Bloom box gorivna celica

Univerza v Ljubljani Pedagoška fakulteta Bloom box gorivna celica Matic Primožič Seminarska naloga pri predmetu Didaktika tehnike s seminarjem I Mentor: dr. Janez Jamšek, doc. Ljubljana, 2010

Povzetek V seminarski nalogi bodo predstavljene gorivne celice, najprej na splošno, nato pa še tiste s trdnimi oksidi (SOFC). Nato bo predstavljen še Bloom box, ki je nov produkt podjetja Bloomenegy. Bloom box je kot majhna elektrarna na osnovi gorivnih celic s trdnimi oksidi, ki proizvaja električno energijo na mestu porabe. Seminarska naloga je namenjena učiteljem tehnike in tehnologije, uporabna pa je tudi za učitelje kemije in fizike.

Kazalo 1 Uvod... 4 2 Navezava na učni načrt... 4 3 Pregled obstoječega gradiva... 4 4 Gorivne celice... 4 4.1 Zgradba in primer delovanja gorivne celice... 5 5 Gorivne celice s trdnimi oksidi... 5 5.1 Zaželene lastnosti delov celice... 6 5.2 Delovanje gorivne celice s trdnimi oksidi... 6 5.3 Razvoj gorivnih celic s trdnimi oksidi... 7 6 Bloom box... 7 6.1 Zgradba Bloom boxa... 8 6.2 Težave pri uporabi gorivnih celic... 8 6.3 Porazdeljena proizvodnja... 9 6.4 Koristi uporabe Bloom boxa... 9 6.5 Razlike med bloomovo in ostalo tehnologijo... 9 6.6 Delovanje gorivne celice ob uporabi metana kot goriva... 9 7 Sklep... 10 8 Literatura... 11 9 Priloge... 12 9.1 Učni list... 12 9.2 Učni list z rešitvami... 13

1 Uvod Danes si ne moremo več predstavljati življenja brez električne energije. Skoraj vsi pripomočki, naprave, ki jih uporabljamo, potrebujejo za svoje delovanje elektriko. Ker smo tako odvisni od elektrike, se je tudi zelo veliko porabi. Zato je prav, da se iščejo različne poti za proizvajanje elektrike, zaželeno je, da so te poti čim bolj prijazne do okolja. Eno od takih poti, bi lahko predstavljale gorivne celice. Čeprav gorivne celice proizvajajo elektriko preko kemičnih reakcij in zato minimalno onesnažujejo okolje ali ga sploh ne, pa se njihova uporaba še ni toliko razširila. Glavni problemi pri gorivnih celicah so povezani z materiali za njihovo izdelavo in visoko ceno, ki naj ne bi presegla koristi. Strokovnjakom iz podjetja Bloomenergy naj bi uspelo te probleme rešiti. Njihov proizvod, Bloom box, ki bo v seminarski nalogi predstavljen, je generator električne energije, ki uporablja gorivne celice. Najprej si bomo na kratko ogledali gorivne celice, potem take s trdnimi oksidi, na koncu pa še Bloom box. 2 Navezava na učni načrt Vsebina seminarske naloge je uporabna pri tehniki in tehnologiji v sedmem razredu, ko učenci spoznavajo vire električne energije in v osmem razredu, ko spoznavajo obnovljive in neobnovljive vire energije ter pri motorizaciji in okolju. Bloom box, kot električni generator, lahko za proizvajanje električne energije uporablja tako obnovljive kot tudi neobnovljive vire. Glede motorizacije in okolja, gorivne celice bi lahko poganjale tudi avtomobile ter tako zamenjale veliko bolj okolju škodljive motorje z notranjim zgorevanjem [1]. 3 Pregled obstoječega gradiva Nekaj o zgodovini gorivnih celic si lahko pogledate v [2]. Malo več o delovanju in vrstah gorivnih celic si lahko preberete v [3, 4]. O Bloom boxu pa si lahko ogledate na [5]. 4 Gorivne celice Gorivna celica je elektrokemična naprava, ki s pomočjo združevanja vodika in kisika proizvaja elektriko, s stranskima produktoma vodo in toploto. V principu gorivna celica deluje kot baterija, vendar s to razliko, da se ne izprazni, in da ne potrebuje polnjenja. Dokler se ji dovaja gorivo, gorivna celica proizvaja električno energijo. Ker se pretvorba goriva v električno energijo odvija skozi kemično reakcijo, ne pa z zgorevanjem, je ta proces čist, tih in visoko učinkovit dvakrat do trikrat bolj učinkovit, kot proces zgorevanja [3]. Nobena druga tehnologija pridobivanja električne energije ne ponuja takih koristi, kot gorivne celice. Poleg nizkih ali ničelnih emisij, so prednosti gorivnih celic še visoka učinkovitost in zanesljivost, prilagodljivost glede goriva, vzdržljivost in preprosto vzdrževanje. Gorivne celice delujejo tiho, zato poleg tega, da zmanjšujejo onesnaževanje zraka, zmanjšujejo tudi zvočno onesnaževanje. Toplota, ki nastane kot stranski produkt pretvorbe, se lahko uporabi za ogrevanje vode ali stanovanja [3]. V obliki toplote se izgubi okoli 40 % goriva [14]. Kljub visokim izkoristkom in nizkim emisijam, pa uporaba gorivnih celic še ni zelo razširjena. Razlogi, ki so in še vedno zavirajo uveljavitev gorivnih celic so [14]: pridobivanje, transportiranje in shranjevanje vodika je težko in nevarno, zato se pojavljajo problemi pri oskrbovanju gorivnih celic z gorivom, priprava goriva s procesorjem (reformerjem) je tehnično zahtevna in ne čisto okolju prijazna, sistemi, ki uporabljajo gorivne celice, so ponavadi večji od ''klasičnih'' [16], visoka cena sestavnih delov gorivnih celic, proizvodnja ni serijska, materiali, ki imajo zaželene električne lastnosti in visoko vzdržljivost (posebno pri visokotemperaturnih gorivnih celicah) predstavljajo velik izziv in posledično zelo visoke stroške, daljši zagon in počasna odzivnost na spremembe, izgube, ki povzročajo padce napetosti: o ohmska polarizacija izgube zaradi upornosti elektrolita in elektrod, o aktivacijska polarizacija izgube povezane z aktivacijsko pregrado,

o koncentracijska polarizacija izgube zaradi upočasnjene difuzije reaktantov v porah elektrod, izgube v obliki toplote. 4.1 Zgradba in primer delovanja gorivne celice Gorivna celica je sestavljena iz anode, katode, elektrolita in katalizatorjev med elektrodama in elektrolitom, kar je prikazano na sliki 4.1. Anoda in katoda sta povezani z zunanjim električnim krogom, na katerega je priključeno električno breme [3]. Slika 4.1: Shema zgradbe in delovanja gorivne celice [6]. Na anodo se dovaja vodik ali gorivo z visoko vsebnostjo vodika. S pomočjo katalizatorja, se vodik razcepi na vodikov proton (H + ) in elektron. Elektroni preko zunanjega električnega kroga stečejo na katodo in tako ustvarijo električni tok. Na katodo se dovaja kisik, ki skozi katalizator pritegne vodikove protone. Nato pa se vodikovi protoni, kisik in elektroni združijo v vodo in zapustijo celico [3]. Poznamo več vrst gorivnih celic, ki delujejo pri različnih temperaturah, uporabljajo različen elektrolit in različno stanje goriva. V nadaljevanju si bomo malo podrobneje ogledali gorivne celice s trdnimi oksidi. 5 Gorivne celice s trdnimi oksidi Gorivne celice s trdnimi oksidi (SOFC solid oxide fuel cell) kot elektrolit uporabljajo trdno, neporozno keramično zmes. Ker je elektrolit trden, ni potrebno, da so celice zgrajene v lamelni obliki, kot je to značilno za ostale vrste gorivnih celic. Gorivne celice s trdnimi oksidi naj bi pri pretvarjanju goriva v elektriko imele izkoristek približno 50 60 %. V aplikacijah, namenjenim zajemanju in izkoriščanju odpadne toplote, bi lahko izkoristek goriva dosegel 80 85 % [4]. Gorivne celice s trdnimi oksidi so visokotemperaturne celice, delujejo pri temperaturah okoli 1000 C. Visoka temperatura delovanja odpravlja potrebo po katalizatorju iz žlahtne kovine za sprožitev elektrokemičnih reakcij, in tako zmanjša ceno teh celic. Visoka temperatura omogoča tudi notranjo pripravo goriva, kar gorivnim celicam s trdnimi oksidi omogoča uporabo različnih goriv. Prav tako ne potrebujejo reformerja (procesorja) goriva, kar še dodatno zmanjša stroške [4]. Gorivne celice s trdnimi oksidi so tudi najbolj na žveplene primesi odporna vrsta gorivnih celic, prenesejo lahko več velikostnih razredov več žvepla, kot ostale gorivne celice. Tudi ogljikov monoksid jih ne zastruplja, lahko se celo uporablja kot gorivo. Ta lastnost dovoljuje gorivnim celicam s trdnimi oksidi uporabo plinov iz premoga [4]. 5

Visoka temperatura delovanja pa ima tudi slabosti. To povzroča počasen zagon in zahteva veliko toplotno zaščito, da se zadrži toplota in varuje osebje, kar je lahko sprejemljivo za statične naprave, ni pa primerno za transport ali prenosne naprave. Visoka temperatura delovanja povzroča tudi stroge zahteve glede trajnosti materialov. Ravno v razvoju poceni materialov, ki bodo imeli dolgo življenjsko dobo pri temperaturi delovanja teh celic, leži največji tehnološki izziv, ki zavira razvoj te tehnologije [4]. Elektrolit gorivnih celic s trdnimi oksidi je iz trdnega, neporoznega kovinskega oksida, običajno je to z itrijevim oksidom (Y 2 I 3 ) stabiliziran cirkonijev oksid (ZrO 2 ) YSZ, ki je dober ionski prevodnik. Anoda je ponavadi narejena iz kobalt cirkonijevega oksida (CoZrO 2 ) ali nikelj cirkonijevega oksida (NiZrO 2 ), katoda pa iz lantan manganovovega oksida (LaMnO 3 ), dopiranega (proces, ki vpliva na električne lastnosti) s stroncijem (Sr) [7]. Naloga elektrolita je, da dopušča prehajanje določenih ionov (pri SOFC O 2- ) iz ene elektrode na drugo. Hkrati mora elektrolit zavirati prehajanje ostalih ionov in elektronov, da ti ne zavirajo delovanja gorivne celice. Elektroni morajo iz ene na drugo elektrodo teči po zunanjem električnem krogu, da ustvarjajo električni tok, preko elektrolita pa ne smejo tudi zato, ker bi tako prihajalo do kratkega stika med elektrodama. Elektrolit tudi ločuje gorivo od kisika, da ne prihaja do nekontroliranih reakcij. 5.1 Zaželene lastnosti delov celice Trdni elektrolit mora imeti čim višjo ionsko in čim nižjo elektronsko prevodnost, da ne prihaja do kratkega stika med anodo in katodo. Material mora biti stabilen v oksidacijski in redukcijski atmosferi ter neporozen. Katoda in anoda morata imeti čim višjo elektronsko prevodnost in biti stabilni vsaka v svoji atmosferi, katoda v oksidacijski, anoda pa v redukcijski. Elektrodi morati biti čim bolj porozni, zato da gorivo in zrak lažje prideta do elektrolita [8]. 5.2 Delovanje gorivne celice s trdnimi oksidi Na sliki 5.1. je prikazan primer delovanja gorivne celice s trdnimi oksidi. Slika 5.1: Shema zgradbe in delovanja gorivne celice s trdnimi oksidi [4]. Na katodo prihaja kisik. Ta sprejme elektrone, nato pa kisikovi anioni potujejo skozi elektrolit. Na strani anode, kisikovi anioni oddajo elektrone in reagirajo z vodikom iz goriva. Pri tem nastane voda, oddani elektroni pa preko zunanjega električnega kroga stečejo nazaj na katodo in tako tvorijo električni tok. Kisikovi anioni lahko na anodni strani reagirajo tudi z ogljikovim monoksidom. Pri tem nastane ogljikov dioksid, oddani elektroni pa zopet stečejo nazaj na katodo [9]. Reakcija na katodi: O 2 + 4 e - = 2 O 2-6

(5.1) Reakcija na anodi z vodikom: H 2 + O 2- = H 2 O + 2 e - (5.2) Reakcija z ogljikovim monoksidom: CO + O 2- = CO 2 + 2 e - (5.3) 5.3 Razvoj gorivnih celic s trdnimi oksidi Najbolj pomembno področje razvoja gorivnih celic s trdnimi oksidi je razvoj materialov, ki se uporabljajo za posamezne sestavne dele celice. Materiali za določene dele gorivne celice morajo imeti določene lastnosti (glej 5.1), pomembno pa je tudi to, da so materiali cenovno dostopni. Veliko pozornosti je posvečene razvoju povezovalnih ploščic, ki med seboj povezujejo anodo ene celice in katodo naslednje celice v paketu. Od vseh delov celice morajo materiali za te ploščice zadoščati najstrožjim kriterijem. Povezovalne ploščice morajo biti visoko električno prevodne (za manjše izgube), biti morajo kemično stabilne v oksidacijski in redukcijski atmosferi, biti morajo čim bolj neprepustne za kisik in vodik (da preprečijo nezaželene reakcije), njihov koeficient temperaturnega raztezanja mora biti čim bolj enak koeficientu elektrolita in elektrod (da se zmanjšajo obremenitve pri segrevanju in ohlajanju celice), biti morajo odporne na visoke temperature, predvsem pa morajo biti čim cenejše. Materiali za povezovalne ploščice so lahko keramični ali kovinski. Keramične materiale iščejo s pomočjo dopiranja (s kalcijem, stroncijem) uveljavljenega materiala za te ploščice lantan kromovega oksida (LaCrO 3 ). Ker keramične materiale spremljajo težave (slabša prevodnost, visoka cena lantana, zaradi načina izdelave omejitve glede oblik ploščic), vlagajo veliko truda v razvoj alternativnih materialov, in sicer kovinskih. To so predvsem kovine na osnovi kroma, kroma in železa, kroma in niklja, aluminija, redkeje silicija [17]. Predmet razvoja so tudi anodni materiali. Razvit je bil nov material za anode, barij cirkonij cerij itrij iterbijev oksid. Ta material bi bil lahko uporabljen kot prevleka za tradicionalne Ni-YSZ anode, kot zamenjava za YSZ v anodi ali pa kot zamenjava za celoten YSZ elektrolitski sistem [18]. Razvoj v zadnjih letih je očitno že precej izpopolnil gorivne celice s trdnimi oksidi, saj danes obstaja že veliko proizvajalcev, ki te celice ponujajo. Za ta razvoj so zaslužni predvsem raziskovalni inštituti in univerze, s svojim napredkom v znanosti in tehnologiji [19]. 6 Bloom box Izdelan iz Bloomovih patentiranih gorivnih celic s trdnimi oksidi, je Bloom box ali Bloomov energijski ''strežnik'' nov razred električnega generatorja, ki proizvaja čisto, zanesljivo in cenovno ugodno električno energijo, na mestu, kjer jo uporabnik potrebuje [5]. Bloom box je razvil indijski znanstvenik K. R. Sridhar. Po naročilu Nase je razvijal napravo, ki bi sončno energijo in vodo na Marsu pretvarjala v kisik za dihanje in vodik za pogon avtomobilov. Ko so misije na Marsu odpovedali, je obrnil proces in ustvaril napravo, ki kisik in vodik spreminja v električno energijo [10]. Tehnologija gorivnih celic, ki jih uporabljajo za Bloom box, se razlikuje od starejših vodikovih gorivnih celic na štirih glavnih področjih: cenejši materiali: za njihove celice uporabljajo navaden, pesku podoben prah, namesto dragocenih kovin, kot je na primer platina, ali jedkih materialov, kot so kisline, visoka električna učinkovitost (50 55%): celice lahko pretvarjajo gorivo v elektriko v razmerju, ki je skoraj še enkrat višji, kot pri ostalih tehnologijah, prilagodljivost goriva: celice lahko uporabljajo fosilna ali obnovljiva goriva, reverzibilnost: tehnologija je sposobna tako proizvajanja elektrike, kot tudi shranjevanja elektrike. Vsak Bloomov energijski ''strežnik'' proizvaja 100 kw električne moči, kar zadostuje za potrebe osnovnih obremenitev stotih povprečnih domov ali manjše poslovne stavbe, in sicer na površini običajnega parkirnega mesta. Če je potrebno več moči, se doda ''strežnike'' [5]. 7

6.1 Zgradba Bloom boxa V osrčju vsakega energijskega strežnika je Bloomova patentirana tehnologija gorivnih celic s trdnimi oksidi. Vsak strežnik je sestavljen iz tisočih gorivnih celic. Vsaka celica je plosk, trden keramičen kvadrat, narejen iz navadnega, pesku podobnega prahu. Vsaka gorivna celica je sposobna proizvajati 25 W električne moči, kar je dovolj za napajanje žarnice. Za več moči so celice naložene ena na drugo, med seboj jih povezujejo kovinske ploščice in tako tvorijo paket gorivnih celic. Nekaj paketov, skupaj približno v velikosti štruce kruha, zadostuje za oskrbovanje povprečnega doma z električno energijo. V energijskem ''strežniku'' je več paketov gorivnih celic združenih v električne module, ti pa so skupaj s skupnim vhodom goriva in električnim izhodom združeni v celoten sistem [5], sestava je prikazana na sliki 6.1. 6.2 Težave pri uporabi gorivnih celic Slika 6.1: Sestava Bloom boxa [13] Gorivne celice so bile izumljene že več kot stoletje nazaj, uporabljene so bile v praktično vsaki Nasini misiji od leta 1960 dalje, toda do sedaj jih še niso začeli uporabljati zaradi visokih cen. Starejši tipi gorivnih celic, kot so gorivne celice s protonsko prevodno membrano (PEM), gorivne celice s fosforno kislino (PAFC) in gorivne celice s taljenimi karbonati (MCFC), so vse zahtevale drage žlahtne kovine, jedke kisline ali taljene materiale, ki jih je težko zadržati. Skupaj z njihovo učinkovitostjo, ki je bila komaj boljša od alternativ, niso mogle ponuditi dovolj koristi, ki bi vodile k njihovemu nadaljnjemu razvoju. Nekateri proizvajalci starejših tipov gorivnih celic so poskušali preseči te omejitve s tem, da so ponudili soproizvodnjo toplote in električne energije, s čimer bi izkoristili izgubljeno toploto. Soproizvodnja toplote in električne energije izboljša gospodarsko vrednost, vendar samo v sistemih s pravim razmerjem potreb po toploti in električni energiji in to vsako uro v letu. Povsod drugje pa cena, zapletenost in prilagoditve sistema za soproizvodnjo toplote in električne energije prevladajo nad koristmi. Že desetletja se strokovnjaki strinjajo, da imajo gorivne celice s trdnimi oksidi največji potencial med vsemi tipi gorivnih celic. Z nizko ceno keramičnih materialov in zelo visoko električno učinkovitostjo, lahko ponudijo privlačno»rešitev«, brez zanašanja na sočasno proizvodnjo elektrike in toplote. Toda do sedaj so se pojavljali pomembni tehnološki izzivi, ki so zadrževali trženje te obetavne tehnologije. Gorivne celice s trdnimi oksidi delujejo pri izjemno visokih temperaturah (tipično nad 800 ). Tako visoka temperatura jim daje izjemno visoko električno učinkovitost in prilagodljivost glede goriva, kar prispeva k boljši ekonomičnosti, privede pa tudi do tehnoloških izzivov. Bloomovi strokovnjaki so te inženirske izzive rešili. Z dosežki v znanosti materialov in revolucionarno novo zasnovo, je tehnologija bloomovih gorivnih celic s trdnimi oksidi stroškovno učinkovita in samo električna. Po več kot stoletju razvoja, so gorivne celice končno čiste, zanesljive, in najbolj pomembno, cenovno dostopne [5]. 8

6.3 Porazdeljena proizvodnja Porazdeljena proizvodnja (DG distributed generation) se nanaša na proizvodnjo električne energije na mestu porabe. Proizvodnja na mestu porabe, namesto centralne proizvodnje, zniža ceno, kompleksnost, soodvisnost in neučinkovitosti povezane s prenosom in distribucijo. Podobno kot drugje, porazdeljeno proizvajanje električne energije prenese vajeti v roke uporabnika [5]. Zgodovinsko gledano, je porazdeljena proizvodnja pomenila generatorje z zgorevanjem (dizelski generator). Ti so cenovno dostopni in v nekaterih primerih zanesljivi, toda niti slučajno čisti. Medtem, ko veliko ljudi tolerira umazano proizvodnjo tisoče kilometrov stran od njih, pa večina dvakrat premisli, če bi to imeli pod oknom spalnice ali pred vrati pisarne [5]. Pred kratkim, so sončne elektrarne postale priljubljena opcija porazdeljene proizvodnje. Čeprav je proizvodnja čista, pa je pretrgana, zaradi česar je to nepopolna strategija za podjetja, ki nenehno potrebuje električno energijo, tudi takrat ko sonce ne sije [5]. Bloom box je opcija porazdeljene proizvodnje, ki je čista, zanesljiva in cenovno dostopna, vse ob istem času. Bloomov energijski strežnik lahko proizvaja čisto energijo 24 ur na dan, 365 dni na leto, ustvarja več elektronov, kot opcije s pretrganim delovanjem, in zagotavlja hitrejše povračilo in večje okoljske koristi za stranko. In medtem, ko lahko ostali sistemi porazdeljene proizvodnje zahtevajo dolge napeljave, sončne lokacije ali stalno toplotno obremenitev skozi celo leto, je bloomov sistem enostaven in hiter za postavitev praktično povsod. Medtem, ko se porazdeljena proizvodnja naseljuje v zavesti korporacij, je bloomov energijski strežnik popolno zasnovan, da zadovolji zahtevne potrebe današnjih gospodarsko in okoljsko usmerjenih podjetij [5]. 6.4 Koristi uporabe Bloom boxa Uporaba Bloom boxa prinaša naslednje koristi [5]: neodvisnost od omrežnega napajanja in s tem neobčutljivost na razne motnje v sistemu, padce napetosti, sunke, nižji stroški, ki jih Bloom box zagotavlja z boljšim izkoristkom goriva, kot ga imajo energetske družbe, in z odstranitvijo stroškov prenosa električne energije, možnost obenem privarčevati in biti prijazen do okolja. 6.5 Razlike med bloomovo in ostalo tehnologijo Elektrolit bloomovih gorivnih celic je keramika iz navadnega, pesku podobnega prahu. Elektrolit nato premažejo s posebnima ''barvama'', ki sta poslovna skrivnost. Zelen premaz je anoda, črn pa katoda. Za vmesnike, ki povezujejo gorivne celice, uporabljajo ceneno kovino, ki je zopet skrivnost, namesto drage platine [11]. Elektrolit naj bi bil s skandijem stabiliziran cirkonijev oksid, anoden premaz na osnovi niklovega oksida, katodni premaz pa je verjetno iz lantan manganovega oksida, dopiranega s stroncijevim oksidom [15]. Vztrajali so pri visokih temperaturah, saj višja temperatura pomeni višjo učinkovitost. Našli so materiale, ki so vzdržljivi pri visoki delovni temperaturi gorivne celice in embalažo, ki zadržuje toploto. Pri iskanju materialov so pazili tudi na to, da se keramični elektroliti in povezovalne kovinske ploščice enako raztezajo. Tako ne prihaja do takih pritiskov, zato so ploščice manj obremenjene in ne pokajo. Posebnost je tudi v tem, da vso toploto, ki nastaja pri delovanju zadržijo in uporabijo pri procesu [12]. 6.6 Delovanje gorivne celice ob uporabi metana kot goriva Pri visoki temperaturi topel zrak vstopi na stran katode. Metan reagira s paro, ustvari se sintetični plin (CO + 3H 2 ). Sintetični plin vstopi na stran anode in privlači kisikove anione s katode. Kisikovi anioni reagirajo s sintetičnim plinom in tako se ustvari elektrika, voda in majhna količina ogljikovega dioksida. Iz vode nato nastane para, ki je potrebna za sintetični plin. V procesu nastaja tudi toplota, ki jo gorivna celica potrebuje za delovanje [5]. 9

Priprava goriva: CH 4 + H 2 O = CO + 3 H 2 (6.1) Reakcija na katodi: 2 O 2 + 8 e - = 4 O 2- (6.2) Reakcija na anodi: 4 O 2- + CO + 3 H 2 = 3 H 2 O + CO 2 + 8 e - (6.3) Bloom box je torej visoko električno učinkovit. Kot gorivo lahko uporablja fosilna in tudi obnovljiva goriva. Zaradi visokih temperatur delovanja, goriva ni treba posebej pripravljati, to se zgodi v sami celici. Trenutno je Bloom box na voljo samo v večji različici, ki proizvaja 100 kw električne moči in je namenjen podjetjem, njegova cena pa je približno 500.000 600.000. Ta večja različica naj bi proizvajala dovolj elektrike za približno 200 povprečnih evropskih domov. Investicija naj bi se uporabnikom povrnila v 3 5 letih. V pet do desetih letih naj bi ponudili manjšo izvedbo za domove, z močjo 1kW, približno po ceni 2000. Proizvaja pa nekaj ogljikovega dioksida, vendar naj bi bila ta vrednost občutno manjša, kot jih dosegajo v elektrarnah. 7 Sklep Trend razvoja in uporabe gorivnih celic v zadnjih letih kaže, da bodo gorivne celice igrale pomembno vlogo v tehnologiji prihodnosti, za njihov nadaljnji razvoj je potrebno odkriti učinkovitejše materiale, s katerimi bodo celice dosegale večji izkoristek. Gorivne celice s trdnimi oksidi naj bi vsebovale velik potencial, vendar jim zaenkrat njihova cena še ne omogoča preboja na potrošniški trg. Učinkovitost produkta, ki so ga razvili, nakazuje, da so strokovnjaki podjetja Bloomenergy našli odgovore, povezane z materiali v gorivnih celicah s trdnimi oksidi. Njihov produkt Bloom box že proizvaja elektriko za nekatera velika podjetja v Californiji. Uporabniki so zadovoljni z učinkovitostjo Bloom boxa. Ob predpostavki, da bo produkt dosegel pričakovano življenjsko dobo, lahko pričakujemo, da se bo novi električni generator množično razširil. V bližnji prihodnosti celo v domove. To bi občutno zmanjšalo onesnaževanje, saj poleg tega, da Bloom box lahko uporablja obnovljiva goriva, izloča veliko manj emisij ogljikovega dioksida kot termoelektrarne. 10

8 Literatura [1] A. Praprotnik in ostali, Učni načrt Tehnika in tehnologija (Ljubljana, Ministrstvo za šolstvo znanost in šport, Zavod RS za šolstvo, 2002). [2] History of fuel cells [http://www.sae.org/fuelcells/fuelcells-history.htm]. [3] Fuel cells 2000 [http://www.fuelcells.org/]. [4] U.S. department of energy [http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/fc_types.html#oxide]. [5] Bloomenergy [http://www.bloomenergy.com/]. [6] Vodikova tehnologija in tehnologija gorivnic celic [http://www.ekoino.si/4_1.htm]. [7] NFCRC tutorial: solid oxide fuel cell (sofc) [http://www.nfcrc.uci.edu/energytutorial/sofc.html]. [8] M. Hrovat, J. Holc, S. Bernik, Keramični materiali za visokotemperaturne gorivne celice s trdnim elektrolitom sofc, KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 33 3-4 (1999). [9] D. Guichardot, D. France, V. Environnement, SOFC high-temperature fuel cells, CLEFS CEA 50/51, 87 (2004). [10] Bloom energy shifts power via fuel cells [http://www.businessweek.com/globalbiz/content/dec2009/gb2009127_746740.htm]. [11] The bloom box: an energy breakthrough? [http://www.cbsnews.com/stories/2010/02/18/60minutes/main6221135.shtml?tag=contentmain;contentbody]. [12] Could the Wondrous Bloom Box Power Your Alt-Fuel Car and Smartphone Too? [http://www.fastcompany.com/1562877/bloom-box-fuel-cell-hydrogen-electric-vehicles-alt-fuel]. [13] Bloom box [http://indiatechnews.com/technovation/technologies/green-tech/bloom-box-green-techtechnologies-news/bloom-box/]. [14] D. Cotič, Analiza energetskih izkoristkov tehnologij za pridobivanje in pretvorbo vodika, magistrsko delo (Poslovno tehniška fakulteta, Univerza v Novi Gorici, 2010). [15] Bloom energy server [http://en.wikipedia.org/wiki/bloom_energy_server]. [16] Advantages - disadvantages [http://www.fuelcelltoday.com/media/pdf/education-kit/advantage- Disadvantages.pdf]. [17] J. Wu, X. Liu, Recent development of SOFC metallic interconnect, Journal of materials science & technology, 26 (2100). [18] Lowering fuel cell cost [http://www.ceramicindustry.com/articles/feature_article/bnp_guid_9-5- 2006_A_10000000000000743615]. [19] Solid oxide fuel cells show strenght [http://www.ceramicindustry.com/articles/advanced_ceramics/bnp_guid_9-5- 2006_A_10000000000000875881]. 11

9 Priloge 9.1 Učni list BLOOM BOX GORIVNA CELICA 1. Kaj je gorivna celica? 2. Naštej sestavne elemente gorivne celice: 3. Kaj je uporabljeno za elektrolit v gorivnih celicah s trdnimi oksidi? 4. Kaj je naloga katalizatorja in zakaj ga gorivne celice s trdnimi oksidi ne potrebujejo? 5. Kaj je Bloom box? 6. Zaradi katerih razlogov naj bi bila elektrika proizvedena z Bloom boxom cenejša od elektrike iz omrežne napeljave? 12

9.2 Učni list z rešitvami BLOOM BOX GORIVNA CELICA 1. Kaj je gorivna celica? Gorivna celica je elektrokemična naprava, ki s pomočjo združevanja vodika in kisika, proizvaja elektriko. 2. Naštej sestavne elemente gorivne celice: anoda, katalizator, elektrolit, katalizator, katoda. 3. Kaj je uporabljeno za elektrolit v gorivnih celicah s trdnimi oksidi? Trdna, neporozna keramična zmes iz oksidov. 4. Kaj je naloga katalizatorja in zakaj ga gorivne celice s trdnimi oksidi ne potrebujejo? Katalizator sproži kemične reakcije v celici. SOFC ga ne potrebujejo zaradi visoke temperature delovanja. 5. Kaj je Bloom box? Bloom box je električni generator, ki deluje na osnovi gorivnih celic s trdnimi oksidi. 6. Zaradi katerih razlogov naj bi bila elektrika proizvedena z Bloom boxom cenejša od elektrike iz omrežne napeljave? - boljši izkoristek goriva - ni stroškov prenosa električne energije 13