Már nem kell sok idő, hogy a hidrogénüzemű üzemanyagcellák a hétköznapjaink részévé váljanak. Ez annak is köszönhető, hogy a Bosch évtizedek óta végez kutatásokat a hidrogén előállítására, tárolására és hasznosítására vonatkozóan. Hogy mióta is fejlesztenek üzemanyagcellákat és hogyan kapcsolódik ehhez a holdra szállás, kiderül a következő pár percben.
Régi, visszatérő téma
Wilhelm Ostwald, a lipcsei egyetem fizikai kémia tanszékének tanára már 1894-ben megjósolta, hogy a jövőben az elektromosságot elektrokémiai reakciójával állítják elő (nevezetesen hidrogén és oxigén reakciójával), melléktermékként víz képződésével. Az üzemanyagcellák története tehát közel 130 évre vezethető vissza. Ráadásul az első, az üzemanyagcellák működését megalapozó tudományos felfedezés még ennél is régebbi! William Robert Grove brit fizikus ugyanis már 1839-ben, a víz elektrolízises (tehát a víz hidrogénné és oxigénné való szétválasztása) bontása során felfedezte, hogy a folyamat megfordítható.
Üzemanyagcella tesztelés 1965-ben
Új energiaforrás?
A kezdeti kutatások után azonban jó néhány évtizedet kellett várni a következő tudományos áttörésre. 1964 júniusában Werner Herrmann, a Bosch elektrokémiai tápegységekkel foglalkozó laboratóriumának akkori vezetője írta meg a vállalat első közleményét az üzemanyagcellákról. Herrmann akkori kísérletei alapján úgy gondolta, hogy a hidrogén és az oxigén reagáltatása hőtermelés céljából körülbelül 30 százalékos hatékonyságú folyamat.
Később azonban a hidrogén és az oxigén atomok kémiai reakciójával, amelyet két elektrolitikus folyadékba merített elektróda között végeztek, már jóval jobb volt a hatásfok.
Holdra szállás üzemanyagcellával
Herrmann úgy vélte, az üzemanyagcellák használata energiatermelése reális lehetőség, kezdeti lépésként kisebb hatótávolságú járművek számára, majd a továbbfejlesztéseket követően a közúti közlekedésben is. Emellett hitt abban is, hogy az űrkutatásban is hasznosítható a technológia. Ez utóbbi elképzelése már megvalósult, a Pratt & Whitney sugárhajtómű-gyártó által tervezett üzemanyagcellás rendszert a holdra szálláskor, az Apollo 11 űrhajó 1969-es küldetése során elektromos áram előállítására használták.
Nem véletlen, hogy Herrmann is utánajárt a témának, és a Bosch már 1969-ben tesztelte az üzemanyagcella első laboratóriumi prototípusát. A kutatás tökéletesen illeszkedett vállalatunk stratégiájába, hiszen a technológia alacsonyabb energiafogyasztás melletti nagyobb hatékonyság elérését teszi lehetővé, ez a törekvés pedig szerves részét képezi a Bosch kutatási programjának.
Cél a tömegtermelés
1964-től kezdve az alapvető terv az volt, hogy a technológiát tömegpiaci termékké alakítsák. Ez a kihívás az üzemanyagcella-kutatás kezdeti éveinek központi témája volt – és persze még a mai napig is az.
A kutatásokat nagy erőkkel folytatták a Bosch szakemberei, nemzetközi összefogás keretében. Többek között az Egyesült Államokba is ellátogattak, hogy betekintést nyerjenek az energiaelőállítás és tárolás technológia terén elért eredményekbe. A stuttgarti kutatócsoport számára a legfontosabb kérdés az volt, hogy mely elektródák és elektrolitok a legalkalmasabbak az üzemanyagcellákhoz.
Az első Bosch üzemanyagcella 1968-ból
Az első áttörés
A Bosch 1968 márciusában mutatta be első laboratóriumi tüzelőanyag-cella prototípusát. Évekig tartó előkészítő munka után 100 watt névleges teljesítményű rendszert sikerült kifejleszteni. Összehasonlításképpen ez körülbelül 1 század része a Bosch jelenlegi SOFC-moduljának teljesítményéhez képest, amelyet áram- és hőtermelésre használnak.
A projekt akkoriban azonban nem a jelentős teljesítményleadásáról szólt, hanem a megvalósíthatóságról és a tömeggyártást lehetővé tevő követelmények megalapozásáról. Ezt a prototípust úgy tervezték, hogy energiát termeljen a metán és oxigén reakciójából, így biztosítva, hogy az eljárás megfizethető maradjon. Ennek a megoldásnak azonban voltak jelentős hátrányai. A víz mellett melléktermékként ugyanis szén-dioxid is keletkezett, valamint a felhasznált földgáz energiasűrűsége jóval kisebb volt, mint a hidrogéné.
Ígéretes jövő
Körülbelül két évvel később négy Bosch-kutató a Metalloberfläche szakkiadványban megjelent cikkben foglalta össze addigi eredményeiket. Ebben felsorolták a különféle üzemanyagtípusok és anyagok előnyeit és hátrányait, amelyek az üzemanyagcellákban végbemenő kémiai reakciók révén megvalósítható energiatermeléshez szükségesek. Amikor az üzemanyagcellás technológia pénzügyi életképességének kérdéséhez érkeztek, a négy kutató kénytelen volt arra a következtetésre jutni, hogy ez továbbra is a technológia egyik fő buktatója. Tekintettel a nyersanyagok árára, az új technológia akkoriban gazdaságilag semmiképpen sem volt versenyképes az otthonokban, az iparban vagy a közlekedésben használt hagyományos módszerekkel szemben. A ma már kiemelten fontos környezetvédelmi szempontokat ráadásul egyáltalán nem is vették figyelembe.
Az üzemanyagcellás technológia fejlődése nagyban hasonlít az akkumulátoros, teljesen elektromos járművek történetéhez. Az elektromos járműveknek fél évszázad kellett ahhoz, hogy a tudományos fejlődés lehetővé tegye a gazdasági hatékonyságot és a kereskedelmi siker lehetőségét. Az üzemanyagcellás technológia tömeggyártása és elterjedése a Bosch kutatásainak is köszönhetően azonban már nem sokat várat magára.
