brandstofcellen

Brandstofcellen zijn elektrochemische apparaten die chemische energie van een brandstof, meestal waterstof, direct omzetten in elektriciteit, warmte en water. In tegenstelling tot verbranding ontstaan geen stikstofoxiden of kooldioxide bij zuivere waterstof. Bij gebruik van waterstof levert de cel hoofdzakelijk water als bijproduct, plus warmte.

Werking: een brandstofcel bevat twee elektroden gescheiden door een elektrolyt. De brandstof reageert aan de anode, elektronen vloeien via een externe kring en leveren elektriciteit; ionen migreren door de elektrolyt naar de kathode waar ze reageren met zuurstof uit de lucht. Dit proces vereist een corrosievrije, hoogzuivere omgeving.

Typen: PEMFC (protonenuitwisselingmembraan), PAFC (fosforzuur), AFC (alkaline), MCFC (molten carbonate) en SOFC (solid oxide). PEMFCs werken op lage temperatuur (~60-80°C) met snelle opstart; SOFCs bij hoge temperatuur (600-1000°C) met hoge efficiëntie maar langere opstarttijd. De overige typen vind je vooral in stationaire toepassingen.

Toepassingen en efficiëntie: brandstofcellen worden gebruikt in transport, stationaire opwekking en noodstroom. Elektrische efficiëntie ligt meestal tussen 40 en 60 procent; gecombineerd met warmte-krachtafhandeling kan het totale systeemrendement hoger uitvallen, tot ongeveer 70-85 procent bij goede afstemming.

Uitdagingen: kosten van systemen en katalysatoren, duurzaamheid van stacks, en infrastructuur voor productie, opslag en distributie van waterstof. Kwaliteit van brandstof en onderhoudsproblemen spelen eveneens een rol.

Milieu en energie: bij groen waterstof, geproduceerd met hernieuwbare elektriciteit, bieden brandstofcellen een schone technologie met lage emissies; de totale milieu-impact hangt af van de waterstofproductie.

Geschiedenis: het concept dateert uit 1839 bij William Grove; in de jaren 1960-1970 werd de technologie verder ontwikkeld voor ruimtevaarttoepassingen; sindsdien groeit commerciële toepassing en blijft onderzoek wereldwijd doorgaan.