Brandstofcel

Al jaren maakt men zich zorgen over de uitputting van de hedendaags gebruikte brandstoffen. Men is al hevig op zoek naar nieuwe vormen van energie winning. De brandstofcel is één van de mogelijke ‘vervangers’. De laatste tijd is de technologie rond de brandstofcel al aardig ontwikkeld en zal het niet lang meer duren voordat de eerste producten komen die op de brandstofcel werken. De brandstofcel zal dus waarschijnlijk een belangrijke factor gaan spelen in onze samenleving. Daarom houd ik hier mijn werkstuk over.

De hedendaagse brandstoffen raken steeds meer op. Er zijn al prognoses gemaakt dat bijvoorbeeld de olievoorraad, één van de belangrijkste brandstoffen, binnen 50 jaar op is. Ook de economische groei van veel landen leidt ertoe dat er een brandstoftekort zal komen. Denk maar eens aan de hoge benzineprijzen die veel landen (vooral Nederland!) parten spelen. Dit heeft allemaal te maken met een te grote vraag naar brandstof terwijl er een te klein aanbod is. En dan komen daar ook nog de milieuproblemen bij die al die brandstoffen teweeg brengen. Deze 2 factoren oefenen dus een hele grote druk op de huidige vorm van energiewinning. Er moet dus naar nieuwe oplossingen worden gezocht. Je hebt natuurlijk al nieuwe vormen van energiewinning die milieuvriendelijk zijn en onuitputbaar zijn. De windmolen en de zonnecel zijn daar de bekendste voorbeelden van. Maar deze vormen hebben een te laag rendement om heel de huidige energieproductie te vervangen en zijn teven enorm duur. Er moet dus verder gezocht worden naar andere oplossingen. De meest belovende nieuwe vorm van brandstof is de brandstofcel. Men heeft ondertussen al door dat hier waarschijnlijk de toekomst in zit. Veel grote oliemaatschappijen zoals Shell en BP zijn het erover eens dat de brandstofcel de brandstof van de toekomst wordt. Vooral de auto-industrie ziet er brood in: BMW, Daimler Chrysler, Toyota en General Motors zijn allemaal al bezig met het ontwerpen en testen van elektrische en brandstofcel motoren. De brandstofcel wordt al jaren succesvol toegepast in de ruimtevaart, dus zal het niet lang duren voordat het ook in de auto-industrie (en natuurlijk in veel andere industrieën) zal worden gebruikt. De brandstofcel is op dit moment nog te complex en te duur om voor personenauto\'s te worden gebruikt. Daarom wordt er nu nog meer gewerkt aan de elektrische auto. En misschien later wel een combinatie van deze twee.

Nu vraag je jezelf natuurlijk af wat er zo goed is aan de brandstofcel. Hier volgt een klein overzicht van de goede eigenschappen van de brandstofcel: Voordelen van een brandstofcel. - Er wordt veel minder CO2 uitgestoten, dus is het minder schadelijk. - Er is een hoog rendement en dus verbruikt het minder energie, en is het zuiniger. - De biobrandstof is onuitputtelijk. (want deze wordt met behulp van organismen aangemaakt)

Over het algemeen wordt de engelse advocaat William Grove als uitvinder vande brandstofcel beschouwd. Sinds Grove’s eerste publicatie over brandstofcellen in 1839(!), ontstonden er twee lijnen in het brandstofcelonderzoek. In de ene lijn werd geprobeerd om een brandstofcel ,die werkte op waterstof en zuurstof, steeds beter te maken. De andere lijn richtte zich op het direct laten oxideren van steenkool in een brandstofcel met toevoeging van lucht. De eerste lijn werd na de Tweede Wereldoorlog voortgezet in Engeland door Francis Bacon. Zijn patenten werden in 1959 gekocht door Pratt & Whitney, de ontwikkelaar van de brandstofcellen voor de Apollovluchten. Het doel steenkool rechtstreeks te oxideren in een brandstofcel (lijn 2) werd na de oorlog verlaten. In de jaren ’50 en ’60 nam de belangstelling voor brandstofcellen wereldwijd sterk toe. De verwachtingen bleken echter te hoog gespannen en in de jaren ’70 werd bijna overal het naar brandstofcellen verlaten of op een laag pitje gezet. Naast de verdergaande ontwikkelingen in het ruimtevaartprogramma, had alleen de gasindustrie in de VS een groot onderzoeksprogramma lopen, met als doel een kleine elektriciteitscentrale te ontwikkelen die consumenten thuis konden neerzetten voor opwekking van hun eigen elektriciteit. Gelukkig kwam er steeds meer belangstelling voor en tegenwoordig wordt bijna in elk (welvarend) land brandstofcelonderzoek gedaan. In de loop der tijd is de aandacht qua mogelijke toepassingen duidelijk verschoven. Vestigde de aandacht zich begin jaren ’80 op centrale en decentrale elektriciteitsopwekking, vanaf het begin van de jaren ’90 is de aandacht meer gericht op toepassingen in het vervoer.

Brandstofcellen zijn een soort batterijen. Ze hebben elektroden waartussen een spanningsverschil kan bestaan en een elektrolyt dat de elektroden scheidt en waar doorheen geladen deeltjes kunnen bewegen. Er zijn twee belangrijke verschillen met batterijen. Ten eerste kunnen ze geen energie opslaan. Ten tweede werken ze op brandstof. De toegevoerde brandstof wordt op elektrochemische wijze omgezet in elektriciteit en uitlaatgassen. Dit proces is in verhouding met de algemene brandstoffen schoon. Daarom worden brandstofcellen al zeer lang als een veelbelovende technologie beschouwd en is er veel onderzoek aan verricht. De laatste tijd is veel vooruitgang geboekt wat betreft de levensduur, prestaties en kosten van brandstofcellen. Toch is dat nog steeds niet voldoende geweest om te kunnen concurreren met bestaande technieken, die ondertussen ook sterk verbeterden. Alleen vanaf de 60\' er jaren is het in de ruimtevaart toegepast.

Op zich is de brandstofcel een makkelijk proces: je scheidt water in waterstof en zuurstof en je laat ze dan weer bij elkaar komen. Bij het samenkomen van de waterstof en zuurstof ontstaat er erg veel energie. (Denk maar aan waterstofbommen of het bekende ongeluk met die zeppelin!). Die energie kan natuurlijk weer gebruikt worden om bijvoorbeeld een auto te laten rijden. Om water te scheiden laten ze een bepaalde hoeveelheid/soort stroom door het water gaan (dit proces heet elektrolyse). Hierbij ontstaat waterstof en zuurstof. De brandstofcel werkt als het ware dus gewoon op water! Schoner en ‘onuitputtender‘ kan haast niet! Maar de brandstofcel heeft wel een heel klein beetje brandstof nodig (om het proces op gang te houden). Hiervoor gebruiken ze Brandalcohol en Methanol en deze stoffen zijn ook niet schadelijk of moeilijk te verkrijgen. Maar in principe werkt het dus gewoon op water! In de brandstofcel gebeurt dus het volgende chemische proces: Waterstof + zuurstof à Water + Elektriciteit (de energie voor de wagen) 2H + O à H2O (bij dit proces komt dus veel energie vrij à elektriciteit)

Zoals ik al eerder heb vermeld wordt de brandstofcel al gebrukt in de ruimtevaart. Nu moet het alleen nog echt op de ‘markt’ komen. Het probleem is alleen dat het op dit moment nog erg complex (duur!) is en het nog redelijk gevaarlijk is. I Hier zijn ze al hard mee bezig. Er bestaan al enkele prototypes van auto\'s met de brandstofcel. Helaas is het nog te moeilijk en te duur om het mogelijk te maken voor particulier gebruik. De automaatschappijen beschouwen het jaar 2004 als het jaar van de brandstofcelauto.

Een bedrijf dat al heel ver is met de ontwikkeling van de brandstofcel is DaimlerChrysler. Zo\'n vijf jaar geleden kwam de Mercedes- Benz met de Necar 1. ( Necar = New Electric Car ) Dit was een op stroom rijdende bestelbus. Alleen was alle beschikbare ruimte nodig voor de motor. In 1996 kwam de Necar 2 al uit en die nam de waterstoftanks mee op het dak en had een top van 110 km per uur. Toen kwam de Necar 3, deze auto had een motor die methanol omzette in waterstof maar die nam zowel ruimte in dat er geen passagiers meer bij konden. Dus er werd nog verder onderzocht en er kwam nog een vierde Necar dit was dezelfde auto als de Necar 3 alleen deze rijdt volledig op waterstof. Op de plek van de benzine tank kwam dan de waterstoftank, de apparatuur licht in een dubbele bodem en de elektromotor zit op de plaats waar de normale motor zou zitten.