Wodorowe ogniwa paliwowe, UFI Filters gotowe na przyszłość!

W przypadku samochodów ciężarowych, o dużym tonażu, pokonujących długie dystanse, zasilanie ogniw paliwowych wodorem może być jednym z najlepszych rozwiązań pozwalających na ograniczenie zanieczyszczenia powietrza.

Zgodnie z polityką energetyczną Unii Europejskiej, w najbliższych latach wodór ma również znacząco przyczynić się do dekarbonizacji transportu.

W 2017 r. firma UFI Filters, lider w dziedzinie technologii filtracji i produkcji wymienników ciepła do pojazdów spalinowych, hybrydowych i elektrycznych, rozpoczęła analizę przyszłych scenariuszy stosowania różnych źródeł energii. W ramach tych działań przyglądano się m.in. wykorzystaniu wodoru w ogniwach paliwowych i kwestii filtracji. Badania koncentrowały się na filtrze katodowym, elemencie odgrywającym zasadniczą rolę w oczyszczaniu powietrza doprowadzanego do silnika. Przefiltrowane powietrze działa jako czynnik spalania w ogniwie, a tlen reagując z wodorem w procesie elektrochemicznym prowadzi do wytworzenia energii elektrycznej.

Ogromne znaczenie filtracji powietrza

Powietrze wprowadzone do układu dolotowego, przed dotarciem do sprężarki, a potem do ogniwa, musi zostać skutecznie odfiltrowane z cząstek stałych, a także ze szkodliwych gazów, jak SO_X, NO_X, H₂S, CO, O_{3 i} NH₃ i lotnych związków organicznych, jak benzen i toluen. Gazy te, szkodliwe dla ogniwa paliwowego, są związkami pochodzenia antropogenicznego, powstającymi wskutek działalności człowieka (produkty tradycyjnego spalania i pochodzące z ropy naftowej), a ich stężenie zmienia się w zależności od położenia geograficznego.

Filtracja powietrza w przypadku ogniw paliwowych odgrywa jeszcze ważniejszą rolę niż w tradycyjnych silnikach. Badania przeprowadzone na przestrzeni lat wykazały, że nawet bardzo małe ilości cząstek gazowych (PPM, PPB) mogą znacząco zmniejszyć wydajność i skrócić żywotność ogniw. Wynika to z kilku czynników, jednym z nich jest zanieczyszczenie katalizatora, uruchamiającego reakcję niezbędną do przekształcenia wodoru i tlenu w energię elektryczną i wodę. Katalizator, który jest podstawowym elementem ogniwa paliwowego, składa się z platyny (lub innych metali szlachetnych). Zanieczyszczenia mogą mieć nieodwracalny wpływ na jego działanie i funkcjonalność, a także mogą prowadzić do skrócenia jego żywotności. W obiegu powietrza istotna jest również sprężarka, wrażliwa na zanieczyszczenia wpływające negatywnie na jej wydajność.

Różne rodzaje powietrza

Ogniwa wykorzystują powietrze z otoczenia, które dostarcza tlen niezbędny do wywołania reakcji elektrochemicznej z wodorem. Jednak nie wszędzie jest ono takie same, a jego właściwości zależą od takich czynników jak m.in. temperatura, wysokość nad poziomem morza czy lokalne zanieczyszczenie. W związku z tym, opracowując katodowy filtra powietrza, należy wziąć pod uwagę jakość powietrza oraz miejsce, w którym będzie on wykorzystywany, ponieważ rozwiązania skuteczne w jednym regionie świata niekoniecznie będą działały prawidłowo w innym.

Rozwiązanie UFI Filters

Katodowy filtr powietrza opracowany przez UFI Filters i przeznaczony do zastosowań OE w samochodach z ogniwami paliwowymi pełni podwójną funkcję (filtracja cząstek stałych, pochłanianie zanieczyszczeń gazowych) i składa się z dwóch warstw. Jego kształt i położenie są dostosowane do wymogów producenta. Możliwość dowolnej konfiguracji produktu pozwala na dopasowanie budowy do pojazdu i regionu, w którym będzie stosowany, jak również do pokonywanych dystansów i okresu serwisowania, aby zapewnić jego optymalną wydajność.

Pierwsza warstwa pełni funkcję bariery fizycznej, czyli oddziela cząstki stałe, a jej budowa jest podobna do filtrów powietrza w silnikach spalinowych. Jednak syntetyczne medium ma inną strukturę i grubość, aby zapewnić większą zdolność akumulacji i niskie spadki ciśnienia w układzie. Umożliwia to zatrzymywanie wszystkich rodzajów pyłu, w tym drobnych cząstek, a nawet soli, która jest używana zimą na drogach lub unosi się w powietrzu na terenach nadmorskich, co może być szkodliwe dla ogniw paliwowych. Pierwsza warstwa służy ochronie węgla aktywnego znajdującego się w drugiej warstwie, ponieważ jest on wrażliwy na obecność cząstek stałych, ograniczających zdolność pochłaniania gazów.

Druga warstwa pełni funkcję chemiczną, usuwając zanieczyszczenia gazowe poprzez adsorpcję. Medium filtracyjne składa się z włókniny zawierającej różne rodzaje węgla aktywnego. Firma UFI Filters, wykorzystując doświadczenie w dziedzinie produkcji materiałów, zmodyfikowała tradycyjnie stosowane węgle aktywne w procesie obróbki cieplnej i reakcji chemicznej z solami nieorganicznymi. W ten sposób, oprócz otworów o różnych rozmiarach (stworzonych w wyniku obróbki powierzchni), węgle uzyskały zdolność pochłaniania gazów, łącząc się z nimi poprzez wiązania chemiczne różnego rodzaju. UFI Filters jest w stanie oferować klientom wiele wersji tego samego filtra, w zależności od zastosowania. Różnorodne mieszanki węgla aktywnego pozwalają dostosować produkt do warunków typowych dla obszaru, w którym samochodu będzie sprzedawany.

Innowacyjna oferta katodowych filtrów powietrza UFI Filters opiera się na kompleksowym doświadczeniu firmy w zakresie projektowania i produkcji mediów filtracyjnych. Wiedza ta obejmuje zarówno wybór materiałów do tworzenia mediów filtracyjnych, jak i stosowania różnych parametrów i obróbki produktów w celu poprawy wydajności. Przykładem tego jest metoda plisowania, gdzie wydajność filtra jest ściśle związana z precyzją wykonania plis. Wyspecjalizowany dział firmy zajmuje się badaniem i szukaniem optymalnych rozwiązań, które są przekazywane do globalnych zakładów, aby zapewnić najwyższą jakość produktów.

Dodatkowe możliwości

W przypadku niektórych zastosowań, oprócz filtra składającego się z dwóch warstw, UFI Filters oferuje elementy wstępnego oczyszczania powietrza. Na szczególnie zanieczyszczonych obszarach, powietrze może zawierać większe ilości cząstek stałych, dlatego muszą one zostać usunięte, zanim dotrą do katodowego filtra powietrza.

Pierwsze funkcjonalne prototypy

W niektórych regionach świata UFI Filters już testuje funkcjonalne prototypy, przeznaczone do globalnych zastosowań na pierwsze wyposażenie w samochodach ciężarowych, autobusach i lekkich pojazdach użytkowych, a prace nad materiałami filtracyjnymi są na ukończeniu. Rozpoczęcie produkcji na szeroką skalę powinno rozpocząć się za kilka miesięcy.

Dzięki zdobytemu doświadczeniu, rodowodowi OE i globalnej obecności w przemyśle samochodowy, firma UFI Filters jest gotowa na przyszłość zrównoważonej mobilności.