Yoqilg‘i elementi, YE (ingl. fuel cell) — elektrokimyoviy qurilma, yoqilg‘ining kimyoviy energiyasini bevosita elektr energiyasiga aylantiradigan elektrokimyoviy tok manbai.
Elektr yurituvchi kuch yoqilg‘i elementida uzluksiz yetkazib beriladigan faol moddalarning elektrokimyoviy jarayonlari natijasida yuzaga keladi.
Sanoatda ishlab chiqariladigan eng takomillashgan tok manbalari — ish harorati 200 °C dan past bo‘lgan past haroratli yoqilg‘i elementlaridir. Ularda yoqilg‘i sifatida vodorod, suyuq uglevodorodlar va boshqa turdagi yoqilg‘ilar ishlatiladi, katalizator sifatida esa odatda platina qo‘llanadi.
FIK sanoatda ishlab chiqariladigan yoqilg‘i elementlarida quyidagi qiymatga yetadi: 60 %, bu eng takomillashgan bug‘-gaz qurilmali elektr stansiyalarining ko‘rsatkichiga teng. Yoqilg‘i elementlari bug‘-kuch mashinalari bilan birgalikda ishlatiladigan gibrid qurilmalarda umumiy foydali ish koeffitsiyenti quyidagi qiymatga yetishi mumkin: 75 %.
Yoqilg‘i elementlari ekologik jihatdan xavfsiz bo‘lib, ularda qayta tiklanuvchi yoqilg‘i turlaridan foydalanish mumkin.
Yoqilg‘i elementining tuzilishi
Yoqilg‘i elementlari — nazariy jihatdan yuqori samaradorlikka erisha oladigan elektrokimyoviy qurilmalar bo‘lib, ular kimyoviy energiyani bevosita elektr energiyasiga aylantiradi.
Past haroratli yoqilg‘i elementlarida odatda quyidagilar qo‘llaniladi: vodorod — u anod tomondan, kislorod yoki havo esa katod tomondan uzatiladi (vodorodli element); yoxud metanol bilan havodagi kislorod ishlatiladi.
- Yoqilg‘i va oksidlovchi oqimlarini ajratish prinsipi
Yoqilg‘i elementiga reagentlar uzluksiz kirib turadi, reaksiya mahsulotlari esa undan chiqib ketadi. Reagentlar yetkazib berilar ekan va element tarkibiy qismlari reaksiya qobiliyatini saqlab qolar ekan, jarayon davom etishi mumkin. Bu qobiliyat ko‘pincha yetarlicha toza bo‘lmagan boshlang‘ich moddalar tarkibidagi qo‘shimcha mahsulotlar katalizatorni «zaharlashi» bilan cheklanadi.
Bir martalik galvanik elementlar va akkumulyatorlar, yoqilg‘i elementlaridan farqli o‘laroq, ishlatilib tugaydigan qattiq yoki suyuq reagentlarni o‘z ichiga oladi; ularning miqdori galvanik elementning hajmi bilan cheklangan. Reagentlar tugagach, elektrokimyoviy reaksiya to‘xtaydi. Uni davom ettirish uchun reagentlarni yangilariga almashtirish, teskari elektrokimyoviy reaksiyani yuzaga keltirish maqsadida elektr orqali qayta zaryadlash yoki sarflangan elektrodlar va ishlatilgan elektrolitni almashtirish kerak bo‘ladi.
Yoqilg‘i elementlari galvanik elementlar yoki elektrokimyoviy akkumulyatorlar singari elektr energiyasini saqlash uchun mo‘ljallanmagan. Biroq ayrim vaziyatlarda, masalan, umumiy elektr tarmog‘idan mustaqil ishlaydigan elektr stansiyalarida, ular o‘zgaruvchan energiya manbalaridan (quyosh, shamol) foydalanganda, elektrolizyorlar, kompressorlar va yoqilg‘ini saqlash idishlari (masalan, vodorod ballonlari) bilan birgalikda energiyani saqlash tizimini hosil qiladi.
Vodorod-kislorodli yoqilg‘i elementiga misol
Proton almashinuvchi elektrolitli (masalan, polimer membranali) vodorod-kislorodli yoqilg‘i elementi protonlarni o‘tkazuvchi polimer membranaga ega. Bu membrana ikkita elektrodni — anod va katodni ajratib turadi; har bir elektrod odatda ustiga katalizator — platina yoki platinoidlar qotishmasi yoxud boshqa tarkibli modda qoplangan ko‘mir plastina (matritsa)dan iborat bo‘ladi.
Anod katalizatorida molekulyar vodorod dissotsiatsiyalanadi va elektronlarini yo‘qotib, protonlarga aylanadi. Vodorod kationlari (protonlar) membrana orqali katodga o‘tadi, elektronlar esa tashqi elektr zanjiriga uzatiladi, chunki membrana elektronlarni o‘tkazmaydi, ya’ni elektron o‘tkazuvchanligiga ega emas.
Katod katalizatorida kislorod atomlari tashqi elektr zanjirining simi orqali kelgan elektronlar hamda elektrolitdan o‘tgan protonlar bilan birikib, reaksiyaning yagona mahsuloti — suvni hosil qiladi. Suv katoddan bug‘ va/yoki suyuqlik holida chiqariladi.
Membrana
Membrana o‘zidan protonlarni o‘tkazadi, ammo elektronlarni o‘tkazmaydi. U polimer (masalan, «Nafion» savdo nomli material (Nafion), polibenzimidazol va boshqa polimerlardan) yoki keramika (oksidli va boshqa turdagi) materialdan tayyorlanishi mumkin. Membranasiz yoqilg‘i elementlari ham mavjud.
Anod va katod materiallari hamda katalizatorlar
Anod va katod, odatda, elektr o‘tkazuvchi katalizator — platina qoplangan, katta faol sirtga ega uglerod materialidan iborat bo‘ladi.
Tirik tabiatdagi o‘xshashliklar
Tirik hujayradagi mitoxondriya tabiiy yoqilg‘i elementi hisoblanadi. Mitoxondriyalar organik «yoqilg‘i» — piruvatlar va yog‘ kislotalarini qayta ishlab, ATF — tirik organizmlardagi barcha biokimyoviy jarayonlar uchun universal energiya manbaini sintezlaydi. Bunda ichki membranada elektr potensiallari farqi vujudga keladi. Ammo bu jarayondan sanoat miqyosida elektr energiyasi olish qiyin, chunki mitoxondriyaning proton nasoslari oqsil tabiatiga ega.
Tarix
Dastlabki kashfiyotlar
1839-yilda britaniyalik olim Uilyam Robert Grouv o‘zining e’lon qilingan ilmiy xabarida suyuqlikka botirilgan, biri kislorod, ikkinchisi vodorod bilan ta’minlangan ikki platina elektrod orasiga ulangan galvanometr strelkasining «doimiy og‘ishi» kuzatilgan tajribani tasvirlab berdi. Keyinchalik olim elektroliz jarayoni qaytar ekanini, ya’ni vodorod va kislorod yonmasdan suv molekulalariga birikib, issiqlik va elektr energiyasini ajratishini aniqladi. U bu reaksiyani amalga oshirgan qurilmasini «gaz batareyasi» deb atadi. Bu tarixdagi birinchi yoqilg‘i elementi edi.
1937-yilda professor F. Bekon o‘z yoqilg‘i elementi ustida ish boshladi. 1950-yillarning oxiriga kelib u 40 ta yoqilg‘i elementidan iborat batareya yaratdi. Uning quvvati 5 кВт. Bunday batareyadan payvandlash apparati yoki yuk ko‘targichni energiya bilan ta’minlash uchun foydalanish mumkin edi. Batareya taxminan 200 °С va undan yuqori haroratlarda, shuningdek, bosimi 20—40 bar. Batareya juda katta va og‘ir edi.
SSSR va Rossiyadagi tadqiqotlar tarixi
Rus elektrotexnigi P. N. Yablochkov mexanik qutblanishli elektr elementi (yoqilg‘i elementi) uchun N. 187139 patentini 1887-yilda, o‘sha paytda Fransiyada yashab turganida oldi.
Sobiq SSSRda yoqilg‘i elementlari haqidagi dastlabki maqolalar 1941-yilda paydo bo‘ldi. Ularni yaratishda sovet olimlaridan O. K. Davtyan muhim rol o‘ynadi.
SSSRda ilk tizimli tadqiqotlar XX asrning 60-yillarida boshlandi. «Energiya» raketa-kosmik korporatsiyasi (1966-yildan boshlab) fosfat kislotali (PAFC) yoqilg‘i elementlarini ishlab chiqdi. Ular Sovet Ittifoqining Oy dasturi uchun mo‘ljallangan edi. 1987-yildan 2005-yilgacha «Energiya» taxminan 100 ta yoqilg‘i elementini ishlab chiqardi. Ularning umumiy ishlash vaqti qariyb 80 ming soatni tashkil etdi.
«Buran» dasturi (1980-yillar) doirasida parvoz sharoiti va talablariga mos ishqoriy (AFC) elementlar ishlab chiqildi. «Buran»ga 10 kilovattli yoqilg‘i elementlari o‘rnatildi.
70—80-yillarda «Kvant» ilmiy-ishlab chiqarish birlashmasi Riga avtobus zavodi («RAF») bilan birgalikda avtobuslar uchun ishqoriy yoqilg‘i elementlarini ishlab chiqdi. Shunday yoqilg‘i elementli avtobusning tajriba namunasi (Kvant-RAF) 1982-yilda tayyorlandi.
1989-yilda «Yuqori haroratli elektrokimyo instituti» (Yekaterinburg) dastlabki qattiq oksidli SOFC qurilmasini ishlab chiqardi[nima?] uning quvvati 1 кВт.
1999-yilda AvtoVAZ yoqilg‘i elementlari bo‘yicha ish boshladi. 2003-yilga kelib VAZ-2131 avtomobili asosida bir nechta tajriba nusxasi yaratildi. Yoqilg‘i elementlari batareyalari mashinaning motor bo‘limiga, siqilgan vodorod baklari esa yukxonasiga joylashtirildi. Ya’ni kuch qurilmasi va yoqilg‘i ballonlarini joylashtirishning an’anaviy sxemasidan foydalanildi. Vodorodli avtomobil loyihalariga texnika fanlari nomzodi G. K. Mirzoyev rahbarlik qildi.
10-noyabr 2003-yilda Rossiya Fanlar akademiyasi va «Norilsk nikel» kompaniyasi o‘rtasida vodorod energetikasi hamda yoqilg‘i elementlari sohasidagi hamkorlik bo‘yicha bosh kelishuv imzolandi. Natijada 4-may 2005-yilda «Yangi energetika loyihalari» milliy innovatsiya kompaniyasi (NIK NEP) tashkil etildi. U 2006-yilda qattiq polimer elektrolitli yoqilg‘i elementlari asosida zaxira energetika qurilmasini yaratdi. Qurilmaning quvvati — 1 кВт. Biroq «MFD-InfoTsentr» axborot agentligi xabariga ko‘ra, «Norilsk nikel» tog‘-metallurgiya kompaniyasi 2009-yil boshida e’lon qilingan, asosiy faoliyatiga kirmaydigan va zarar keltirayotgan aktivlardan voz kechish qarori doirasida «Yangi energetika loyihalari» kompaniyasini tugatmoqda.
2008-yilda «InEnerdji» kompaniyasiga asos solindi. U elektrokimyoviy texnologiyalar va elektr ta’minoti tizimlari sohasida ilmiy-tadqiqot hamda tajriba-konstruktorlik ishlari bilan shug‘ullanadi. Rossiya Fanlar akademiyasining yetakchi institutlari (IPXF, IFTT va IXTTM) bilan hamkorlikdagi tadqiqotlar natijasida yuqori samaradorlik ko‘rsatgan bir qator sinov loyihalari amalga oshirildi. «MTS» kompaniyasi uchun vodorod-havo yoqilg‘i elementlari asosidagi modulli zaxira elektr ta’minoti tizimi yaratildi. U yoqilg‘i elementlari, boshqaruv tizimi, elektr energiyasi to‘plagichi va o‘zgartirgichdan iborat. Tizimning quvvati — 10 кВт.
Vodorod-havo energetika tizimlari bir qancha afzalliklarga ega: jumladan, tashqi muhit haroratining keng oralig‘ida ishlash imkoniyati (−40...+60 °C), yuqori FIK (eng ko‘pi 60 %), shovqin va tebranishning yo‘qligi, tez ishga tushishi, ixchamligi va ekologik tozaligi (faqat suv hosil bo‘lishi).
Yoqilg‘i elementlarining turlari
Yoqilg‘i elementlarining ko‘plab turlari mavjud. Qattiq kislotali (ingl. Solid acid fuel cells, qisqacha ingl. SAFC, rus. TKT), proton almashinuvchi membranali[ingl.] , qattiq oksidli (qisqacha ingl. SOFC) va boshqalar.
| Yoqilg‘i elementi turi | Anoddagi reaksiya | Elektrolit | Katoddagi reaksiya | Harorat, °C |
|---|---|---|---|---|
| Ishqoriy YE | 2 H2 + 4 OH− → 4 H2O + 4 e− | KOH eritmasi | O 2 + 2 H2O + 4 e− → 4 OH− | 60-140 °С |
| Proton almashinuvchi membranali YE | 2 H2 → 4 H+ + 4 e− | Proton almashinuvchi membrana | O2 + 4 H+ + 4 e− → 2 H2O | 80 |
| Metanolli YE | 2 CH3OH + 2 H2O → 2 CO2 + 12 H+ + 12 e− | Proton almashinuvchi membrana | 3 O2 + 12 H+ + 12 e− → 6 H2O | 60 |
| Ortofosfat kislota asosidagi YE | 2 H2 → 4 H+ + 4 e− | Fosfat kislota eritmasi | O2 + 4 H+ + 4 e− → 2 H2O | 200 |
| Suyuqlantirilgan karbonat asosidagi YE | 2 H2 + 2 CO32− → 2 H2O + 2 CO2 + 4 e− | Suyuqlantirilgan karbonat | O2 + 2 CO2 + 4 e− → 2 CO32− | 650 |
| Qattiq oksidli YE | 2 H2 + 2 O2− → 2 H2O + 4 e− | Oksidlar aralashmasi | O2 + 4 e− → 2 O2− | 1000 |
Havo-alyuminiy elektrokimyoviy generatori
Havo-alyuminiy elektrokimyoviy generatori elektr energiyasini hosil qilish uchun oksidlanish jarayonidan foydalanadi. Bunda alyuminiy kislorod bilan havoda reaksiyaga kirishadi. Tok hosil qiluvchi reaksiyani quyidagicha ifodalash mumkin:
![{\displaystyle {4\,\mathrm {Al} {}+{}3\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}6\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}4\,\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{,}{\mkern {3mu}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4857f343269b2eeaa8d31a9fbd29fcecce4d1f6e)
korroziya reaksiyasini esa quyidagicha:
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Al} {}+{}6\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fd9e36ed9717efb2dc337e3e3478b3e472037522)
Havo-alyuminiy elektrokimyoviy generatorining muhim afzalliklari — yuqori (hatto 50 %) foydali ish koeffitsiyenti, zararli chiqindilarning yo‘qligi va texnik xizmat ko‘rsatishning oddiyligidir.
Afzalliklar va kamchiliklar
Vodorodli yoqilg‘i elementlarining afzalliklari
Vodorodli yoqilg‘i elementlari bir qator muhim afzalliklarga ega:
- Yuqori foydali ish koeffitsiyenti
- Yoqilg‘i elementlarining FIKiga issiqlik mashinalaridagi kabi fundamental nazariy cheklov qo‘yilmaydi (bunday mashinalar uchun Karno siklining FIKi ayni eng past va eng yuqori haroratlarda ishlovchi barcha issiqlik mashinalari erisha oladigan maksimal qiymatdir).
- Yuqori samaradorlik yoqilg‘i energiyasini bevosita elektr energiyasiga aylantirish orqali ta’minlanadi. Oddiy generator qurilmalarida yoqilg‘i avval yoqiladi; qizigan suv bug‘i yoki gaz turbina yoxud ichki yonuv dvigatelining valini aylantiradi, ular esa o‘z navbatida elektr generatorini harakatga keltiradi. Natijada FIKning eng yuqori qiymati 53 %, amalda esa ko‘pincha uning darajasi taxminan 35—38 %. Bundan tashqari, jarayonning ko‘p bosqichliligi va issiqlik mashinalarining maksimal FIKiga qo‘yilgan termodinamik cheklovlar tufayli bu ko‘rsatkichni sezilarli oshirish qiyin. Hozirgi yoqilg‘i elementlarining FIKi 60—80 %.
- FIK yuklanish koeffitsiyentiga deyarli bog‘liq emas.
- Ekologik tozalik
Havoga faqat suv bug‘i chiqariladi va u atrof-muhitga zarar yetkazmaydi. Bu «karbonat angidrid chiqindilari nolga teng» konsepsiyasiga mos keladi, shuningdek, reaksiya mahsulotlarida uglerod monooksidi, oltingugurt dioksidi va boshqa zararli gazlar avvaldan mavjud bo‘lmasligini anglatadi.
Kamchiliklardan biri — vodorodning havodan yengil bo‘lgani uchun ballondan ham, yoqilg‘i elementidan ham sizib chiqishi, atmosferaning yuqori qatlamlariga ko‘tarilishi, geliy bilan birga Yerning o‘ziga xos «toji»ni hosil qilishi va bir necha yil ichida Yer atmosferasini butunlay tark etishidir. Vodorod texnologiyalari keng qo‘llanib, vodorod suv elektrolizi orqali olinsa, bu jarayon butun dunyo miqyosida suv yo‘qotilishiga olib kelishi mumkin.
- Ixcham o‘lchamlar
Yoqilg‘i elementlari an’anaviy elektr ta’minoti manbalariga qaraganda yengilroq va kichikroq bo‘ladi. Ular kamroq shovqin chiqaradi, kamroq qiziydi va yoqilg‘idan foydalanish samaradorligi yuqoriroq. Bu ayniqsa harbiy sohada muhim. Yoqilg‘i elementlaridan foydalanish logistika xarajatlarini kamaytiradi, uskunalarning vaznini pasaytiradi va qurilmalarning ishlash muddatini uzaytiradi.
Vodorod-havo tizimlariga egalik qilishning umumiy qiymati oddiy elektrokimyoviy batareyalarnikidan ancha past. Bundan tashqari, ular juda yuqori nosozliklarga bardoshlilikka ega: harakatlanuvchi mexanik qismlar yo‘q, texnik xizmat talab qilinmaydi, xizmat muddati 15 yilgacha yetadi. Bu an’anaviy elektrokimyoviy batareyalarnikidan besh baravargacha uzoqdir.
Yoqilg‘i elementlarining muammolari
Transportda yoqilg‘i elementlarini joriy etishga vodorod infratuzilmasining yetishmasligi to‘sqinlik qiladi.
Yoqilg‘i elementlarining aksariyati ishlaganda ma’lum miqdorda issiqlik ajratadi. Bu issiqlikdan foydalanish uchun murakkab texnik qurilmalar (bug‘ turbinalari va boshqalar) yaratish, yoqilg‘i va oksidlovchi oqimlarini tashkil etish, olinayotgan quvvatni boshqarish tizimlarini yaratish, membranalarning uzoq ishlashini ta’minlash, katalizatorlarning yoqilg‘i oksidlanishining ayrim qo‘shimcha mahsulotlaridan zaharlanishini oldini olish va boshqa vazifalarni hal etishni talab qiladi. Shu bilan birga, jarayonning yuqori harorati issiqlik energiyasini ham olish imkonini beradi va bu energetika qurilmasining FIKini sezilarli oshiradi.
Yoqilg‘i elementlarida kimyoviy reaksiyalar sekin kechgani sababli, ular inersiyaga ega. Shu bois keskin ortadigan yoki impulsli yuklamalarda ishlash uchun ma’lum quvvat zaxirasi yoxud boshqa texnik yechimlar (superkondensatorlar, akkumulyator batareyalari) talab qilinadi.
Bundan tashqari, vodorodni olish va saqlash muammosi ham mavjud. Birinchidan, u katalizatorning tez zaharlanishiga yo‘l qo‘ymaslik uchun yetarlicha toza bo‘lishi kerak. Ikkinchidan, yakuniy iste’molchi uchun iqtisodiy jihatdan foydali bo‘ladigan darajada arzon bo‘lishi zarur.
Oddiy kimyoviy elementlar orasida vodorod va uglerod bir-biriga qarama-qarshi xossalarga ega. Vodorod barcha kimyoviy elementlar ichida eng yuqori solishtirma yonish issiqligi va yuqori kimyoviy faollikka ega, ammo zichligi juda past. Uglerod qattiq elementlar orasida eng yuqori solishtirma yonish issiqligi va yetarlicha yuqori zichlikka ega, biroq faollanish energiyasi tufayli kimyoviy faolligi past. Uglevodlar (shakar), ularning hosilalari (etanol) yoki uglevodorodlar (suyuq, qattiq va gazsimon) ma’qulroq hisoblanadi. Ajralib chiqadigan karbonat angidrid sayyoraning umumiy gaz almashinuvi siklida qatnashishi va ruxsat etilgan eng yuqori konsentratsiyadan oshmasligi kerak.
Vodorodni ishlab chiqarishning ko‘plab usullari bor, ammo hozirda dunyo bo‘yicha ishlab chiqariladigan vodorodning taxminan 50 % qismi tabiiy gazdan olinadi. Qolgan usullar hozircha juda qimmat. Biroq qayta tiklanuvchi manbalardan olinadigan energiyaning tannarxi muntazam pasayib bormoqda (qarang: Shamol energetikasi, Vodorod ishlab chiqarish). Masalan, elektr energiyasining o‘rtacha narxi AQSHda 2007-yilda $0,09 gacha ko‘tarilgan (har bir kVt·soatuchun), shamoldan olingan elektr energiyasining tannarxi esa $0,04—$0,07 ni tashkil etadi (qarang: Shamol energetikasi yoki AWEA). Yaponiyada esa bir kilovatt-soat elektr energiyasi taxminan 0,2 dollar turadi. Ayrim istiqbolli hududlarning geografik uzoqligini inobatga olsak (masalan, quyosh fotoelektr stansiyalarida ishlab chiqarilgan elektrni Afrikadan to‘g‘ridan-to‘g‘ri simlar orqali uzatish, bu hududning ulkan energetik salohiyatiga qaramay, aniq istiqbolsiz), vodorodni «kimyoviy akkumulyator» sifatida ishlatish ham iqtisodiy jihatdan foydali bo‘lishi mumkin. 2010-yildagi ma’lumotlarga ko‘ra, vodorod yoqilg‘i elementi ishlab chiqaradigan energiya issiqlik va atom elektr stansiyalari energiyasi bilan raqobatlasha olishi uchun uning qiymati sakkiz baravar kamayishi kerak edi.
Tabiiy gazdan olingan vodorod tarkibida is gazi (CO) va vodorod sulfidi bo‘lishi mumkin. Ular katalizatorni zaharlaydi. Shu bois bunday ta’sirni kamaytirish uchun yoqilg‘i elementi haroratini oshirish lozim. Harorat 160 °C bo‘lgandayoq yoqilg‘i tarkibida 1 % CO bo‘lishiga yo‘l qo‘yilishi mumkin.
Platina katalizatorli yoqilg‘i elementlarining kamchiliklari qatoriga platinaning yuqori narxi, vodorodni aralashmalardan tozalashning murakkabligi va buning oqibatida gazning qimmatligi, shuningdek, aralashmalar katalizatorni zaharlashi sababli element xizmat muddatining cheklanganligi kiradi. Bundan tashqari, katalizator uchun ishlatiladigan platina qayta tiklanmaydigan resurs bo‘lib, mavjud zaxiralari elementlarni 15—20 yil ishlab chiqarishga yetadi.
Platina katalizatorlariga muqobil sifatida fermentlardan foydalanish imkoniyati o‘rganilmoqda. Fermentlar — qayta tiklanuvchi, arzon materiallar bo‘lib, arzon yoqilg‘i tarkibidagi asosiy aralashmalardan zaharlanmaydi. Ularning o‘ziga xos afzalliklari mavjud. Fermentlarning CO va vodorod sulfidiga sezgir emasligi vodorodni biologik manbalardan, masalan, organik chiqindilarni konversiya qilish orqali olish imkonini yaratdi.
Bundan tashqari, vodorod nihoyatda yonuvchan va portlash xavfi yuqori bo‘lgan gazdir. U qattiq sovuqda ham havo bilan aralashganda o‘z-o‘zidan alangalanishi mumkin.
Yoqilg‘i elementlaridan foydalanish
Dastlab yoqilg‘i elementlari faqat kosmik sanoatda qo‘llanilgan. Hozir esa ularning qo‘llanish sohasi uzluksiz kengaymoqda. Ulardan statsionar elektr stansiyalarida, binolarni mustaqil issiqlik va elektr bilan ta’minlash manbai sifatida, transport vositalarining dvigatellarida hamda noutbuklar va mobil telefonlar uchun quvvat manbai sifatida foydalaniladi. Bu qurilmalarning ayrimlari hozircha laboratoriyalardan tashqariga chiqmagan, boshqalari esa savdoda mavjud va anchadan beri qo‘llanib kelmoqda.
Yoqilg‘i elementlariga asoslangan katta quvvatli energetika qurilmalari keng ishlatiladi. Bunday qurilmalar asosan suyuqlantirilgan karbonatlar, fosfat kislota va qattiq oksidlar asosidagi elementlarda ishlaydi. Odatda ular nafaqat elektr energiyasi, balki issiqlik ishlab chiqarish uchun ham qo‘llaniladi.
Yuqori haroratli yoqilg‘i elementlarini gaz turbinalari bilan birlashtiruvchi gibrid qurilmalarni yaratish ustida jadal ish olib borilmoqda. Bunday qurilmalarning FIKi 74,6 % gacha yetishi mumkin, agar gaz turbinalari takomillashtirilsa.
Yoqilg‘i elementlari asosidagi kichik quvvatli qurilmalar ham faol ishlab chiqarilmoqda.
| Qo‘llanish sohasi | Quvvat | Foydalanish misollari |
|---|---|---|
| Statsionar qurilmalar | 5—250 kVt va undan yuqori | Turar joy, jamoat va sanoat binolarini mustaqil issiqlik hamda elektr energiyasi bilan ta’minlash manbalari, uzluksiz quvvat manbalari, zaxira va favqulodda elektr ta’minoti manbalari |
| Ko‘chma qurilmalar | 1—50 kVt | Yo‘l belgilari, avtomobil va temiryo‘l refrijeratorlari, nogironlik aravachalari, golf mashinalari, kosmik kemalar va sun’iy yo‘ldoshlar |
| Transport | 25—150 kVt | Avtomobillar va boshqa transport vositalari, harbiy kemalar va suvosti kemalari |
| Portativ qurilmalar | 1—500 Vt | Mobil telefonlar, noutbuklar, cho‘ntak kompyuterlari, shaxsiy kompyuterlar, turli maishiy elektron qurilmalar va zamonaviy harbiy uskunalar |
2021-yil fevralida Toyota kompaniyasi turli sohalarda qo‘llash uchun modulli vodorod yoqilg‘i elementlarini taqdim etdi. Ular ikkita chiqish quvvatiga ega edi: 60 va 80 kVt.
Shuningdek, dronlar ham vodorodli yoqilg‘i elementlarida ishlaydi.
Yoqilg‘i elementlarini ishlab chiqarish va ulardan foydalanishni texnik jihatdan tartibga solish
19-avgust 2004-yilda Xalqaro elektrotexnika komissiyasi (MEK, IEC) yoqilg‘i elementlari texnologiyalariga oid dastlabki xalqaro standart — IEC 62282-2 «Yoqilg‘i elementlari texnologiyalari. 2-qism. Yoqilg‘i elementlari modullari»ni e’lon qildi. Bu IEC 62282 turkumidagi birinchi standart bo‘lib, uni «Yoqilg‘i elementlari texnologiyalari» texnik qo‘mitasi (TC/IEC 105) ishlab chiqadi. TC/IEC 105 tarkibida dunyoning 17 davlatidan doimiy vakillar hamda 15 davlatdan kuzatuvchilar bor.
TC/IEC 105 yoqilg‘i elementlari asosidagi energetika qurilmalarini standartlashtirishga doir keng ko‘lamli masalalarni qamrab oluvchi 14 ta xalqaro IEC 62282 turkumidagi standartni ishlab chiqib, e’lon qilgan. Rossiya Federatsiyasining Texnik tartibga solish va metrologiya federal agentligi («Rosstandart») TC/IEC 105 texnik qo‘mitasining kuzatuvchi maqomidagi jamoaviy a’zosidir. Rossiya tomonidan IEC bilan muvofiqlashtirish ishlarini RosMEK kotibiyati (Rosstandart) amalga oshiradi. IEC standartlarini milliy miqyosda joriy etish esa TK 029 «Vodorod texnologiyalari» standartlashtirish texnik qo‘mitasi, Vodorod energetikasi milliy assotsiatsiyasi (NAVE) va «KVT» MChJ tomonidan bajariladi.
Rosstandart quyidagi IEC xalqaro standartlariga aynan mos keladigan milliy va davlatlararo standartlarni qabul qilgan:
- GOST R 56188.1-2014/IEC/TS 62282-1:2010 «Yoqilg‘i elementlari texnologiyalari. 1-qism. Atamalar»;
- GOST R MEK 62282-2-2014 «Yoqilg‘i elementlari texnologiyalari. 2-qism. Yoqilg‘i elementlari modullari»;
- GOST R MEK 62282-3-100-2014 «Yoqilg‘i elementlari texnologiyalari. 3-100-qism. Yoqilg‘i elementlariga asoslangan statsionar energetika qurilmalari. Xavfsizlik»;
- GOST R MEK 62282-3-200-2014 «Yoqilg‘i elementlari texnologiyalari. 3-200-qism. Yoqilg‘i elementlariga asoslangan statsionar energetika qurilmalari. Ish ko‘rsatkichlarini aniqlash uchun sinov usullari»;
- GOST IEC 62282-3-201-2016 «Yoqilg‘i elementlari texnologiyalari. 3-201-qism. Yoqilg‘i elementlariga asoslangan statsionar energetika qurilmalari. Kichik quvvatli tizimlarning ish ko‘rsatkichlarini aniqlash uchun sinov usullari»;
- GOST IEC 62282-3-300-2016 «Yoqilg‘i elementlari texnologiyalari. 3-300-qism. Yoqilg‘i elementlariga asoslangan statsionar energetika qurilmalari. O‘rnatish»;
- GOST IEC 62282-5-1-2016 «Yoqilg‘i elementlari texnologiyalari. 5-1-qism. Yoqilg‘i elementlariga asoslangan ko‘chma energetika qurilmalari. Xavfsizlik»
- GOST IEC 62282-7-1-2016 «Yoqilg‘i elementlari texnologiyalari. 7-1-qism. Polimer elektrolitli yoqilg‘i elementlari uchun yakka elementlarni sinash usullari».
Adabiyotlar
- Kvasnikov L. A., Tazetdinov R. G. Regenerativ yoqilg‘i elementlari. — Adadi 1600 nusxa. — M., Atomizdat, 1978-yil. — 168 bet.
- Anisimov V. M. Yoqilg‘i elementlari va ulardan temiryo‘l transportida foydalanish istiqbollari. — Moskva, Transport, 1971-yil. — 72 bet.
- Yoqilg‘i elementlari. — Ingliz tilidan tarjima. — M., Xorijiy adabiyot, 1963-yil. — 216 bet.
- Yoqilg‘i elementlari. Nazariyaning ayrim masalalari. — Nauka, 140 bet; 1964-yil.
Havolalar
- fuelcells.org
- fuelcelltoday.com
- Ramenskiy A. Yu., Grigoryev S. A. Yoqilg‘i elementlari texnologiyalari: texnik tartibga solish masalalari, ISJAEE № 19-20 (207—208), 2016-yil
- hydrogenandfuelcells // AQSH Energetika vazirligi
- Kirillov, Nikolay. Germaniya Rossiyaga suvosti kemalarini taklif qildi... NVO NG (29-yanvar 2010-yil). Murojaat sanasi: 29-yanvar 2010-yil. Arxivlangan 1-fevral 2010-yilda. — elektrokimyoviy generatorlarni Stirling dvigatellari bilan solishtirish
- Yoqilg‘i elementi qanday ishlaydi, rus tilida
