Framsida (Rubrik) Namn: Anders Esping. Klass: TE14B. Datum: 2/3-15

Transkript

1 Namn: Anders Esping Framsida (Rubrik) Klass: TE14B Datum: 2/3-15

2 Abstract I chose to write about fuel cells because I m interested in the environment and fuel cells seemed like a great option for the future that we can replace todays engines with. Since I barely knew anything at all about fuel cells, I decided to learn a little bit more about the technology and how it worked. The second thing I wanted to find out was which good things the technology offered and which disadvantages it had. The method I used to find information that could help me get answers to these questions was through digital sources. The things I researched about were mainly the fuel cells functions and how they affected the environment compared to other kinds of engines. I also wanted to know which problems and difficulties the technology brought with it and why it hadn t been globalized yet. To sum up what I discovered as short as possible, I would say that a fuel cell is almost like a battery with the ability to transform hydrogen and oxygen into electricity which cars are able to drive on. The process contains zero emissions that can harm the environment, the only thing that can affect the environment in a negative way, is if the hydrogen gas is made in a way that causes that to happen during the production. The problems with the technology is as I brought up above, that it s hard to produce hydrogen gas in a renewable way and there are also problems with storing and transporting the hydrogen. It will also cost a lot of money to design cars after these new fuel cells, since you can t just install them in old already existing ones. When I thought that I had gathered enough information, I discussed whether I believed it was worth putting such an effort into improving the fuel cells or not. After I had compared the advantages and disadvantages the technology offered, I took the decision that if this idea is as great as it sounds, with zero negative impact on the environment, I really do believe that it is worth fighting for.

3

4 Innehåll Bakgrund... 5 Syfte... 5 Frågeställning... 5 Metod... 5 Fakta... 6 Funktioner och miljöperspektiv... 6 Problem och svårigheter... 7 Diskussion... 8 Slutsats Källförteckning... 11

5 Bakgrund Syfte Syftet med det här projektet är att vi ska få lära oss mer om i princip allt som rör olika fordon samt få fundera på vilka vi tror kommer att användas i framtiden. Det område som jag har valt att rikta in mig på är bränsleceller. Bränslecellerna verkar väldigt intressanta och lyckas vi framställa vätgas på ett miljövänligt sätt i stor skala, tror jag att bränsleceller kommer vara väldigt vanliga i framtidens fordon. Jag har som mål att lära mig mer om dem och hur de fungerar. Frågorna som jag ska besvara i den här rapporten angående bränsleceller är: Hur fungerar bränsleceller? Vilka fördelar och nackdelar har dem? Frågeställning De frågor som jag tänker ta upp och undersöka är: 1. Hur fungerar bränsleceller? 2. Vilka fördelar och nackdelar finns det med bränslecellerna? Metod De metoder jag ska använda mig av för att besvara frågorna är genom användning av digitala källor och exempelvis intervjuer med personer insatta i frågorna. Med hjälp av dem får jag lära mig fakta om teknologin och läsa vad andra har för åsikter när det gäller frågorna jag tagit upp. Det ger mig en bra faktagrund att stå på med vars hjälp jag sedan kan utveckla egna tankar och teorier.

6 Fakta Funktioner och miljöperspektiv I artikeln som Chalmers har lagt ut på sin hemsida beskriver de precis hur bränsleceller fungerar. En bränslecell fungerar nästan på samma sätt som ett batteri, med skillnaden att den inte kräver uppladdning eller behöver bytas ut. Istället drivs den av vätgas och syre från luften, vilket sker helt utan någon typ av förbränning och gör den negativa miljöpåverkan minimal. Energin som produceras bildas i formerna elektricitet, vatten och värme. De enda föroreningar som bränslecellerna för med sig är de som bildas under framtagningen av vätgasen. Även om det finns flera sorters bränsleceller har nästan alla de olika typerna samma teknik i grunden. Den största skillnaden är att det används olika sorters elektrolyter i cellerna. En bränslecell är uppbyggd av en elektrolyt, som är ett ämne vars innehåll består av laddade joner så att den kan leda elektrisk ström. Det är också två elektroder som omger den, den ena positivt laddad och den andra negativt. Den negativa elektroden kallas för anod och den attraherar negativt laddade elektroner, samtidigt som katod den positiva elektroden attraherar elektronerna med positiv laddning. När sedan vätgasen ska omvandlas till energi, förs den in till anoden på samma gång som syre förs till katoden. Där får sedan en katalysator som oftast består av platina, väteatomerna att splittras till protoner och elektroner, som sedan tar olika vägar till katoden. Protonerna färdas igenom elektrolyten, medan elektronerna blir tvungna att ta en omväg och istället åka via en yttre krets, där de framkallar elektrisk ström. När de kommer fram till katoden förenas syret med protonerna, elektronerna och en annan katalysator som ser till att komponenterna tillsammans bildar vattenånga. Under reaktionen frigörs det också värmeenergi. Det finns också bränsleceller där elektronerna tas upp av syret och sedan färdas genom elektrolyten för att komma till anoden, där de slutligen kan förenas med protonerna. Elektrolyten är alltså väldigt viktig och fungerar ungefär som en sil, som bara släpper igenom vissa partiklar. Om inte den fanns och fria partiklar släpptes in hur som helst så skulle reaktionen förstöras och bränslecellen inte utgöra någon funktion över huvud taget. (Chalmers, 2012) En bränslecell kan producera elektricitet ifall den har tillgång till syre och väte, den är också mycket effektivare än en vanlig förbränningsmotor på grund av att den omvandlar bränslet direkt till elektricitet. En vanlig motors verkningsgrad är knappt 20 procent medan motsvarande verkningsgrad hos bränslecellen är ca 70 procent. Man kan också ta tillvara på värmen som bildas under processen så att verkningsgraden kommer upp i hela 90 procent. Bränslecellen kan utvinna en betydligt större mängd energi ur en viss mängd bränsle, än vad en förbränningsmotor kan. En bränslecell har inte några rörliga delar, så den är tyst i drift och behöver inte underhållas så ofta. Enskilda bränsleceller producerar en väldigt låg spänning vilket gör det möjligt sätta samman flera bränsleceller, vilket är väldigt vanligt. När de sitter på det här sättet tillsammans så kalla det för att de sitter i stackar. Det är inte bara cellens storlek som avgör vilken effekt man kan få ut av den, ju fler celler man har i stacken desto högre spänning får man, men strömstyrkan påverkas bara av cellernas yttre areor. Väte finns oftast inte i ren form så är de flesta bränslecellssystem utrustad med en anordning som kan utvinna väte från olika kolväten som exempelvis bensin, naturgas eller metanol. Det bästa skulle ju egentligen vara att använda ren vätgas för att utvinna elektricitet, men det för tyvärr med sig förvaringsproblem. Men oavsett om man använder ren vätgas eller bensin, som är samma bränsle man använder till vanliga bilar, så blir utsläppen mycket renare på grund av avsaknaden av förbränning. Den producerade strömmen är likström, fast den största efterfrågan finns på likström.

7 Därför används en finurlig mackapär för att omvandla likströmmen till växelström. Temperaturen en bränslecell har under arbete kan variera kraftigt beroende på vilken typ det är, men vanligtvis ligger den på grader. De kemiska reaktionerna sker smidigt under höga temperaturer men vid lägre temperaturer behövs katalysatorer som sätter igång reaktionerna. Katalysatorer är väldigt dyra, därför vill man helst hålla arbetet vid en hög temperatur för att slippa använda dyra katalysatorer av platina. (Chalmers, 2012) Problem och svårigheter I en artikel som Kristina Difs har publicerat på energimyndigheten.se berättar hon lite om varför bränslecellerna inte fått sitt stora genombrott ännu. Den stora anledningen till varför bränslecellerna inte fått något kommersiellt genombrott är på grund av svårigheten med att producera och transportera förnyelsebar vätgas. Det är också väldigt höga utvecklingskostnader för att fundera ut en helt ny typ av drivsystem och fordon. Bränslecellerna har dessutom en relativt låg livslängd. Det är viktigt att vi skaffar oss en stor kompetens inom den här tekniken och det behövs därför resurser för att få en stor bredd på forskningen. För att vi ska kunna ta fram ett hållbart transportsystem krävs det att staten ger bidrag till forskningen. Det har varit lite dåligt med bidrag till den här forskningen på grund av skälen ovan, men nu så har det till slut gjorts rejäla satsningar på bränsleceller. Det projekten som fått bidrag går ut på är att minska bränsleanvändningen när lastbilar går på tomgång, samt utveckla nya material för bränsleceller som i framtiden kan leda till billigare och hållbarare bränslecellssystem. (Difs, 2013)

8 Diskussion Fråga 1: Under rubriken Fakta så har jag beskrivit mer noggrant exakt hur den fungerar, här så tänkte jag göra en lite kortare sammanfattning. En bränslecell fungerar lite på samma sätt som ett batteri. Skillnaden är att det inte behöver bytas ut eller laddas upp. Det här så kallade batteriet drivs av vätgas, men också av syre från luften. Det finns flera sorters bränsleceller men nästan alla består av samma grundteknik, därför är inte speciellt mycket som skiljer dem åt. Den enda skillnaden som jag upptäckte personligen när jag tittade på lite olika celler var att elektrolyterna inte var desamma. Varje bränslecell är uppbyggd av en strömledande elektrolyt bestående av laddade joner. Elektrolyten är omgiven av två elektroner med motsatta laddningar. De kallas för anod och katod, samt attraherar andra elektroner med samma laddning som de själva. Under själva processen när vätgas ska bli energi, går det till så att vätgasen förs till anoden samtidigt som syret förs till katoden. Om processen sker under relativt låg temperatur behöver en katalysator splittra väteatomerna så att de omvandlas till protoner och elektroner, som sedan på olika sätt tar sig till katoden. Protonerna tar vägen genom elektrolyten medan elektronerna får ta en omväg längs en yttre krets. Det är när de åker via den där yttre kretsen som elektrisk ström framkallas. När de kommer fram till katoden förenas protonerna, elektronerna och syre med en annan katalysator som gör så att de tillsammans bildar vattenånga. Fråga 2: Att det finns stora fördelar med bränsleceller framstår som väldigt självklart efter en del efterforskning. Det finns mängder av skäl till varför vi helt borde byta ut vanliga förbränningsmotorer mot bränsleceller. De är knappt jämförbara inom de olika miljöaspekterna. En bränslecell lyckas helt utan någon typ av förbränning att omvandla vätgas och syre till drivmedlet elektricitet med endast vattenånga som restprodukt. Elbilar som drivs av den här elektriciteten är sedan helt miljövänliga i drift och inte några utsläpp som påverkar miljön negativt. Däremot förbränningsmotorer som vanligtvis körs på bensin eller andra fossila bränslen, får stora konsekvenser för miljön. Koldioxid är en av de största miljöbovarna som släpps ut i stora mängder på grund av att så pass många av oss använder förbränningsmotorer i våra bilar. Den här koldioxiden försvinner ju sedan upp i atmosfären där den lägger sig som ett lager och bidrar till den ökade växthuseffekten. Just bränsleceller tror jag kan vara en av de stora lösningarna som får stopp på det här miljöhotet. Det är inte bara de låga, om över huvud taget existerande, utsläppen som gör bränslecellen så bra. Den är inte bara miljövänlig utan också väldigt effektiv. Verkningsgraden hos en vanlig förbränningsmotor ligger i bästa fall på 20 %, samtidigt som en bränslecells verkningsgrad kan överstiga 70 % och till och med komma upp i 90 % om man tar till vara på värmen som bildas under dess omvandlingsprocess. Man måste inte heller använda ren vätgas för att bränslecellerna ska kunna producera drivmedel, det går bra med vilket kolväte som helst tack vare en anordning som de flesta cellerna är utrustad med. Den här anordningen utvinner rent väte ur kolvätena som sedan kan användas för att producera energi. Det här betyder att man kan använda samma bränslen till både förbränningsmotorer och bränsleceller, skillnaden är den att bränsleceller mycket bättre kan utvinna en större mängd energi från samma mängd bränsle. Det där var bränslecellernas positiva egenskaper men det finns också en rad problem som försvårar globaliseringen av teknologin. Själva vätgasen som är den huvudsakliga bränslekällan som de används i bränslecellerna, är både svår att förvara och transportera, samtidigt som det inte är helt enkelt att producera den på ett förnyelsebart sätt. En annan nackdel är att det kommer att krävas väldigt mycket pengar och resurser

9 för att utveckla helt nya sorters fordon och drivsystem, bränslecellerna kan användas i. Bränslecellerna har inte heller speciellt lång livstid vilket också för med sig extra kostnader. Det finns många argument både för och emot bränslecellen, men personligen så tycker jag att det är värt att kämpa och lägga ner den energi som krävs för att få det här att fungera. Jag har fått känslan när jag läst på om området att lösningarna på de här problemen inte är särskilt långt borta. Allt som krävs är att myndigheterna ger forskarna de resurser som krävs för att finslipa teknologin samt att vi privatpersoner tar vårt ansvar och visar att det finns intresse på marknaden. Även om det kräver ansträngningar så är det värt dem, om vi lyckas lösa miljöproblemen och ta fram bilar som inte för med sig höga utsläpp av miljöfarliga ämnen!

10 Slutsats Det jag kom fram till i min diskussion var att en bränslecell fungerar lite på samma sätt som ett batteri. Den omvandlar vätgas och syre till elektricitet, bilar kan drivas av. Jag vägde också bränslecellens för och nackdelar mot varandra och kom fram till att jag tycker att den är något positivt som borde satsas mer på.

11 Källförteckning Litteraturförteckning Chalmers. (2012). Vad är en bränslecell? Sverige: Chalmers. Hämtat från den Difs, K. (2013). Satsning på bränsleceller som del i hållbart transportsystem. Hämtat från den