Nedolgo nazaj so morala gospodinjstva za namestitev ogrevalnega sistema na gorivne celice zapraviti od 30 do 50 tisoč evrov. Novi sistemi, ki šele prihajajo na trg zdaj, pa znašajo le okoli 20 tisoč evrov in ponekod po Evropi v ta namen so nekatere vlade v raznih državah začele izvajati programe s sofinanciranjem, ki zagotavljajo tudi do 40 odstotkov upravičenih stroškov. Zaradi tega je ogrevanje gorivnih celic veliko bolj donosno. V zadnjem obdobju je na trg prišlo tudi več kombiniranih sistemov za ogrevanje, ki sedaj za ogrevanje uporabljajo veliko več električne energije, ki jih poganja gorivna celica, kot kdaj koli prej.
Toplotna industrija hrepeni po Japonski, saj tam deluje že več kot 100 tisoč ogrevalnih sistemov, katerih jedro so gorivne celice. Že letata 2015, je, bila presežena meja, z okoli tisoč napravami. Toda že leto kasneje je industrija želela proizvodnjo dvigniti. Zato je že leta 2016 na trg prišlo več novih sistemov kot kdaj koli prej. In zaradi serijske proizvodnje naj bi cene padle.
Podnebno škodljive emisije pa so se zmanjšale tudi do 50 odstotkov
Ogrevalni sistemi z gorivnimi celicami so tako ali tako tehnično in okolju zanimivi. Kot mini kombinirani toplotni in električni sistemi (CHP sistemi) dosegajo včasih več kot 90 odstotkov splošne učinkovitosti pri proizvodnji toplote in električne energije. Naprave obratujejo tako z zemeljskim plinom kot tudi z vodikom in metanom, ki jih uporabijo iz obnovljivih virov energije ali biomase.
Tako imenovani reformator zemeljski plin, ki se najprej pretvori v plin, je bogat z vodikom. Ta se v elektrokemični reakciji reagira s kisikom v zraku. Tako se ustvari vodna para, ki preostali plin žge v do ogrevalniku.
SPTE sistemi proizvajajo toploto in enosmerni tok z zelo visoko stopnjo učinkovitosti. Pretvornik to pretvori v izmenični tok, ki se lahko uporablja v hiši. Izmenjevalnik toplote omogoča odpadno toploto iz gorivne celice in do ogrevalnika, ki je na voljo za ogrevanje in pripravo tople vode. V primerjavi s trenutno tehnologijo utekočinjanja (kondenzacijo) se lahko stroški energije zmanjšajo za približno 25 odstotkov in emisije, ki škodujejo podnebju do 50 odstotkov.
Preizkus opravljen
Proizvajalec Vaillant je zdaj v projektu, ki ga je financiralo Zvezno ministrstvo za gospodarstvo in energijo (BMWI), pripravljen na serijsko proizvodnjo grelnikov, saj so že razvili tako majhno napravo s trdnimi oksidnimi gorivnimi celicami (SOFC). V okviru projekta Callux je bilo že v letih po 2008 v eno- in dvostanovanjskih hišah nameščenih in preizkušenih približno več kot 500 naprav za ogrevanje na gorivne celice.
Preizkušeni sistemi so v več kot petih milijonih delovnih urah ustvarili več kot tri milijone kWh električne energije. V tem praktičnem preizkusu je bilo mogoče dimenzijo in težo v napravah prepoloviti. Zdaj takšna naprava tehta le 150 kg. Poleg tega je bilo mogoče močno poenostaviti povezavo z obstoječimi gradbenimi storitvami in zmanjšati zahteve po vzdrževanju. Da bi bili pripravljeni na serijsko proizvodnjo, je bilo treba različne funkcije namestiti tudi v enem ohišju.
Trik z negativnim pritiskom
In te naprave so zdaj v vakuumskem ohišju, kar je ključnega pomena za varnost pri delovanju za enojne ali dvodružinske hiše. Tako se je za napravo pri izgorevanju gorivnih celic lahko videl zelo preprost in hkrati zelo dobro osnovo za varnosti. Vsi sestavni deli sistema delujejo pod negativnim tlakom, ki ga zagotavlja izpušni ventilator v povezavi z nekaterimi temperaturnimi senzorji, zato ne potrebuje dodatnih zaščitnih ukrepov ali senzorjev.
Če pozimi postane zelo hladno, lahko vključite plinski ogrevalni kotel za utekočinjanje, ki je vgrajen v kompaktno enoto. Ta naprava razbremeni omrežje ali pa se uporablja popolnoma neodvisno od omrežja, ki ravno takrat prispeva k energetskemu prehodu. Naprava je samozadostna, kopenski daljnovodi niso potrebni, in je v nasprotju z vetrnicami v kotlovnici, kjer jih nihče ne vidi.
Po statističnih podatkih so trenutno na trgu pobude za gorivne celice za devet sistemov.
Zanimiva je tudi ideja Tehnološkega inštituta Karlsruhe. Z novo tehnologijo lahko energijo pridobivamo iz ogrevanih plasti podtalnice, ki jo pozimi uporabljamo za ogrevanje in poleti za hlajenje.
S tem načinom si lahko vsaj 18 tisoč gospodinjstev v mestu Karlsruje zagotovi trajnostno toploto. Energijo iz površinskih plasti podzemne vode bi lahko na primer uporabili s pomočjo geotermalnih in podzemnih toplotnih črpalk za ogrevanje pozimi in hlajenje poleti. Če bi izkoristili ta geotermalni potencial, ne bi bilo mogoče le pokriti dela naraščajočega povpraševanja po energiji, temveč tudi zmanjšati emisije toplogrednih plinov. To pa bi upočasnilo podnebne spremembe in preprečilo nadaljnje ogrevanje podnebja.
Hladno zgorevanje zagotavlja energijo
Pri ogrevanju gorivnih celic se uporablja dobro znano načelo kombinirane toplote in električne energije, ki proizvaja toploto in elektriko. Za to se uporablja elektrokemijski postopek hladnega zgorevanja, pri katerem vodik in kisik reagirata med seboj. Vodik se pridobiva iz zemeljskega plina in nato dovaja v gorivno celico. Znotraj gorivne celice sta dve elektrodi, ki sta med seboj ločeni z delno prepustno membrano.
Ko molekule vodika zadenejo pozitivno nabito elektrodo, znano tudi kot anoda, se ločijo na negativne elektrone in pozitivne vodikove ione. Negativni elektroni migrirajo na anodo preko električnega vodnika in tok teče. Vodikovi vodi pa po polpropustni membrani difundirajo proti negativno nabiti elektrodi, znani tudi kot katoda, in se tam kombinirajo s kisikom iz zraka in tvorijo vodo. Ta zveza vodikovih ionov in kisika se imenuje hladno zgorevanje. Ta reakcija ustvarja tudi toploto, ki se lahko odvaja in uporablja za ogrevanje in pripravo tople vode.
Razvoj otežuje uporaba
Najprej je potencial teoretičen. Ravno zaradi gostega razvoja in obsežnega tesnjenja v mestih je marsikje težko izkoristiti toploto iz podzemlja. Toda raziskovalci so predstavili vsaj en način uporabe tega potenciala. Trenutno potekajo poskusi za pridobivanje toplote iz kanalizacije, ki bi jo lahko uporabljali za ogrevanje stavb. Če te pristope strnete skupaj, bi te lahko prispevali k trajnostni oskrbi s toploto v prihodnosti.
I.K.
