Úvodním jednoduchým, snad vtipným obrázkem chceme demonstrovat skutečnost, která pro většinu obyvatel planety zní stále jako science fiction. Je to ale svatá pravda – existuje zařízení, které mění přiváděný vodík a kyslík na elektrickou energii. A dokonce může dodávat tolik elektřiny, že stačí na pohon automobilů, tramvají a vlaků. Tomuto zařízení se na celém světě říká „palivový článek“, anglicky „fuel cell“.
Existuje mnoho druhů palivových článků dělících se dle použitého paliva, okysličovadla, elektrolytu a membrány, která odděluje katodu od anody. Účelem tohoto článku není tyto konstrukce popisovat. Zapamatujme si pouze, že nejběžnějším druhem pro pohon vozidel je palivový článek, kde palivem je vodík a okysličovadlem je kyslík. Vodík se přivádí k anodě a kyslík ke katodě. Mezi anodou a katodou je elektrolyt nebo PEM membrána. Odpadem je pouze čistá voda a teplo.
A pak si ještě zapamatujme fakt, že to funguje.
Další dobrou zprávou je ta, že vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru, kde tvoří převážnou část hmoty. Vodík je všude kolem nás, je ho všude dostatek. Je palivem pro všechny hvězdy ve všech galaxiích.
Než však začneme jásat nad tím, že redakce fDrive vynalezla způsob, jak zdarma vyrábět elektřinu z hmoty, která je všude kolem nás, je zde malá potíž – nikde na světě není jezero ani řeka, ba ani potůček vodíku. Nemůžeme ho těžit jako ropu nebo plyn. Velmi malé množství volného vodíku se vyskytuje v okolí sopek nebo v nejvyšších vrstvách atmosféry, obě alternativy jsou však pro naše účely prakticky k ničemu. Vodík je všude kolem nás, ale pouze ve vázané formě. A to je ta potíž. Volný vodík musíme vyrobit a uskladnit. Obojí je složité a nákladné. Pro ty, kteří potřebují další základní informace o vodíku, tak prosím – vodík je prvním prvkem periodické tabulky prvků, latinsky „hydrogenium“, anglicky „hydrogen“. Má tyto vlastnosti:
- je bezbarvý, bez chuti a zápachu
- je hořlavý, a když se smíchá se vzduchem, je též vysoce výbušný (pamatujete si na explozi, která zničila vzducholoď Hindenburg, která byla naplněna vodíkem?)
Historie palivového článku se začala psát před více než 200 lety.
Rok 1802
Sir Davy Humphry dokázal pomocí elektrického proudu rozložit vodu na kyslík a vodík. Tento proces se jmenuje elektrolýza. Při svých pokusech mimochodem pozoroval jev, kdy po odpojení elektrod od proudu se na nich následně vytváří elektrický náboj, jako kdyby někdo proces elektrolýzy nějak obrátil.
Rok 1839
Anglický chemik William Grove popisuje reverzní proces k elektrolýze: reakce vodíku a kyslíku má za následek vznik elektrické energie. Tento vědec se považuje za otce palivového článku.
Rok 1866
Werner von Siemens … ničím nepřispěl k vývoji palivového článku. Naopak, významně přispěl k tomu, že palivový článek jako zdroj elektřiny byl skoro na sto let odsunut na vedlejší kolej. Tento génius vynalezl generátor, točivý stroj, který se stal hlavním zdrojem elektrické energie od vozidel až po elektrárny. Generátor, konkrétně tehdejší dynamo, vyráběl elektrickou energii podstatně efektivněji než palivový článek, který byl zatím v plenkách.
Rok 1932
Tento rok je důležitým milníkem v dalším vývoji. Francis Bacon předvedl palivový článek, který byl použitelný v praxi.
Rok 1952
V tomto roce Bacon z článku dostává již neskutečných 5 kW. Po dalším vývoji se palivový článek poprvé uplatňuje v praxi, a to v elektrickém traktoru o výkonu 15 kW. Stalo se tomu tak v roce 1959.
60. léta 20. století
Vývoj se dramaticky zrychluje. Především kosmický průmysl rychle objevuje výhody palivových článků, hlavně z důvodu výborného poměru výkon/hmotnost. Palivové články napájely lodě vesmírného programu Apollo a dostaly přednost před miniaturními atomovými reaktory. V raketoplánech byly dokonce tři články, každý o špičkovém výkonu 12 kW. Odpadní čistá voda se výborně hodila, bylo jí pak ve vesmírných lodích dostatek.
70. léta 20. století
Udeřila energetická krize. Bolestně se zjistilo, že ropy a plynu není na světě neomezené množství a ceny paliv raketově rostou. Elektřina jako zdroj pro pohon vozidel se znovu dostává do popředí. Rychle pokračuje též výzkum palivových článků, které by byly použitelné v dopravě.
80. a 90. léta 20. století
Do popředí se dostává také hledisko ekologie. Vývoj palivových článků se mohutně zrychluje.
Tím se dostáváme do současnosti, kde v oboru elektrického pohonu vozidel soupeří o místo na slunci akumulátory a palivové články. Kdo tento pomyslný závod vyhraje?
