Wynalazek z Polski zrewolucjonizuje motoryzację?

Baterie wiecznie się wyczerpują, wymagają ciągłych wymian lub długotrwałego ładowania. O ile w przypadku laptopa czy komórki podpięcie się na chwile do gniazdka nie jest dużym problemem, dostępność elektryczności spędza sen z powiek konstruktorom samochodów. Jeśli przyszłością motoryzacji mają być pojazdy na prąd, akumulatory muszą mieć zdecydowanie większą sprawność.

Rozwiązaniem, które mogłoby znacząco poprawić wygodę korzystania z urządzeń elektrycznych są tzw. ogniwa paliwowe. Póki co, są one jednak koszmarnie drogie (wykorzystuje się je głównie do napędu konwencjonalnych okrętów podwodnych, jako system niezależny od powietrza), na przeszkodzie do ich komercjalizacji stoi wiele problemów technicznych.

To może się jednak wkrótce zmienić, dzięki pracy polskich naukowców. Nowy katalizator, opracowany w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie, jest istotnym etapem na drodze do upowszechnienia tanich, trwałych, lekkich i ekologicznych ogniw paliwowych.

Ogniwo paliwowe to urządzenie przetwarzające energię chemiczną w elektryczną. Prąd powstaje bezpośrednio wskutek spalania paliwa w obecności katalizatorów, stosowanych na anodzie i katodzie ogniwa. "Teoretyczna sprawność zamiany energii chemicznej na elektryczną w ogniwach może sięgać nawet stu procent. Najlepsze istniejące obecnie ogniwa, wodorowe, w praktyce dochodzą do 60 proc.. Dla porównania, sprawność niskoprężnych silników spalinowych to zaledwie około 20 proc." - mówi dr hab. inż. Andrzej Borodziński z IChF PAN.

Najpoważniejszą przeszkodą w upowszechnieniu ogniw wodorowych jest magazynowanie wodoru. Zagadnienie to okazało się niezwykle wymagające technicznie i wciąż nie doczekało się zadowalających rozwiązań. Konkurencyjne wobec wodorowych są ogniwa pracujące na metanolu.

Sam metanol jest jednak substancją trującą, a zużywające go ogniwa trzeba budować z użyciem drogich katalizatorów platynowych. Co więcej, ogniwa metanolowe mają niewielką moc i pracują w stosunkowo wysokiej, a więc potencjalnie niebezpiecznej temperaturze (ok. 90 stopni Celcjusza). Alternatywnym rozwiązaniem okazują się ogniwa paliwowe działające na kwasie mrówkowym. Reakcje zachodzą tu w temperaturze pokojowej, a sprawność i moc są wyraźnie wyższe niż w ogniwach metanolowych.

Dodatkowo kwas mrówkowy jest substancją łatwą do przechowywania i transportu. Aby jednak ogniwo na kwasie mrówkowym działało stabilnie, potrzebny jest wydajny i trwały katalizator. I właśnie na tym polu polscy naukowcy mają się czym pochwalić.

"Opracowany przez nas katalizator początkowo ma niższą aktywność od dotychczas stosowanych katalizatorów z czystego palladu. Różnica znika jednak już po dwóch godzinach pracy. Dalej jest tylko lepiej. Podczas gdy aktywność katalizatora na czystym palladzie nadal spada, nasz pracuje stabilnie" - mówi dr Borodziński. Zaletą opracowanego w IChF PAN katalizatora, szczególnie istotną z ekonomicznego punktu widzenia, jest fakt, że zachowuje swe właściwości podczas pracy w kwasie mrówkowym niskiej czystości.

Kwas mrówkowy tego typu można łatwo produkować w dużych ilościach, w tym także z biomasy, zatem paliwo do nowych ogniw mogłoby być bardzo tanie. Kwas mrówkowy otrzymywany z biomasy byłby również paliwem w pełni ekologicznym. Produktami reakcji zachodzących z jego udziałem w ogniwach paliwowych są woda i dwutlenek węgla. Ten drugi jest co prawda gazem cieplarnianym, ale biomasa jest pozyskiwana z roślin, które pochłaniają go podczas wzrostu. W rezultacie produkcja kwasu mrówkowego z biomasy i zużywanie go w ogniwach nie zmieniałyby ilości dwutlenku węgla w atmosferze.

Ryzyko skażenia środowiska kwasem mrówkowym także jest niewielkie. Ogniwa paliwowe na kwasie mrówkowym znalazłyby liczne zastosowania. Ich przydatność byłaby szczególnie wysoka w przenośnych urządzeniach elektronicznych - telefonach komórkowych, laptopach, GPS-ach. Ogniwa te mogłyby być instalowane także jako źródła zasilania pojazdów, od wózków inwalidzkich przez elektryczne rowery po jachty. Niewykluczone, że, w wyniku dalszych badań i udoskonaleń, polski wynalazek pomoże również zrewolucjonizować świat motoryzacji.

W IChF PAN rozpoczynają się obecnie badania nad pierwszymi bateriami zbudowanymi z ogniw paliwowych na kwasie mrówkowym. Naukowcy spodziewają się, że prototyp komercyjnego urządzenia powinien być gotowy za kilku lat.