Polttokenno

On 16. heinäkuuta 1969. Apollo 11 -avaruusalus laukaistaan. Edessä on pitkä matka, kun se kulkee avaruuden halki kohti Kuuta. Tätä matkaa varten avaruusalus tarvitsee runsaasti sähköenergiaa virran saamiseksi aluksen ohjauspaneeleihin ja laitteisiin.

Mutta mistä tämä sähköenergia tulee? Näistä erikoislaitteista, jotka tuottavat sähköä - polttokennoista. Polttokenno muuntaa polttoaineen kemiallisen energian sähköenergiaksi, jota voidaan sitten käyttää sähkölaitteiden käyttövoimana. Se on eräänlainen sähkökemiallinen kenno. Katsotaan kuinka se toimii.

Aivan polttokennon keskellä on liuos, jonka läpi ionit voivat liikkua - elektrolyytti. Elektrolyytti on kahden elektrodin välissä. Yksi elektrodi on negatiivinen anodi, ja toinen on positiivinen katodi. Kaksi elektrodia on yhdistetty johtimella. Polttoaine — useimmiten vety — syötetään negatiiviselle anodille.

Anodilla tapahtuu kemiallinen reaktio: vetyatomit jakautuvat vetyioneiksi ja elektroneiksi. Sitten vetyionit liikkuvat elektrolyytin kautta katodille. Myös elektronit siirtyvät katodille, mutta tekevät sen pitkin johdinta, joka yhdistää kaksi elektrodia. Tämä luo sähkövirran. Katodilla vetyionit ja elektronit yhdistyvät hapen kanssa, jota syötetään katodille.

Tämä reaktio tuottaa lämpöä ja vettä. Tämän tyyppinen reaktio tekee sähkön tuotannosta erittäin tehokasta. Astronautit voivat myös hyötykäyttää lennon aikana tuotettua vettä. Siksi polttokenno oli täydellinen tapa tuottaa sähköä Apollo-lentojen aikana! Mutta polttokennoilla on muitakin etuja, jotka tekevät niistä hyödyllisiä muissa sovelluksissa.

Yksi tällainen sovellus on autoissa. Toisin kuin autojen polttomoottoreissa käytetyt fossiiliset polttoaineet, polttokennot eivät tuota haitallisia päästöjä. Sähköautoissa polttokennot tuottavat sähköä erittäin tehokkaasti. Tämä tarkoittaa, että niillä voi olla pidempi kantama kuin ladattavilla akuilla. Eikä siinä kaikki; polttokennojen täyttäminen vie vähemmän aikaa kuin akun lataaminen.

Polttokennot eivät menetä tehoaan ajan myötä, eikä niiden hävittäminen elinkaaren lopussa ole yhtä ongelmallista. Kaikki tämä tekee polttokennoista hyvän vaihtoehdon fossiilisilla polttoaineilla tai sähköakuilla kulkeviin autoihin. Joitakin esteitä on kuitenkin voitettava ennen kuin polttokennoja voidaan käyttää yleisesti kaikkialla. Ensinnäkin riittävien vetymäärien kerääminen on kallista. Se vaatii myös runsaasti energiaa, joka tulee tällä hetkellä pääasiassa fossiilisista polttoaineista.

Lisäksi on olemassa joitakin turvallisuuskysymyksiä, kuten vedyn herkkä syttyvyys. Kun se sekoitetaan ilman kanssa, vetypolttoaine voi helposti palaa tai jopa räjähtää. On olemassa polttokennoja, jotka käyttävät erityyppistä polttoainetta, mutta niiden valmistaminen voi olla vielä kalliimpaa, tai niillä on muita kielteisiä vaikutuksia. Viimeiseksi, jotta polttokennot yleistyisivät, joitakin muutoksia nykyisiin järjestelmiin olisi tehtävä. Esimerkiksi uusia polttoaineasemia pitäisi rakentaa perinteisten huoltoasemien tilalle.

Tehokkaan sähköntuotannon tarve kasvaa, samoin kuin ympäristöystävällisempien kuljetusratkaisujen. Siksipä monet yritykset kehittävät parhaillaan teknologiaa uusia sovelluksia polttokennoille, jotka voisivat tyydyttää nämä tarpeet. Vuodesta 2021 lähtien eräissä paikoissa on junia ja busseja, jotka toimivat vetypolttokennoilla. Ja useita kokeellisia projekteja on meneillään polttokennojen testaamiseksi lentokoneissa tai teollisuudessa. Polttokennoteknologia ei ole enää vain avaruusmatkailua varten.

Ehkä pian se on helposti kaikkien saatavilla, täällä Maan päällä!