Brandstofcellen, voordelen, nadelen en optimalisatie

[Mr V²]

Op een van de Rio chiptuning topics heb ik een discussie omgebogen naar brandstofcellen (excuses naar de OP voor het kapen van zijn topic) dus dan hier maar de discussie voortzetten.

De huidige discussie gaat vooral over de efficiency en de (on)mogelijkheden van het combineren van brandstofcellen met een standaard verbrandingsmotor.

De basis voor een brandstofcel is een component dat uit twee geleideplaten bestaat die op een korte afstand van elkaar gepositioneerd worden. Op de ene plaat wordt een positieve spanning gezet en aan de andere kant wordt de negatieve pool aangesloten. Om het water geleidend te maken wordt een component toegevoegd die men electrolyt noemt, voor dat electrolyt kun je verschillende stoffen gebruiken die het water geleidend maken: Veel gebruikt is Kaliumhydroxide, maar omdat daar chloorgas bij vrijkomt is dat erg belastend voor het milieu en voor jezelf, dus veel hobbyisten kiezen voor het schonere en ongevaarlijke natriumwaterstofcarbonaat. Op de details van deze stoffen ga ik verder niet op in, daar hebben we het prachtige wikipedia voor .

De electriciteit die de brandstofcel voedt, verplaatst zich via het water van de positieve plaat naar de negatieve plaat. Tijdens die verplaatsing wordt het waterstof van het zuurtstof gescheiden omdat het waterstof naar de positieve plaat wordt getrokken en de zuurstof bij de negatieve plaat wordt weggetrokken. Die waterstof doet een paar belangrijke dingen, behalve dat het brandbaar is, schijnt het in je brandstofmotor ook de moleculaire structuur van de benzine extra te verkleinen waardoor de verbranding optimaler wordt en er een grotere kracht vrijkomt bij de ontbranding. Daardoor hoeft er minder brandstof te worden toegevoerd in de cylinderkamers en daardoor zou je dus meer brandstof sparen maar tegelijkertijd meer vermogen kweken, ook blijft de motor koeler door de waterstof waardoor de brandstof verbranding optimaal blijft. Daarnaast wordt er ook minder Co2 per km uitgestoten wat weer gunstig is voor het milieu. Meer informatie voor wat betreft waterstof: http://www.waterstofvereniging.nl

Ook Kia is bezig met het ontwikkelen van een brandstofcel aangedreven Mohave en ik heb ook begrepen dat de

ook als een BC hybride wordt ontwikkeld bij Kia alhoewel niet duidelijk is of de motor daarvan met brandstofcellen wordt gecombineerd, maar niettemin blijkbaar zien de autoontwikkelaars toch onder andere ook toekomst in de brandstofcel.

Zoals gezegd zijn er veel voor- en tegenstanders van de brandstofcel omdat het gegeven van waterstof is dat het geen energieopwekker is maar een energiedrager en er vooral veel energie in moet en er weinig energie uit komt.

Goed als je ergens veel energie in moet stoppen, dan heb je er inderdaad weinig aan als je er niet veel voor terug krijgt. Bovendien zou het vrijkomen van waterstof in de atmosfeer de ozonlaag aantasten, maar die wetenschap schijnt nog niet officieel te zijn vastgesteld.

Toch zie je op Youtube opvallend veel hobbyisten prutsen met brandstofcellen en laten zien dat je met een waterstof en brandstofmengsel meer kilometers op diezelfde tank kan maken. De brandstofcel wordt door de accu gevoed en afhankelijk van de constructie vraagt hij tussen de tien en vijftien ampere per zoveel vierkante cm aan oppervlak die je aan plaatmateriaal in de cel hebt verwerkt. (Per cel als je het hebt over een "droge" cel).

Daarmee kun je tussen de één en twee en en halve liter waterstof per minuut mee genereren.

Maar nu komt wel het grijze gebied met de vele vraagtekens (daar bleef ik in de andere topic erg vaag over maar het zijn wel dingen die mij eveneens opvielen):

Wat ik bij veel hobbyisten zie is dat ze een aparte accu in de auto drukken, om die cel te kunnen voeden en om de accu van de auto zelf niet te overbelasten (als je twee cellen hebt zit je gauw op de 30 ampere wat een dikke 360 watt vermogen betekent voor een standaard 12V accu en dat gaat jouw dynamo vast niet bijhouden), dus dat betekent dat die extra accu('s) waarschijnlijk thuis in de garage of in de schuur wordt bijgeladen. Ook dat kost geld, welliswaar minder dan die tien liter benzine die je voor die extra 200 kilometer nodig zou hebben (er vanuitgaande dat je dan ook 1:21 of meer dan wat jouw huidige motor verbruikt, gaat rijden met die brandstofcel).

Hoeveel besparing levert dat dan in de werkelijkheid op? Want voor je stroomopwekking betaal je ook per Kwh, dus hoeveel Kwh kost het om een accu volledig bij te laden voor die paar honderd kilometer extra brandstof?

dus dat bedrag moet je dan nog even aftrekken van wat je denkt dat het jou in werkelijkheid oplevert. Vergeet niet dat jouw Kwh's (Ondanks dat jouw energieleverancier jouw wijsmaakt dat je groene stroom verbruikt, daar zit gewoon steenkoolstroom uit Polen en de Oekraine tussen hoor!) ook de nodige Co2's veroorzaakt bij de productie, maar hoeveel Co2 is dat per Kwh?

Dan heb je nog zoals eerder genoemd een electrolyt nodig om het gewone water geleidend te maken, deze stoffen moet je toch een aantal malen in je waterreservoir bijvullen.

Afhankelijk van het plaatmateriaal wat je kiest, kunnen je cellen ook stuk gaan, ze moeten in ieder geval wel een keer worden gereinigd, maar het electrolyseproces kan het plaatmateriaal wegvreten als het slecht materiaal is gemaakt.

Dat een brandstofcel je meer kilometers geeft op een volle tank (en afhankelijk van je rijgedrag kun je dat mileage nog verhogen), dat is min of meer nu wel aannemelijk maar hoeveel voordeel levert het daadwerkelijk op als je alle kosten bij elkaar optelt? Besparen we werkelijk op de brandstof, of zijn we hiermee alleen maar bezig met een vorm van belastingontduiking omdat we voornamelijk de gevolgen van de accijnzen minder willen voelen? (75% van de brandstofkosten zijn accijnzen)

Vergeet ook niet dat het daadwerkelijk produceren van waterstof meer energie kost dan het oplevert, daar zijn de meeste ook wel over uit... Maar voor het opwekken van die benodigde energie bestaan wel schone alternatieven

Juist omdat de groene energieopwekking steeds beter wordt doorontwikkeld, maakt het brandstofcellen ook steeds interessanter. Immers is een bijkomend voordeel dat waterstof, ook de energie jarenlang kan opslaan zonder dat het een volt verliest en electronica kan er langer mee worden gevoed dan Lithium batterijen voor elkaar kunnen krijgen, dus ook in de electronica-wereld is een brandstofcel erg interessant.

Je kan op het internet legio aanbieders vinden die HHO kitjes aanbieden voor verschillende motor-uitvoeringen en die kunnen jou brandstofbesparingen opleveren van 10 tot 35% of als je een hele oude brik hebt die veel zuipt, dan zou je er 75% op kunnen besparen (maar dan ga je van een 1:4 verhouding naar 1:20 en dat klinkt op die manier een stuk minder spannend als je al in een auto rijdt die met normale brandstof deze marge al haalt)

Afhankelijk van de kit moet je vaak nog extra electronica aanschaffen om ook het motormanagement van je auto voor de gek te houden (door de sensoren van valse informatie te voorzien zodat de brandstof inspuiting verlaagt), daarnaast waarschijnlijk ook een of twee extra accu's nodig en een lader en meest waarschijnlijk een PWM per cel die voorkomt dat de cellen je accu stuktrekken omdat ze meer vermogen vragen dan de accu kan leveren, schakelautomaten om de boel plat te gooien bij kortsluiting, etc. dus waarschijnlijk ben je toch voor een kleine 750 euro zoet.

Je kan ook afwachten tot de autofabrikant zelf met een eigen oplossing komt, maar dan mag je waarschijnlijk minimaal het tienvoudige uit je portemonnee gaan trekken. Standaard hybride voertuigen zijn vaak 25% duurder dan zijn standaard fossiel aangestuurde broertje. Dan klinkt 750 euro toch iets aantrekkelijker en dat heb je er ook in veel minder tankbeurten weer uit.

Maar goed ik start dit topic niet alleen om voor en nadelen tegenover elkaar te zetten, maar ook om mogelijkheden voor optimalisatie onder de loep te nemen.

Met name het vermogen wat je in die cellen moet drukken is hoog, hoe kun je dat vermogen naar beneden krijgen zonder daar aan efficientie te verliezen?

[Presiozo]

het is helaas wel gelijk stil gevallen in dit nieuwe topic...vond de discussie wel boeiend.

[bigwade]

het is helaas wel gelijk stil gevallen in dit nieuwe topic...vond de discussie wel boeiend.

it is...

De resultaten zijn nog niet "je dat" bij de testers/hobbieisten

Gaat dat serieus wat worden dan loopt het storm...

In de gaten houden dus.

[bigmac]

Mijn dochter is vandaag afgestudeerd op een studie naar het maken van H2 uit water via zonlicht.

 

She examined splitting water in H2 and O2 gas using (solar) light using CU2O nanowires and what solvents are able to keep the nanowires stable and disperse inside an aqueous solution. The effect or influence of the type of electrolyte on the efficiency of the nanowires was also examined.

[bigwade]

Trots natuurlijk

[Smart]

Gefeliciteerd met je dochter!

[Specialmade]

@Bigmac,

 

  Gefeliciteerd met je dochter!    :clap:

da's zeker een goede reden voor een feestje.    
 

Grtz.

Specialmade

[bigmac]

ja, daar ben ik zeker trots op; en ook een interessant en actueel onderwerp (ik moet het verslag nog maar eens een paar keer lezen, dan begrijp ik er wel meer van )

[Tuurke]

Brandstofcellen zijn een methode om bijvoorbeeld (gasvormig) waterstof met zuurstof te laten reageren waarbij in dit geval de energie in de vorm van electriciteit vrijkomt en niet zozeer in de vorm van warmte zoals bij een "normale" verbranding.

Benzinemotoren met versnellingsbak hebben een rendement van ongeveer 25% aan de wielen (kinetische energie), er gaat dus 75% van de energie uit de benzine verloren in warmte (thermische energie). Daar valt helaas niet vreselijk veel aan te verbeteren.

Electromotoren hebben tegenwoordig een rendement van > 96%, da's heel andere koek! Dus de combinatie waterstof+ brandstofcel+ electromotor is véél efficiënter dan een benzinemotor. Ze hebben vaak ook geen versnellingsbak nodig en kunnen b.v. direct in het wiel worden ingebouwd.

Helaas is de fabricage van waterstof nog niet bijster efficiënt, er is kolossaal veel stroom voor nodig en er gaat veel energie bij verloren. En als die stroom uit kolen of aardgas wordt opgewekt is het totale rendement weer zo laag dat je eigenlijk net zo goed de benzinemotor voor aardgas kunt ombouwen...

Brandstofcellen worden dus helaas pas interessant als we heel veel stroom milieuvriendelijk kunnen opwekken, want pas dan kunnen we op grote schaal waterstof maken.