Palivové články se začínají uplatňovat i v letectví

Systém, který to umožňuje, se skrývá po křídly lletadla. Právě zde se vytváří elektřina pro elektronické systémy letounu a elektrický motor. Srdcem systému je sestava keramických elektrod (zkráceně MEA), kterou vyvinula divize BASF Fuel Cell (BFC). V těchto elektrodách se chemická energie vytvořená reakcí mezi kyslíkem a vodíkem přeměňuje přímo na elektřinu a teplo.

Antares DLR-H2 byl vyvinut Německým leteckým střediskem (DLR) a společností Lange Aviation s cílem otestovat potenciál palivových článků pro použití v letectví. „Společnost BASF se pilotního projektu účastní zejména proto, že chce podpořit rozvoj netradičních zdrojů energie, jejíž skutečný rozmach čekáme v blízké budoucnosti, a to zdaleka nikoli pouze v oblasti letectví,“ zdůrazňuje dr. Carsten Henschel z BFC. „V nynější době nedostatku omezených zdrojů energie mohou palivové články přispět například k zajištění plynulé dodávky energie. Vodík lze totiž získávat z široké škály zdrojů: od větru, přes solární energii až po zemní plyn nebo naftu. Tato technologie je navíc podstatně efektivnější než ostatní běžně používané a jejím jediným odpadním plynem je vodní pára.“

Velkým úkolem je nyní pro výrobce sestavit co nejmenší a nejlehčí systém na bázi palivových článků, který by mohl být využit v praxi. Klíčem k dosažení toho cíle je, aby systém měl co nejméně komponent.

Běžné systémy na palivové články fungují při teplotách maximálně 80 stupňů Celsia – proto potřebují značný počet pomocných jednotek a také velice složitý ovládací systém, který bude u letadla fungovat jak na zemi, tak ve vysokých výškách. Technologie MEA, kterou vyvinul koncern BASF, nyní otevírá konstruktérům zcela nové možnosti: tato novinka spočívá ve světově první komerčně dostupné membráně pro palivové články, jež umožňuje provozní teploty až 180 stupňů Celsia. Nové systémy jsou prodávány pod značkou Celtec. Palivové články obsahující tento materiál lze chladit vzduchem, takže není třeba vůbec používat vodu. Tím se eliminuje potřeba zvlhčovačů vzduchu, vodních pump, nádrží, ventilů a čistících systémů.

Výjimečná účinnost membrány Celtec není na první pohled zjevná: tenký obdélníček velikosti lidské dlaně vypadá jako kus zcela běžné plastové fólie. Výzkumníkům společnosti BASF se nicméně podařilo vyrobit membránu, jež jako hlavní komponentu používá tepelně-stabilní polymer polybenzimidazol. Tento plast – používá se mimo jiné i k výrobě obleků pro hasiče – propůjčuje membráně odolnost proti žáru. Vysoká provozní teplota rovněž zabraňuje tomu, aby se na platinové elektrodě (anodě) hromadily nečistoty obsažené ve vodíku.

V sestavě keramických elektrod (MEA) funguje platina jako katalyzátor spouštějící elektrochemickou reakci. Nečistoty by její funkci katalyzátoru ale blokovaly. Vzhledem k tomu, že palivové články o vysoké teplotě tolerují vyšší úroveň nečistot ve vodíku než systémy fungující o nízké teplotě, je čištění vodíku podstatně jednodušší – díky tomu je systém palivových článků ještě robustnější, jednodušší a v neposlední řadě i levnější na výrobu. „Díky materiálu Celtec potřebují nyní systémy využívající palivové články o třetinu méně komponent. Celkové náklady na výrobu se tak sníží o plných 40 procent. Právě vývoj této membrány odolné vůči vysokým teplotám konečně udělal z technologie palivových článků zajímavý komerční produkt,“ vysvětluje odborník BFC Henschel.

Aby palivový článek dokázal vyprodukovat dostatečně elektřiny pro praktické použití – jako je například pohánění motorového kluzáku Antares – je třeba seřadit několik takových článků do série, neboť jeden palivový článek dokáže vyprodukovat zhruba jen 600 až 700 milivoltů. Dánská společnost Serenergy vyvinula speciálně pro letoun Antares výrazně odlehčenou, vzduchem chlazenou soustavu, jež obsahuje stovky palivových článků vybavených technologií Celtec MEA. Každá MEA je přitom uzavřena v matici elektricky vodivých grafitových plátů. Ty spojují jednotlivé palivové články, vedou elektřinu a speciálním vedením dodávají MEA kyslík a vodík. Díky tomuto důmyslnému vynálezu mohou palivové články vynést Antares do oblak.

„Až úspěšně proběhnou všechny testovací lety prototypu Antares, chtěli bychom tento systém instalovat do Airbusu A320. Ten bude optimalizován pro použití ve velkém letounu, kde by měl v budoucnu zajišťovat efektivní výrobu elektrické energie, jež se spotřebovává na palubě,“ vysvětluje dr. Josef Kallo z DLR ve Stuttgartu. Ve velkém letounu pak bude palivový článek všestrannou součástkou: vyráběná elektřina se bude používat nejen jako zdroj energie na palubě, ale vedlejší produkty jako teplo a voda budou využívány jako „rozmrazovač“ pro křídla a teplá voda bude využívána i na toaletách. DLR má v plánu dokončit letové testy v roce 2010, potom bude palivový článek poprvé použit v letounu A320 ATRA, který vlastní DLR.