na egzotermicznym, czêœcio-wym utlenianiu wêglowodorów. Metan, g³ówny sk³adnik gazuziemnego, utleniany jest egzotermicznie do tlenku wêgla.

(1)

Iloœæ tlenu jest precyzyjnie kontrolowana, aby nie dopuœciæ do nie-po¿¹danej oksydacji tworzonego wodoru do pary wodnej. Procesjest kosztowny i nie zapewnia czystoœci wodoru wymaganejw aplikacjach ogniw paliwowych. Bardziej efektywnym procesemjest reforming parowy polegaj¹cy na przepuszczeniu mieszaninygazu ziemnego i pary wodnej przez z³o¿e katalizatora. Reformingparowy jest najpopularniejsz¹ i najtañsz¹ metod¹ produkcji wodo-ru z gazu ziemnego, a jego sprawnoœæ siêga 80%. W pierwszymetapie w reformerze zachodzi endotermiczna, katalityczna reakcjarozszczepiania metanu par¹ w temperaturze 600-800oC:

(2)

Udzia³ objêtoœciowy wodoru w gazie, który jest produktem dzia³a-nia reformera wynosi ok. 8-12%. Nastêpnie zachodzi reakcja re-dukcji tlenku wêgla par¹ wodn¹ w temperaturze 200-350oC

(3)

Po odmyciu CO2 otrzymuje siê wodór na poziomie czystoœci po-wy¿ej 99%, jednak równie¿ tutaj nie osi¹ga siê stopnia oczyszcze-nia wodoru z tlenku wêgla wymaganego na przyk³ad przez ogniwamembranowe PEMFC (na poziomie nie przekraczaj¹cym 15 ppm).Na potrzeby przygotowania paliwa do ww. ogniw wykorzystuje siêczêœciowe utlenianie pozosta³ego po reformingu tlenku wêglaz ma³¹ iloœci¹ powietrza w temperaturze 100oC:

(4)

Reformowanie parowe w porównaniu z czêœciowym utlenianiemma tê zaletê, ¿e iloœæ wodoru w produktach reakcji jest znacznie

wiêksza, poniewa¿ wodór tworzony jest nie tylko z metanu, lecztak¿e z wody.

Równania (1), (3) oraz (4) s¹ równaniami reakcji egzotermicz-nych, natomiast reakcja opisana równaniem (2) jest endotermicz-na. Dla porównania ró¿nica entalpii reakcji (1) wynosi

. Oznacza to, ¿e czêœciowe utlenianie wymagach³odzenia reformera. Z kolei reforming parowy opisany równa-niami (2) i (3) jest ³¹cznie reakcj¹ endotermiczn¹ i wymaga dostar-czenia 165 kJ/mol ciep³a, st¹d ciep³o potrzebne do reformingu pa-liwa pomniejsza iloœæ ciep³a grzewczego uzyskanego z ogniwa pa-liwowego. W przypadku procesu autotermicznego, reformowaniupoddaje siê mieszninê gazu ziemnego, pary wodnej i tlenu. Ciep³oniezbêdne dla zajœcia reakcji endotermicznych uzyskuje siê w wy-niku spalenia czêœci gazu.

Na marginesie warto wspomnieæ o elektrolitycznych technolo-giach produkcji wodoru w oparciu o odnawialne Ÿród³a energii,w których wodór jest wykorzystywany jako noœnik magazynuj¹cyenergiê. Proces elektrolizy wody jest owrócon¹ reakcj¹ redoksogniwa paliwowego (z wody otrzymujemy wodór i tlen przyudziale energii elektrycznej). Elektrolizer najczêœciej zasilany jestz ogniwa fotowoltaicznego lub elektrowni wiatrowej. Rozwa¿a siêurz¹dzenia, w których produkcja wodoru przez elektrolizê bêdzieodbywa³a siê dziêki energii promieniowania s³onecznego w ci¹gudnia, a ogniwo paliwowe bêdzie pracowa³o w nocy. Analogicznew przypadku elektrolizera zintegrowanego z si³owni¹ wiatrow¹– w czasie silnych wiatrów produkowany bêdzie wodór, natomiastkiedy wiatr ustanie niedobory energii elektrycznej bêd¹ pokrywa-ne z produkcji w ogniwie paliwowym. Zak³ada siê, ¿e technologieelektrolityczne wraz z technologiami z u¿yciem procesów fotoli-tycznych zdominuj¹ produkcjê wodoru na skalê przemys³ow¹w przysz³oœci.

Przygotowanie paliwa

Ogniwa niskotemperaturowe (PAFC, PEMFC) s¹ zasilane wodo-rem z zewnêtrznego reformera gazu ziemnego, natomiast wysoko-temperaturowe (MCFC oraz SOFC) mog¹ byæ zasilane bezpoœred-nio gazem ziemnym (zachodzi w nich tzw. wewnêtrzny reformingpaliwa). W obu przypadkach – jako surowiec reformingu, jak rów-nie¿ jako paliwo bezpoœrednio do ogniwa, gaz ziemny musi by od-

∆H kJ/mol298o= −36

2CO + O 2CO2 2→

CO + H O H + CO2 2 2→

CH + H O H + CO4 2 2→ 3

CH + 1

2O H + CO4 2 2→ 2

A rtyku³y Nowoczesne Gazownictwo 1 (XI) 2006

8

Rys. 2. Budowa cylindrycznego ogniwa tlenkowego opracowanego przez Siemens Westinghouse (œrednica 22 mm, d³ugoœæ 1,5 m, waga 1

kg). Szerokoœci poszczególnych warstw ogniwa s¹ nastêpuj¹ce: anoda 100 µm, elektrolit 40 µm, katoda 2 mm, po³¹cznie katody

80 µm (Ÿr. Siemens AG)

³¹cznik niklowy

siarczony dla ochrony katalizatora reformingu b¹dŸ katalizatoraanody ogniwa przed zanieczyszczeniem. Odsiarczanie jest realizo-wane poprzez wstêpne mycie ³ugiem i wod¹, a nastêpnie adsorpcjêna wêglu aktywnym lub tlenku cynku.

Przy obecnie stosowanych ogniwach SOFC z wewnêtrznym re-formingiem gazu ziemnego, wy¿sza temperatura pracy znacz¹coredukuje problem obecnoœci siarki w paliwie. Koniecznoœæ odsiar-czania paliwa dotyczy przede wszystkim ogniw niskotemperaturo-wych, w których siarka dzia³a szkodliwie na katalizator anodowy.Wysokotemperaturowe ogniwo wêglanowe MCFC, pretenduj¹cedo jednego z czo³owych rozwi¹zañ dla energetyki, jest bardziejwra¿liwe na ten rodzaj zaniczyszczeñ w porównaniu do ogniwatlenkowego SOFC (wra¿liwoœæ MCFC na zawartoœæ siarki w pali-wie jest oko³o 5 krotnie wiêksza ni¿ SOFC, z uwagi na ni¿sze tem-peratury pracy). Problem pewnej zawartoœci siarki w paliwie doty-czy równie¿ tradycyjnych odbiorników gazu, w których spalanejest paliwo gazowe, a produkty spalania zawieraj¹ dwutlenek siar-ki. Praktycznie wszystkie paliwa kopalne, w tym równie¿ gazziemny, mog¹ zawieraæ pewne iloœci zwi¹zków siarki. Dodatkow¹przyczyn¹ obecnoœci siarki w paliwie gazowym s¹ substancje na-waniaj¹ce. W Polsce aktualnie stosowany jest tetrahydrotiofenC4H8S (THT), dawniej równie¿ merkaptany. Oceniaj¹c perspekty-wy zasilania ogniw paliwowych gazem ziemnym warto dodaæ, ¿estosowanie bezsiarkowych nawaniaczy jest ju¿ prowadzone. Pew-ne doœwiadczenia w tym zakresie posiada firma E.ON Ruhrgas,która we wspó³pracy z Niemieckim Stowarzyszeniem Bran¿y Ga-zowej i Wodnej DVGW opracowa³a formu³ê bezsiarkowego nawa-niacza, dostêpnego pod handlow¹ nazw¹ Gasodor S-Free. Cieka-wostk¹ jest fakt, ¿e przestawienie nawanialni na nowy rodzaj na-waniacza wi¹¿e siê z koniecznoœci¹ przeprowadzenia kampanii in-formacyjnej, polegaj¹cej na zapoznaniu u¿ytkowników gazu z no-wym, charakterystycznym zapachem nawaniacza.

Kolejnym problemem jest obecnoœæ tlenku wêgla w paliwie. Poprocesie reformingu wodór zawiera pewn¹ iloœæ tlenków wêgla,które zanieczyszczaj¹ ogniwo. Tlenek wêgla adsorbuje na po-wierzchni katalizatora uniemo¿liwiaj¹c dostêp cz¹steczkom wodo-ru. Tolerancja na CO jest na poziomie ppm w niskotemperaturo-wych ogniwach oraz na poziomie tysiêcy ppm dla ogniw wysoko-temperaturowych. W praktyce oznacza to, ¿e ogniwa wysokotem-peraturowe mog¹ wykorzystywaæ tlenek wêgla, co czyni je bar-dziej elastycznymi z punku widzenia dostêpnych paliw wêglowo-dorowych. Mo¿liwoœæ prowadzenia wewnêtrznego reformingu pa-liwa zwiêksza sprawnoœæ i upraszcza instalacjê, z uwagi na brakkoniecznoœci instalowania zewnêtrznego reformera paliwa.

Wp³yw ogniw paliwowych na œrodowisko zale¿y w du¿ej mie-rze od sposobu uzyskiwania stosowanego w nich paliwa. Tak wiêcdu¿o badañ koncentruje siê na rozwoju lepszych reformerówi uk³adów czyszcz¹cych.

Wybrane przyk³ady systemów

prototypowych

Bior¹c pod uwagê wielkoœæ instalacji, rynek stacjonarnych ogniwpaliwowych do zastosowañ w energetyce gazowej mo¿e byæ po-dzielny na dwie kategorie:• ogniwa o ma³ej mocy elektrycznej do zastosowañ przydomo-

wych (od 0,5 do 10 kW),• du¿e instalacje ogniw o mocy elektrycznej do kilku MW.

W pierwszej grupie istnieje ok. 80 producentów, którzy oferuj¹przedkomercyjne i testowe uk³ady ogniw paliwowych polimero-wych (ok. 85% udzia³u w rynku) i tlenkowych. W zasilaniu ogniwpaliwowych tego typu dominuje gaz ziemny (oko³o 50%) oraz wo-dór (oko³o 45%). Wysoki udzia³ wodoru dotyczy przede wszyst-kim ogniw pracuj¹cych okresowo [3]. Natomiast rynek du¿ych in-stalacji zdominowa³o kilku producentów, przy czym tempo jegorozwoju, ze wzglêdu na konieczne du¿e nak³ady finansowe na ba-dania i du¿y stopieñ z³o¿onoœci technologicznej, jest wolniejsze.

Poni¿ej zostan¹ krótko scharakteryzowane dwa przyk³adowerozwi¹zania ogniw ma³ej mocy oferowanych w Europie przez fir-my Vaillant GmbH (Niemcy) – polimerowe, 4,6 kW, oraz HexisAG (Szwajcaria) – tlenkowe, 1 kW. Aktualne komercyjne i przed-komercyjne rozwi¹zania na rynku du¿ych instalacji zostan¹ zapre-zentowane na przyk³adach produktów firm UTC Power (StanyZjednoczone) – kwasowe, 200 kW, MTU CFC Solutions (Niem-cy) – wêglanowe, 250 kW, oraz Siemens Westingouse (Stany Zjed-noczone) – tlenkowe, 100 kW.

Przyk³adem niskotemperaturowego ogniwa paliwowegoPEMFC zasilanego gazem ziemnym jest ogniwo opracowaneprzez firmê Vaillant we wspó³pracy z Plug Power do ma³ych insta-lacji stacjonarnych o mocy elektrycznej 4,6 kW, cieplnej 7 kWi temperturze pracy 80–90oC, znane pod nazw¹ BZH (Brennstof-fzellen-Heizgeräte), w Polsce popularyzowane jako GOP (Grzew-cze Ogniwo Paliwowe). W okresie od listopada 2001 r. do marca2005 r. firma prowadzi³a projekt pod nazw¹ wirtualnej elektrowni(VFCPP - Virtual Fuel Cell Power Plant), finansowany w kwocie8,6 mln EUR przez Komisjê Europejsk¹ w ramach 5 Programu Ra-mowego. Projekt polega³ na testowaniu 31 ogniw, zainstalowanychg³ównie w domach wielorodzinnych, w kilku krajach europej-skich: Niemczech, Holandii, Hiszpanii oraz Portugalii, wzajemniepo³¹czonych za poœrednictwem jednego centrum sterowania. Wgrudniu 2005 firma obwieœci³a wyprodukowanie 1 mln kWh pr¹dui 2,9 mln kWh ciep³a podczas 330 tys. godzin pracy przez testowa-ne przez ni¹ uk³ady prototypowe.

Ogniwo kwasowe PAFC, mimo ¿e nale¿y do rozwi¹zañ starszejgeneracji, jako jedyne jest aktualnie komercyjnie dostêpnym pro-duktem. Dziêki wspólnemu projektowi amerykañskiej firmy Inter-national Fuel Cells (IFC, obecnie UTC Fuel Cells) i japoñskiej To-shiby, które powo³a³y firmê ONSI. Firma zbudowa³a i testowa³aprototyp uk³adu kogeneracyjnego wykorzystuj¹cego pakiet ogniwpaliwowych o mocy elektrycznej 200 kW i mocy cieplnej ok.250 kW, znany pod nazw¹ PC25, a nastêpnie wprowadzi³a go narynek (fot. 2). Sprawnoœæ elektryczna uk³adu wynosi oko³o 40%.Uk³ad jest nadal sprzedawany pod nazw¹ PureCell 200. Zgodniez danymi producenta, od 1991 r. zbudowano 275 instalacji w 19krajach, których ³¹czny czas pracy wynosi 7 mln godzin.

Niemiecka firma MTU CFC Solutions mo¿e poszczyciæ siêpierwszym wysokotemperaturowym ogniwem zainstalowanymw szpitalu. W 2001, w klinice w Bad Neustadt, wspólnie z w³adza-mi Bawarii i przedsiêbiorstwem Ferngas Nordbayern, dostawc¹gazu, zainicjowano projekt budowy uk³adu kogeneracyjnego napotrzeby klinki w oparciu o ogniwo paliwowe znane pod nazw¹HotModule, o mocy elektrycznej 250 kW. Do lipca 2005 uk³adprzepracowa³ 21 600 godzin. Producent podaje sprawnoœæ elek-tryczn¹ pakietu ogniw wynosz¹c¹ w przybli¿eniu 55%, natomiastsprawnoœæ instalacji oko³o 47%.

Ogniwa tlenkowe SOFC, w ci¹gu kilku ostatnich kilku lat, z naj-s³abiej zaawansowanego technologicznie typu ogniw, osi¹gnê³y fa-

A rtyku³yNowoczesne Gazownictwo 1 (XI) 2006

9

zê przedkomercyjn¹. Najlepsze rokowania co do mo¿li-woœci wprowazenia na rynek, dziêki osi¹gniêtej ju¿ sta-bilnoœci i dojrza³oœci technologii ma konstrukcja cylin-dryczna, której dominuj¹cym producentem jest Sie-mens Westinghouse. Instalacja prototypowa o mocy100 kW, sk³adaj¹ca siê z 48 pakietów o 24 ogniwach,pomyœlnie przepracowa³a 16 600 oraz 3 872 godzin, od-powiednio w Holandii oraz Niemczech. Wed³ug danychproducenta wytwarzane obecnie prototypy o mocy 125kW pracuj¹ ze sprawnoœci¹ 45–50%.

Prace nad ogniwami tlenkowymi, ale w instalacjachma³ej mocy, przeznaczonych do domów jednorodzin-nych z powodzeniem prowadzi równie¿ firma HexisAG (d. Sulzer Hexis), która od 2001 rozwija³a kon-strukcjê przedseryjnego modelu ogniwa pod nazw¹HXS 1000 Premiere, o mocy dostosowanej do œrednichpotrzeb energetycznych domu jednorodzinnego. Pod-stawowe dane techniczne uk³adu: moc elektryczna1 kW, cieplna 2,5 kW, temperatura pracy 900–950oC.Uk³ad by³ wyposa¿ony w dodatkowy palnik gazowyo mocy 12, 16 lub 22 kW, w celu pokrycia szczytowegozapotrzebowania na ciep³o w budynku. Instalacje ogniwprzepracowa³y ³¹cznie 1,5 mln godzin w 110 domach.Od 2005 r. nastêpc¹ ogniwa HXS 1000 Premiere jestprzedkomercyjny model o nazwie Galileo 1000 N, sk³a-daj¹cy siê z instalacji ogniwa paliwowego o identycz-nych wartoœciach mocy elektryczej i cieplnej, oraz pal-nika gazowego o mocy 20 kW.

Perspektywy rozwoju stacjonarnych

ogniw paliwowych zasilanych

gazem ziemnym

Ogniwa paliwowe uwa¿a siê za jedne z najbardziejobiecuj¹cych alternatywnych Ÿróde³ energii elektrycz-nej i ciep³a. Silne zainteresowanie spo³eczne i politycz-

ne aspektami ochrony œrodowiska jest powa¿nym atutem w rozwo-ju tej technologii. Poniewa¿ zasada dzia³ania ogniwa paliwowegoopiera siê na reakcji chemicznej, a nie na spalaniu, emisje s¹ znacz-nie mniejsze od emisji z konwencjonalnego systemu, realizuj¹ce-go procesy spalania w silniku cieplnym. Jednoczeœnie sprawnoœæogniw paliwowych jest wyraŸnie wy¿sza od sprawnoœci dowolne-go silnika cieplnego, ograniczonej sprawnoœci¹ silnika Carnota,poniewa¿ ograniczenie te nie dotyczy procesu elektrochemiczne-go. Porównanie sprawnoœci elektrycznej ogniw paliwowych zesprawnoœci¹ tradycyjnych metod wytwarzania energii elektrycznejw zale¿noœci od mocy urz¹dzeñ przedstawiono na rys. 3. Widocz-nym jest, ¿e systemy oparte na niskotemperaturowych ogniwachpaliwowych (PEMFC, PAFC) maj¹ sprawnoœæ elektryczn¹ na po-ziomie nowoczesnych uk³adów kombinowanych (gazowo-paro-wych) o kilka rzêdów wielkoœci wiêkszej mocy.

Ogniwa wysokotemperaturowe charakteryzuj¹ siê wy¿sz¹sprawnoœci¹, któr¹ w przypadku ogniw tlenkowych SOFC dodat-kowo mo¿na podnieœæ, tworz¹c tzw. uk³ad hybrydowy, polegaj¹cyna wykorzystaniu ciep³a odpadowego do napêdu turbiny gazowej.Uproszczony schemat takiego rozwi¹zania przedstawiono narys. 4. Sprzê¿enie ogniwa tlenkowego SOFC z turbin¹ gazow¹

A rtyku³y Nowoczesne Gazownictwo 1 (XI) 2006

10

WT1) ogniwo paliwowe wysokotemperaturowe

NT2) ogniwo paliwowe niskotemperaturowe

100 kW 1 MW 10 MW 100 MW

moc elektryczna

spra

wnoϾ

ele

ktr

yczna

(%)

1 GW0

20

60

40

tylko produkcja pr¹du

elektrownie

gazowo-parowe

70

10 kW1 kW

turbiny gazowe

silniki gazowe

ogniwo palliwowe WT1)

ogniwo palliwowe NT2)

decentralne uk³ady skojarzone.

SOFC/TG

Srawnoœæ elektryczna uk³adów

skojarzonych na bazie gazu ziemnego

Rys. 3. SprawnoϾ elektryczna ogniw paliwowych na tle tradycyjnych techno-

logii produkcji energii elektrycznej z u¿yciem gazu ziemnego

GST

Filtr

Powietrze

OgniwoSOFC

DC

AC

Rekuperator/Podgrzewacz paliwa

Gaz ziemnyOdsiarczanie

Turbina gazowa

Ciep³oodpadowe

Falownik

Komora spalania(dopalania)

Kocio³ odzyskowy

Rys. 4. Schemat prostego uk³adu z ogniwem SOFC sprzêgniêtym z turbin¹ ga-

zow¹ (uk³ad hybrydowy SOFC/TG)

Fot. 2. Modu³ kogeneracyjny PC25 prod. ONSI, zainstalowany

w zak³adzie gazowniczym w Bochum (fot. E.ON Ruhrgas)

(TG) jest mo¿liwe dziêki wysokiej temperaturze pracy ogniwa,które pe³ni funkcjê komory spalania w typowym obiegu turbinygazowej. Uk³ad sprzê¿ony zapewnia bardzo wysok¹ sprawnoœæelektryczn¹. Dzieje siê tak z dwóch powodów: po pierwsze, turbi-na gazowa umo¿liwia konwersjê ciep³a z ogniwa na dodatkow¹energiê elektryczn¹, a po drugie, podwy¿szenie ciœnienia pracyogniwa poprawia wydajnoœæ procesu elektrochemicznego zacho-dz¹cego w ogniwie.

Pierwsz¹ tego typu instalacj¹ prototypow¹ na Œwiecie by³oprzedstawione ju¿ wczeœniej ogniwo SOFC firmy Siemens Westin-ghouse o mocy 220 kW pracuj¹ce w uk³adzie hybrydowym z tur-bin¹ gazow¹ przez okres 3 257 godzin w Kaliforni, ze sprawnoœci¹53%. Kolejny uk³ad o mocy 300 kW by³ testowany w laborato-rium firmy w Pittsburgh, w Pensylwanii. Firma ma w planachskonstruowanie prototypu instalacji o mocy elektrycznej 1MW,w oparciu o turbinê 150-200kW. Wykres przep³ywów energii wtym uk³adzie przedstawiono na rys. 5. Oczekiwana wartoœæ spraw-noœci elektrycznej na poziomie 60%, znacznie przewy¿sza spraw-noœci nowoczesnych uk³adów gazowo-parowych o mocach prze-kraczaj¹cych 500 MW, dlatego uk³ady hybrydowe SOFC/TG s¹szczególnie obiecuj¹ce jako alternatywa dla scentralizowanej pro-dukcji energii elektrycznej.

Realizacja prototypu instalacji o mocy 1 MW napotka³a jednakna trudnoœci ze znalezieniem odpowiedniej turbiny. Obecnoœæogniwa zamiast komory spalania powoduje wyd³u¿enie czasów re-akcji na zmiany obci¹¿enia, jeœli chodzi o zmiany strumienia cie-p³a i ciœnienia gazu do turbiny. Równie¿ dla ogniwa, sprzê¿eniez turbin¹ gazow¹ oznacza koniecznoœæ eksploatacji przy silnychzmianach temperatury (np. w przypadkach wy³¹czenia turbiny)i zwi¹zanych z tym du¿ych naprê¿eniach termicznych w ceramicz-nych elementach ogniwa. W rezultacie zaobserwowano mi-kro-pêkniêcia obni¿aj¹ce trwa³oœæ pow³ok na elementach ogniwa.Powoduje to problemy jeœli chodzi o niezawodnoœæ konstrukcji.Prace nad projektem prowadzone s¹ w Instytucie Maszyn Przep³y-wowych na Uniwersytecie w Hanowerze, podobnie jak przy wieluinnych projektach dot. technologii ogniw paliwowych, w którychobok producentów, do badañ zaanga¿owano tak¿e oœrodki akade-

mickie i inne instytucje badawcze. Ambitne plany komercjalizacjitej technologii i budowy fabryki na potrzeby produkcji seryjnej naprze³omie 2005/2006 roku musia³y zostaæ wstrzymane.

Bior¹c pod uwagê aktualny stan rozwoju nale¿y stwierdziæ, ¿etechnologia stacjonarnych ogniw paliwowych, na tle tradycyjnychuk³adów kogeneracyjnych opartych o silniki cieplne, nie jest jesz-cze wystarczaj¹co dopracowana do osi¹gniêcia fazy komercyjnej.Instalacje nie s¹ jeszcze gotowe do wprowadzenia na masow¹ ska-lê na rynek, przy czym kluczem do przyci¹gniêcia klientów bêdzierozwi¹zanie dwóch zasadniczych kwestii: wysokiej ceny oraz nie-dostatecznej trwa³oœci i niezawodnoœci oferowanych instalacji.Aktualny przybli¿ony koszt technologii ogniw paliwowych jest na-stêpuj¹cy:• Polimerowe PEMFC — 5 000 USD/kW, w zakresie ma³ych

mocy 1–10 kW, 20 000 USD/kW przy mocy 250 kW.• Kwasowe PAFC — 3 500 USD/kW w zakresie mocy

200kW–1MW.• Wêglanowe MCFC — 3 000–4 000 USD/kW, w zakresie mocy

250kW–1MW,• Tlenkowe SOFC — 10 000–20 000 USD/kW, w zakresie mocy

1kW–250kW,W przypadku masowej produkcji ceny oczywiœcie by³yby ni¿sze,jednak nak³ady inwestycyjne wci¹¿ oczywiœcie pozostaj¹ barier¹dla pojawienia siê ogniw paliwowych szeroko w u¿yciu. Progno-zuje siê, ¿e upowszechnienie technologii ogniw paliwowychw energetyce na rynku amerykañskim bêdzie mo¿liwe dopiero poosi¹gniêciu ceny poni¿ej 1 000 USD/kW. Odnoœnie trwa³oœci urz¹-dzeñ i zwi¹zanej z ni¹ d³ugoœci okresu eksploatacji, szacuje siê, ¿ew przypadku uk³adów stacjonarnych, zadawalaj¹cym móg³by byæwynik 40 000 godzin [4]. Bior¹c pod uwagê ,,przebiegi” aktualnetestowanych na obiektach urz¹dzeñ na poziomie 20 000 godzin,widocznym jest, ¿e spe³nienie powy¿szego kryterium nie wydajesiê nazbyt odleg³ym celem. W przypadku ogniw wysokotempera-turowych dodatkowe ciep³o uzyskuje siê w postaci gor¹cej wodyi przegrzanej pary wodnej, natomiast w przypadku ogniw nisko-temperaturowych, niskie temperatury pracy ograniczaj¹ iloœæ cie-p³a, które mog³oby byæ w sposób efektywny wykorzystane w uk³a-dach kogeneracyjnych. W zwi¹zku z powy¿szym bêd¹ musia³y byærozwiniête technologie podwy¿szaj¹ce temperatury pracy ww.ogniw i/lub opracowane bardziej wydajne uk³ady odzysku ciep³a.Rozwa¿ane s¹ równie¿ technologie umo¿liwiaj¹ce uzyskanie mo-cy ch³odniczej z ciep³a odprowadzonego z instalacji ogniw paliwo-wych do otoczenia.

W dokumencie [5] Komisja Europejska wymienia nastêpuj¹cewyzwania stoj¹ce przed technologi¹ ogniw paliwowych:• koszty — poza specjalizowanymi zastosowaniami, takimi jak do-

datkowe Ÿród³a zasilania awaryjnego, uk³ady UPS dla instytucjifinansowych, itp., ogniwa paliwowe s¹ dzisiaj ogólnie zbyt dro-gie do osi¹gniêcia komercjalizacji;

• czas ¿ycia — niektóre instalacje ogniw paliwowych mog¹ praco-waæ przez okres rzêdu tysiêcy godzin, ale wiêkszoœæ nadal musiudowodniæ swoj¹ przydatnoœæ i trwa³oœæ;

• niezawodnoœæ — nie tylko ogniwa paliwowe, ale równie¿ urz¹-dzenia i wyposa¿enie peryferyjne, np. reformery paliwa, musz¹byæ nadal testowane i ostatecznie sprawdzone;

• nowatorstwo technologii — na wielu, zw³aszcza konserwatyw-nych rynkach, ka¿da nowa technologia wymaga znacz¹cej pro-mocji i akceptacji spo³ecznej w celu stworzenia warunków do jejkonkurowania z rozwi¹zaniami istniej¹cymi do tej pory;

A rtyku³yNowoczesne Gazownictwo 1 (XI) 2006

11

Energia paliwa(100%)

W³asne zu¿ycieenergii (2%)

Straty zamiany DC→AC (3%)

SOFCAC (48%)

TG AC (12%)

Ciep³o grzewcze (23%)

do TG

Straty ciep³a obiegu turbiny (8%)

Ciep³o

Straty ciep³a ogniwo (4%)

Energia elektryczna netto

Rys. 5. Wykres Sankeya przep³ywów energii w uk³adzie hybrydo-

wym SOFC/TG (Ÿr. Siemens Westinghouse)

• infrastruktura — zak³ady produkcyjne, us³ugi serwisowe, itp. —nadal s¹ to brakuj¹ce elementy rynku, jeœli chodzi o technologiêogniw paliwowych.

Ogniwa paliwowe ze wzglêdu na wysok¹ sprawoœæ uk³adów i ni-sk¹ emisjê zanieczyszczeñ s¹ z pewnoœci¹ interesuj¹cymrozwi¹zaniem. Dodatkowo, pozytywny wp³yw na rozwój techno-logii ogniw paliwowych maj¹ d¹¿enia do tworzenia zdecentralizo-wanych Ÿróde³ energii elektrycznej i poprawienia bezpieczeñstwaenergetycznego odbiorców. Du¿e perspektywy maj¹ obecnie wy-sokotemperaturowe ogniwa paliwowe, które mog³yby funkcjono-waæ w rozproszonym systemie Ÿróde³ energii elektrycznej œredniejmocy.

Wnioski

Mo¿na przyj¹æ nastêpuj¹ce kryteria przy ocenie mo¿liwoœci zasi-lania ogniw paliwowych gazem ziemnym, z perspektywy ich wy-korzystania w energetyce: sprawnoœæ, oddzia³ywanie na otoczeniei œrodowisko, w tym emisje zanieczyszczeñ oraz elastycznoœæ eks-ploatacyjna:• Ogniwa paliwowe mog¹ produkowaæ zarówno ciep³o jak i ener-

giê elektryczn¹, z wykorzystaniem ró¿nych paliw wêglowodoro-wych. S¹ wysoce wydajn¹ technologi¹ konwersji energii, którejsprawnoœæ w przypadku ogniw wysokotemperaturowychw uk³adach hybrydowych z turbin¹ gazow¹ znacznie przewy¿-sza sprawnoœæ nowoczesnych uk³adów gazowo-parowych napoziomie 55%. Wysokiej sprawnoœci towarzyszy wysoka jakoœæprodukowanej energii elektrycznej. W porównaniu do tradycyj-nych uk³adów kogeneracyjnych opartych na silnikach spalino-wych i turbinach gazowych, ogniwa paliwowe pracuj¹ przywy¿szych wskaŸnikach skojarzenia (stosunku iloœci produkowa-nej energii elektrycznej do ciep³a). • Poniewa¿ ogniwa pracuj¹ przy stosunkowo niskich temperatu-

rach, w zasadzie nie wytwarzaj¹ tlenków azotu. Ponadto, z uwa-gi na wykorzystywanie odsiarczonego paliwa, pracy ogniw pali-wowych praktycznie nie towarzyszy wytwarzenie tlenków siar-ki, a jedynym, znacz¹cym Ÿród³em emisji tlenku oraz dwutlenku

wêgla s¹ reformery gazu ziemnego. Niski poziom ha³asu, nie-wielka emisja zanieczyszczeñ oraz niewielkie gabaryty oznacza-j¹ brak przeszkód w sytuowaniu instalacji ogniw paliwowychw praktycznie dowolnej lokalizacji. • Modu³owoœæ konstrukcji sprawia, ¿e istnieje du¿a ³atwoœæ w do-

borze mocy uk³adu i jego ewentualnej rozbudowie. Warto pod-kreœliæ, ¿e sprawnoœæ ogniwa w du¿ym stopniu nie zale¿y odzmian obci¹¿enia.

Postêp w rozwoju technologii ogniw paliwowych bêdzie zale¿a³ odwyników badañ w wielu dyscyplinach naukowych, takich jak in¿y-nieria materia³owa, termodynamika, mechanika p³ynów. W pra-cach bierze udzia³ coraz wiêcej firm, instytucji naukowych, a tak-¿e organizacji pozarz¹dowych, które równie¿ znacz¹co przyczy-niaj¹ siê do popularyzacji wiedzy na temat tej technologii.

Literatura

[1] Chaczykowski M., Osiadacz A., Rubik M.: Nowoczesne

techniki grzewcze z wykorzystaniem gazu ziemnego.Nowoczesne Gazownictwo, 4(V), 2000, s. 16–25.

[2] Warowny W., Hoœci³owicz A.: Ogniwa paliwowe

przysz³oœci¹ technologii energetycznych. NowoczesneGazownictwo, 8(IV), 2003, s. 41–50.

[3] Demusiak G., Warowny W.: Stacjonarne ogniwa paliwowe

i ich zastosowanie w gospodarstwach domowych. GazWoda i Technika Sanitarna 10/2005, s. 10-15.

[4] Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure TechnologiesProgram, Multi-Year Research Development andDemonstration Plan, Planned program activities for 2003-2010, Departament Energii USA, 2005.

[5] EUR 20719 EN - Hydrogen Energy and Fuel Cells

- A vision of our future, Raport Komisji Europejskiej,Luxembourg, 2003.

[6] Materia³y informacyjne instytucji: InitiativeBrennstoffzelle, Fuell Cell Norway, Fuell Cell Today,National Academy of Engineering, U.S. EnvironmentalProtection Agency.

[7] Materia³y informacyjne firm: E.ON Ruhrgas AG, HexisAG, MTU CFC Solutions GmbH, RWE AG, Siemens AG,Symrise GmbH, UTC Power, Vaillant GmbH.

A rtyku³y Nowoczesne Gazownictwo 1 (XI) 2006

12