AUTOMOBILY S PALIVOVÝMI ČLÁNKAMI Palivové články majú silu zmeniť našu budúcnosť. Táto nová technológia, ktorá využíva  chemickú energiu vodíka a kyslíka na výrobu elektrickej energie, sa po prvýkrát objavila ako palivový zdroj v kozmických dopravných prostriedkoch. Palivové články poskytovali nielen energiu raketám, ale aj pitnú vodu pre kozmonautov na palube. Palivové články okrem toho, že využívajú ako palivo vodík s neobmedzeným potenciálom, sa vyznačujú aj tým, že majú oveľa vyššiu účinnosť využitia energie ako motory s vnútorným spaľovaním.

Prechod na palivové články si však vyžiada ešte nemalé náklady nielen na vývoj, ale aj na zabezpečenie nutnej infraštruktúry. Faktom zostáva, že palivové články sú pravdepodobne najperspektívnejšou technológiou, ktorá môže splniť požiadavky kladené na ekologicky čistú a spoľahlivú dopravu budúcnosti. Je potrebné uviesť, že rozvoj palivových článkov, ktorý by prakticky vyriešil problémy s palivami v doprave, by mal svoj dopad aj v oblasti klasickej energetiky pri výrobe elektriny, kde už v súčasnosti nachádzajú svoje uplatnenie.

VÝROBA VODÍKA
Hlavnou výhodou palivových článkov v porovnaní s inými palivami je, že vodík ako základnú surovinu je možné vyrábať z vody. Výroba vodíka elektrolýzou vody využitím obnoviteľných energetických zdrojov a jeho využitie v energetike je najväčšou výzvou do budúcnosti. Pri celom procese výroby a využitia sú emisie prakticky nulové a celý proces prebiehajúci na trvalo udržateľnom základe sa dá zapísať nasledovne:

AKO PRACUJÚ PALIVOVÉ ČLÁNKY
Palivové články využívajú energiu vodíka na výrobu elektrickej energie. Celý proces výroby je založený na elektrochemickej reakcii prebiehajúcej v článku. Táto reakcia nastáva po tom, čo z jednej strany článku do neho prenikne vodík, ktorý sa tu rozloží na záporne nabitý elektrón a kladný vodíkový ión.
Elektróny a ióny sú zberané elektródami  (anódou a katódou) umiestnenými na stranách článku. Bežne bývajú vyrobené z plyno-priepustného grafitového papiera. Palivové články využívajú okrem vodíka, vstupujúceho z jednej strany článku, aj stlačený kyslík, vstupujúci z druhej strany. Obidva plyny prechádzajú drobnými kanálikmi v elektródach. Uprostred článku sa nachádza protónová membrána (pokrytá platinovým katalyzátorom), cez ktorú vodíkové ióny prenikajú a spájajú sa s kyslíkom. Katalyzátor spôsobuje, že na vodíkovej strane článku sa vytvára záporný náboj a na kyslíkovej strane sa vytvára kladný náboj, čím vzniká elektrický prúd. Výsledkom (odpadom) takejto reakcie je vznik vody. Pretože uvolnené elektróny nemôžu spätne preniknúť cez membránu, sú „donútené prechádzať“ inou cestou - napr. cez elektrický motor automobilu. Prechádzajúc cez elektromotor, elektróny odovzdávajú motoru svoju energiu získanú v palivovom článku.

SKLADOVANIE VODÍKA
Z technologického hľadiska sa v súčasnosti pozornosť sústreďuje hlavne na praktickú stránku zásobovania palivového článku vodíkom. Pretože skladovanie vodíka v plynnej forme predstavuje značné problémy, dnešné vozidlá s palivovými článkami využívajú jeho skladovanie buď v kovových zliatinách, alebo majú v palivovej nádrži iné palivá (najčastejšie metanol), z ktorých sa vodík počas jazdy vyrába.

Kovové, vodík absorbujúce zliatiny, sú schopné bezpečným spôsobom skladovať veľké množstvo vodíka. Súčasné nikel-hydridové materiály majú absorpčnú schopnosť uchovávať až 250 cm3 vodíka v každom grame zliatiny. V 1000 kg takejto zliatiny sa skladuje až 20 tisíc litrov vodíka, čo je pre vozidlo dostatočné množstvo na prejdenie asi 250 km. Výroba vodíka priamo vo vozidle z metanolu je lákavá preto, že metanol je možné vyrobiť z relatívne lacného zemného plynu alebo biomasy a navyše sa dá skladovať v palivovej nádrži podobne ako benzín.

VOZIDLÁ S PALIVOVÝMI ČLÁNKAMI
Palivové články dnes vo vozidlách testuje viacero svetových výrobcov automobilov. Vývoj v tejto oblasti prebieha pozoruhodným tempom. Pred niekoľkými rokmi ešte využitie týchto článkov v automobiloch neprichádzalo do úvahy, pretože hmotnosť palivovej nádrže (a jej veľkosť) by bola porovnateľná s hmotnosťou vozidla. Technologický vývoj však pokročil natoľko, že dnes na pohon elektromobilu s 20 kW motorom „stačia“ palivové články s hmotnosťou asi 120 kg, ktoré zaberajú len o málo viac priestoru ako klasická palivová nádrž.

Tým, že palivové články v sebe ukrývajú energiu vo veľmi koncentrovanej forme, odstraňujú jednu z nevýhod elektromobilov s batériami - vysokú hmotnosť. Navyše kontrolovaná reakcia vodíka s kyslíkom prebiehajúca v palivovom článku je oveľa účinnejšia ako pri spaľovacom procese prebiehajúcom napr. v motoroch typických automobilov. Výsledkom je, že automobily s palivovými článkami sa vyznačujú nielen nulovými emisiami, ale aj vyššou účinnosťou využitia paliva (často dva až trikrát vyššou) ako bežné automobily vrátane nákladných vozidiel. Celková účinnosť využitia paliva vo vozidle je vysoká tiež preto, lebo aj elektromotor sa vyznačuje vysokou účinnosťou (v priemere asi 80%) a to aj pri čiastočnom zaťažení.

Očakáva sa, že zavedením palivových článkov vo vozidlách nedôjde k zníženiu jazdných vlastností vozidiel. Predpokladaný dojazd by mal dosiahnuť 400 až 600 km na jednu nádrž, zrýchlenie z 0 na 100 km/h za 12 sek. a priemerná spotreba 4 až 5 litrov vodíka na 100 km. Masová výroba by znamenala, že cena takéhoto vozidla by mohla byť vyššia o 1000 až 3000 dolárov, čo predstavuje 5 až 50% z ceny priemerného vozidla. Vyššia cena by však mohla byť vykompenzovaná nižšími prevádzkovými nákladmi.

Medzi priekopníkov technológie využitia palivových článkov v motorových vozidlách patrí americká firma Ballard International Fuel Cells and Mechanical Technology Inc., ktorá sa  vývoju takýchto automobilov venuje už od 80-tych rokov. Prvé vozidlo z jej dielne bolo postavené v roku 1989. V roku 1994 Ballard, ktorého akcie sa dnes úspešne predávajú na americkej burze, spojil svoje úsilie s nemeckým Mercedes-Benz a výsledkom bol automobil NECAR 1 (New Electric Car - nové elektrické auto). Toto vozidlo, postavené na báze Mercedes-Benz 190 Van, sa stalo dôkazom životaschopnosti spojenia palivových článkov a automobilu. Výkon motora s 12 palivovými článkami bol 50 kW (hustota energie 167 W/liter). Ako palivo bol použitý čistý vodík. Palivový systém NECAR 1 bol však natoľko objemný, že zaplnil celý ložný priestor vozidla a umožnil jazdu len vodičovi a jednému cestujúcemu.

V máji roku 1996 však Ballard a Mercedes-Benz prišli s novou verziou - NECAR 2, v ktorom dosiahli až 5-násobné zníženie objemu palivových článkov. V tomto vozidle sa články s hustotou energie 1000 W/liter stali prakticky „neviditeľné“ a zaplnil priestor jedného príručného kufríka umiestneného pod zadným sedadlom.
 
 
 

Vozidlo bolo postavené na báze Mercedes-Benz triedy V (MPV). Niektoré charakteristiky tohto vozidla sú uvedené v nasledujúcej tabuľke:

General Motors taktiež nezaostáva vo vývoji a po vzore Mercedes-Benz vytvoril spoločný podnik s Ballardom s cieľom vyvinúť vozidlo na báze palivových článkov už do roku 2000. Pre tento typ automobilu má už GM vyvinutý nosný model. Tento najväčší svetový výrobca automobilov v súčasnosti testuje systém integrovania palivového procesora (zariadenie na výrobu vodíka z metanolu) s motorom na báze palivového článku. Predpokladá sa, že testy by aj s konečným potvrdením životaschopnosti mali byť ukončené do konca roku 1999.

Ďalšie automobilky ako napr. Honda, Mazda, Nissan, Toyota, Volkswagen alebo Volvo taktiež nezaháľajú a vidia v tejto technológii jasnú budúcnosť. O tejto skutočnosti svedčia aj mnohomiliónové investície do vývoja, z ktorých väčšina bola oznámená v roku 1997. Volkswagen v spolupráci s Volvom plánuje do roku 1999 vyvinúť model Golfu poháňaný palivovými článkami s vodíkom vyrobeným z metanolu. Honda predpokladá uviesť na trh podobné vozidlo do roku 2003.

V decembri 1997 predstavila Mazda svoj model na báze palivových článkov s názvom Demio. Toto vozidlo dosahuje maximálnu rýchlosť 90 km/h a na plnú nádrž vodíka prejde 170 km.

Toyota vyvinula svoj prvý model športového vozidla na báze palivových článkov s názvom RAV4L v októbri 1996. Tento automobil jazdí na vodík skladovaný v nádrži vozidla v pevnom stave (vodík absorbujúca kovová zliatina). O rok neskôr Toyota vyvinula model s palivovými článkami na báze výroby vodíka z metanolu. Toto vozidlo s označením FCEV má s plnou nádržou, metanolu dojazd 500 km. Firma v súčasnosti uprednostňuje vývoj na báze článkov s metanolom, nakoľko pre jeho výrobu a distribúciu by bolo možné využiť už vybudovanú infraštruktúru súvisiacu s výrobou a distribúciou benzínu.

Americká firma Chrysler vyvinula v roku 1997 model využívajúci obyčajný benzín, ktorý je  reformulovaný v osobitnom zariadení na vodík a následne spaľovaný v palivovom článku.  Vodík je možné priamo vo vozidle vyrábať aj z iných kvapalných palív. Tento model by mal byť komerčne dostupný v roku 2015.

Automobilka Ford vyvinula koncept označený ako P2000, čo by mala byť platforma vozidla na báze palivových článkov, na ktorej by bolo možné stavať budúce modely takýchto vozidiel. V decembri 1997 Ford oznámil, že vstupuje do spoločného podniku s Ballardom  s cieľom vyvinúť nový model vozidla pre tretie tisícročie. Ford do tohto podniku vloží svoju technológiu elektromobilov a 420 milión dolárov na vývoj. Toto vozidlo by sa malo objaviť v roku 2000. Po oznámení o spoločnom podniku sa k projektu pripojil aj Mercedes-Benz, ktorý by v novom spoločnom podniku mal mať majoritný podiel na vývoji palivových článkov. Ford si ponechal majoritu v oblasti vývoja elektrickej časti vozidla a Ballard má mať majoritu v oblasti dodávok palivových článkov.

O tom, že táto nová technológia sa dostáva postupne k slovu aj na cestách, svedčia aj prvé objednávky. Britská firma Zevco, ktorá sa taktiež zaoberá využitím palivových článkov, dostala objednávku na niekoľko taxíkov a dodávkových vozidiel poháňaných touto novou technológiou. Prvé vozidlo z tejto série sa objavilo v uliciach Londýna v apríli 1998 a jeho cena bola približne 67 tisíc dolárov. Predpokladá sa, že cena vozidla by mala v blízkej budúcnosti klesnúť na polovicu oproti prvému modelu. V Londýne sa tiež pripravuje vybudovanie čerpacej  stanice pre 20 až 50 takýchto vozidiel.

AUTOBUSY S PALIVOVÝMI ČLÁNKAMI
Firma Ballard, ktorá sa stala priekopníkom v oblasti využívania palivových článkov v motorových vozidlách, má v súčasnosti rozpracovanú spoluprácu s viacerými svetovými automobilkami. Nespolupracuje však len pri vývoji automobilov, ale sústreďuje sa aj na autobusy. Jedným z prvých veľmi úspešných modelov bol aj 10 metrov dlhý autobus, ktorý v roku 1993 demonštroval životaschopnosť tejto novej technológie. Autobus mal výkon motora 90 kW a pre 20 cestujúcich zabezpečil dojazd 160 km. Bolo to prvé vozidlo s nulovými emisiami, postavené na báze palivových článkov. Autobus bol  spoľahlivý a vyznačoval sa tichým chodom. V roku 1995 Ballard prišiel s vylepšenou verziou autobusu, ktorý mal výkon 200 kW  a dĺžku 12 metrov. Dojazd autobusu, ktorý je schopný prepraviť 60 cestujúcich, je 400 km. Palivové články v ňom už nezaberali taký veľký priestor ako v prvej verzii a zmestili sa do priestoru motora bežného autobusu.

V máji roku 1997 vyvinul Ballard v spolupráci s Mercedes-Benz autobus s názvom NEBUS (New Electric Bus - nový elektrický autobus) využívajúci na pohon palivové články. Účinnosť článku dosahuje až 55%, čo je podstatne viac ako účinnosť využitia paliva v  naftovom autobuse. Plne zaťažený autobus umožňuje dosiahnuť maximálnu rýchlosť 80 km/h, je mimoriadne tichý, vyznačuje sa vynikajúcim zrýchlením a pohodlím pre cestujúcich. Od roku 1998 sa tri takéto modely testujú v uliciach Chicaga. Počas dvojročnej skúšobnej prevádzky sa majú získať základné poznatky o spoľahlivosti a prevádzkových nákladoch súvisiacich s touto novou technológiou. Do komerčnej výroby by mal prísť autobus pre 75 cestujúcich s dojazdom asi 560 km a výkonom motora 220 kW.

CENY
Palivové články majú nezanedbateľné výhody oproti iným palivám - sú veľmi účinné pri výrobe elektrickej energie a pri ich prevádzke nevznikajú škodliviny, avšak najväčšou nevýhodou v súčasnosti je ich cena. Dnes sa ukazuje, že náklady na prevádzku takého vozidla sú približne 7 až 10-krát vyššie ako pre vozidlo jazdiace na benzín. Mnohí experti predpokladajú, že ku značnému zníženiu ceny palivových článkov príde už v blízkej budúcnosti. Prejavilo sa to aj na konferencii nemeckých inžinierov (VDI) nazvanej „Zásobovanie energiou pomocou zariadení s palivovými článkami 98 - stav a perspektívy rozvoja“ konanej v marci 1998 v Essene. Pokles ceny palivových článkov by mal súvisieť aj s tým, že ich bude možné využívať nielen v motorových vozidlách, ale aj statických zariadeniach ako sú elektrárne s výkonmi od 50 kW do niekoľko MW. Pri porovnávaní cien palív je však potrebné zdôrazniť, že v prípade ropných produktov sú ich ceny zdeformované nakoľko nezahrňujú externé náklady na poškodzovanie životného prostredia.