Filtracja powietrza do ogniw paliwowych

UFI Filters
4.4.2022
Reklama
Reklama

Nowe technologie pozyskiwania energii elektrycznej otwierają przed rynkiem wiele możliwości, ale także wyłaniają nowe potrzeby. Jedną z nich jest przygotowanie powietrza, które bierze udział w reakcjach, jakie zachodzą wewnątrz ogniwa paliwowego.

 

  • Filtracja powietrza w przypadku ogniw paliwowych odgrywa jeszcze ważniejszą rolę niż w tradycyjnych silnikach.
  • Tlen niezbędny do wywołania reakcji elektrochemicznej z wodorem ogniwa pozyskują z powietrza z otoczenia.
  • Nawet bardzo małe ilości cząstek gazowych (PPM, PPB) mogą znacząco zmniejszyć wydajność i skrócić żywotność ogniw.
  • Katodowy filtr powietrza pełni podwójną funkcję: filtracja cząstek stałych, pochłanianie zanieczyszczeń gazowych.
Reklama

 

W przypadku samochodów ciężarowych o dużym tonażu, które pokonują długie dystanse, zasilanie ogniw paliwowych wodorem może być jednym z najlepszych rozwiązań, które pozwalają na ograniczenie zanieczyszczenia powietrza. Zgodnie z polityką energetyczną Unii Europejskiej w najbliższych latach wodór ma znacząco przyczynić się do dekarbonizacji transportu.

W ramach tych działań producenci części samochodowych zaczęli kłaść nacisk na kwestie jakości powietrza dostarczanego do ogniw paliwowych. Badania koncentrowały się na filtrze katodowym – elemencie, który odgrywa zasadniczą rolę w oczyszczaniu powietrza doprowadzanego do silnika. Przefiltrowane powietrze działa jako czynnik spalania w ogniwie, a tlen, reagując z wodorem w procesie elektrochemicznym, prowadzi do wytworzenia energii elektrycznej.

Filtracja ma znaczenie

Powietrze wprowadzone do układu dolotowego przed dotarciem do sprężarki, a potem do ogniwa, musi zostać skutecznie odfiltrowane z cząstek stałych, a także ze szkodliwych gazów (SOX, NOX, H2S, CO, O3 i NH3) i lotnych związków organicznych (benzen i toluen). Te szkodliwe dla ogniwa paliwowego gazy są związkami pochodzenia antropogenicznego. Powstają wskutek działalności człowieka (produkty tradycyjnego spalania i pochodzące z ropy naftowej), a ich stężenie zmienia się zależnie od położenia geograficznego.

Reklama

Filtracja powietrza w przypadku ogniw paliwowych odgrywa jeszcze ważniejszą rolę niż w tradycyjnych silnikach. Badania wykazały, że nawet bardzo małe ilości cząstek gazowych (PPM, PPB) mogą znacząco zmniejszyć wydajność i skrócić żywotność ogniw. Wynika to z kilku czynników. Jednym z nich jest zanieczyszczenie katalizatora, który uruchamia reakcje niezbędną do przekształcenia wodoru i tlenu w energię elektryczną i wodę. Zanieczyszczenia mogą nieodwracalnie wpływać na jego działanie i funkcjonalność, a także prowadzić do skrócenia jego żywotności. W obiegu powietrza zanieczyszczenia istotnie wpływają również na pracę sprężarki.

Różne rodzaje powietrza

Tlen niezbędny do wywołania reakcji elektrochemicznej z wodorem ogniwa pozyskują z powietrza z otoczenia. Jednak nie wszędzie jest ono takie samo, a jego właściwości i zależą od takich czynników, jak m.in. temperatura, wysokość nad poziomem morza czy lokalne zanieczyszczenia. W związku z tym, opracowując katodowy filtr powietrza, należy wziąć pod uwagę miejsce, w którym będzie on wykorzystywany, ponieważ z uwagi na zróżnicowaną jakość powietrza rozwiązania skuteczne w jednym regionie świata niekoniecznie będą działały prawidłowo w innym.

Nowe rozwiązanie filtra

Katodowy filtr powietrza pełni podwójną funkcję (filtracja cząstek stałych, pochłanianie zanieczyszczeń gazowych) i składa się z dwóch warstw. Pierwsza warstwa pełni funkcję bariery fizycznej, oddzielając cząstki stałe. Jej budowa jest podobna do filtra powietrza w silnikach spalinowych. Syntetyczne medium ma jednak inną strukturę i grubość, aby zapewnić większą zdolność akumulacji i niskie spadki ciśnienia w układzie. Umożliwia to zatrzymywanie wszystkich rodzajów pyłu, w tym drobnych cząstek, a nawet soli, która jest używana zimą na drogach lub unosi się w powietrzu na terenach nadmorskich. Warstwa ta służy ochronie węgla aktywnego, który znajduje się w drugiej warstwie. Jest on bowiem wrażliwy na obecność cząstek stałych, które ograniczają zdolność pochłaniania gazów.

Druga warstwa pełni funkcję chemiczną, eliminując zanieczyszczenia gazowe przez adsorpcję. Medium filtracyjne składa się z włókniny, która zawiera różne rodzaje węgla aktywnego. Pionierskim rozwiązaniem jest modyfikacja tradycyjnie stosowanego węgla aktywnego w procesie obróbki cieplnej i reakcji chemicznej z solami nieorganicznymi. W ten sposób, oprócz otworów o różnych rozmiarach (stworzonych w wyniku obróbki powierzchni), węgle uzyskały zdolność pochłaniania gazów, łącząc się z nimi przez wiązania chemiczne różnego rodzaju. Różnorodne mieszanki węgla aktywnego pozwalają dostosować produkt do warunków typowych dla obszaru, w którym samochodu będzie sprzedawany.

Dodatkowe możliwości

W przypadku niektórych zastosowań oprócz filtra, który składa się z dwóch warstw, stosuje się elementy wstępnego oczyszczania powietrza. Na szczególnie zanieczyszczonych obszarach, powietrze może zawierać większe ilości cząstek stałych, dlatego muszą one zostać usunięte, zanim dotrą do katodowego filtra powietrza.

Na podstawie informacji z firmy UFI Filters

Artykuł ukazał się w czasopiśmie
Reklama

O Autorze

autoEXPERT – specjalistyczny miesięcznik motoryzacyjny, przeznaczony dla osób zajmujących się zawodowo naprawą, obsługą, diagnostyką i sprzedażą samochodów oraz produkcją i sprzedażą akcesoriów motoryzacyjnych, części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych.

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama