A tüzelőanyag-cellák (TC-k) alkalmazásának számos lehetősége ismert ma már, és várhatóan újabb és újabb lehetőségek merülnek fel a jövőben, ahogy egyre elérhetőbbé válik a technológia az árak csökkenésének és az egyre korszerűbb és versenyképesebb műszaki paramétereknek köszönhetően.
A gyors fejlődést a közlekedési célú felhasználásuk iránti erős igény katalizálta, ami így leginkább a járművekben használt PEM típusú tüzelőanyag-cellákat érintette, de a műszaki életben tapasztalható fokozódó érdeklődés a TC-k iránt felgyorsította az egyéb típusú, más területeken hasznosítható cellák fejlesztését is.
A tüzelőanyag-cellák kategorizálhatók az elektrolit típusa szerint, mivel az nagyban meghatározza a tulajdonságaikat. Ennek megfelelően az egyes alkalmazások is egy-két cellatípushoz köthetők leginkább. A 6 fő cellatípust a következő területeken használják:
Telepített alkalmazások
A telepített (stationary) alkalmazások nevüknek megfelelően általában helyhez kötött, fixen telepített berendezéseket takarnak. Azonban általánosságban minden, nem közlekedési és nem hordozható alkalmazást ebbe a kategóriába sorolnak, amiknek elsődleges célja nem egy, a berendezés részét képező, konkrét fogyasztó (pl. villamos motor) kiszolgálása, hanem a villamos energia általános célú előállítása „bármilyen” külső fogyasztó számára. Sok alkalmazásban a villamos energia előállítása mellett hasznosítják a cella veszteséghőjét is, ami így kombinált energia előállítást (co-generation) jelent, amit hívnak kapcsolt energiatermelésnek is.
A telepített TC rendszereket a működésük gyakorisága és folyamatossága alapján is fel lehet osztani, ami általában a berendezésben lévő cella élettartamával is összefügg:
- folyamatosan működő, elsődleges célú energiatermelő alkalmazások – ezen belül léteznek csak villamos energiatermelésre, vagy kapcsolt (CHP) energiatermelésre, illetve újabban hármas energiatermelésre (CHHP, Combined Heat, Hydrogen & Power) szolgáló technológiák, 20-30.000 óra élettartamú stackkel,
- időszakosan működő, pl. szünetmentes (UPS), illetve vészhelyzeti energiaellátást biztosító telepített berendezések, 3-5.000 óra élettartamú stackkel.
Teljesítmény szempontjából ma már igen sokféle telepített, energiatermelő TC érhető el. Nem hivatalos osztályozás szerint az alábbi fő kategóriák léteznek, de természetesen kialakíthatók köztes teljesítmények, illetve a moduláris felépítésnek köszönhetően szinte tetszőleges teljesítményű rendszerek létesíthetők (https://www.hfc-hungary.org/energiatermelo-telepitett-alkalmazasok/):
- háztartási („domestic”) léptékű tüzelőanyag-cellás rendszerek: ~0,3 – 5 kWe,
- kereskedelmi/ ipari („commercial/industrial scale”) léptékű tüzelőanyag-cellás rendszerek: ~100 – 500 kWe,
- közmű („utility scale”) léptékű tüzelőanyag-cellás rendszerek: ~1 MWe-től több tíz MWe teljesítményig. A jelenleg működő legnagyobb tüzelőanyag-cellás rendszer 59 MWe kapacitású. Dél-Koreában működik és 2,8 MW egységteljesítményű MCFC tüzelőanyag-cella kötegekből, azaz stack-ekből épül fel.
A fixen telepített berendezések mellett természetesen léteznek hasonló célú (így a telepített alkalmazások közé sorolt), de mozgatható változatok is (konténeres, utánfutós stb. megoldások). Ezek általában a kisebb teljesítmény igényeket (5-100kW) képesek lefedni. Érdekes koncepció ezen a területen a Toyota elképzelése, járműveinek energiatermelési célú hasznosításával kapcsolatban: némely országban az eladott Mirai-ok csomagterébe szereltek egy csatlakozót, amin keresztül villamos energiát lehet vételezni, amit az autó tüzelőanyag-cellája állít elő. Ezzel akár egy háztartást is el lehet látni árammal szükség esetén. Ennek a koncepciónak egy másik változata szerint tüzelőanyag-cellás buszokból álló, energiatermelő „kiserőművekkel” ajánlják megoldani katasztrófa sújtotta övezetek vagy infrastruktúrával gyengén ellátott területek átmeneti energiaellátását.
Tüzelőanyag-cellás tartalék rendszerek
Olyan rendszereknél, ahol követelmény a nagyfokú rendelkezésre állás – mint például adatközpontok, telekommunikációs állomások – igen jelentős anyagi veszteséget okozhat egy áramkimaradás. A tradicionális, akkumulátor csomagokból és/vagy dízel generátorokból álló szükségáramforrások kevésbé szolgáltatnak stabilan energiát.
A hidrogén alapú energiaellátó rendszerek sokkal jobb megoldást kínálnak, a hagyományos áramforrásoknál:
- Könnyen skálázható teljesítmény, rugalmas működési időintervallum.
- Megbízható működés, alacsony fenntartási követelményekkel és távoli vezérléssel.
- Hosszú élettartam, kevés szervizigénnyel.
- Halk, környezetbarát működés.
- Széles működési hőmérséklet tartomány.
Hidrogén mobilitás
Az üzemanyagként használt hidrogén jó eséllyel szén-dioxid-mentesítheti a közlekedést, ha megújuló energiából állítják elő.
Ebben az esetben, a legnagyobb előnye a zéró CO2 és szennyezőanyag kibocsátás, hiszen a melléktermék csupán víz.
Légi közlekedés
A légi közlekedésben, potenciális energiaforrásként tekintenek a hidrogénre, ugyanis az űrutazásban egy ideje már jelen van. Az üzemanyag-cella modulok villamos energiával látják el a repülőgép elektromos rendszerét vészhelyzeti generátorként, vagy kiegészítő tápegységként. Lehetővé teszik a gép hajtóműveinek elindítását, mozgatását a kifutón.
Léteznek már kisméretű drónok is, amelyek üzemanyag-cella által előállított villamos energiával repülnek (https://www.hes.sg/hycopter). Egy amerikai cég pedig a magyar Genevation Aircraft-tal koprodukcióban utasszállító drónt tervez, üzemanyag-cellás meghajtással (https://www.youtube.com/watch?v=cPfBhZYKm2E).
A jövőben a légi közlekedésben is cél lesz a zéró emisszió: jelenleg néhány nagy gyártónál hidrogénnel táplálható, átalakított gázturbinákkal folynak kísérletek.
(https://totalcar.hu/magazin/2020/01/29/uzemanyagcellas_szemelyszallito_dron_keszul_magyarorszagon/)
Vízi közlekedés
A vízi közlekedésben is használnak fedélzeti energiaforrásként hidrogént, meghajtásként való alkalmazása kezdeti fázisban van még, kisebb személyszállító hajóknál, kompoknál.
Ezen a területen a KONTAKT-Elektro Kft. is érdekelt: 2013-ban a balatonlellei Boat Show-n mutatta be a cég az első, 2.7 kW-os üzemanyag-cellás kishajóját, majd a 2020-as balatonkenesei Boat Show-n a már partról tölthető hidrogéntárolóval felszerelt, 15 kW-os jachtját. (H2-evolution jacht.pdf).
Vasúti közlekedés
A világ első üzemanyag-cellás vonatának, az Alstom-gyártotta Coradia iLint-nek a 2018-as üzembe állítása óta egyre erősebb az érdeklődés a technológia vasúti alkalmazása iránt. A Coradia iLint 2020 szeptembere óta már Ausztriában is üzemel, valamint aláírtak egy szerződést a holland vasúttársasággal is.
Az Alstom mellett a Siemens is belekezdett saját üzemanyag-cellás vonatának kifejlesztésébe, ami a cég elektromos vasúti kocsiján, a Mireo Plus-on alapul.
Nehézgépjárművek, buszok
A levegőszennyezés komoly egészségügyi probléma, és a szállítmányozási szektor ebben jelentős résztvevő. A zéró-kibocsátás szükségessége ezeknél a járműveknél még sohasem volt nagyobb.
Összehasonlítva az akkumulátoros-elektromos teherautókkal, az üzemanyag-cella technológia nagyobb hatótávot, teljesítményt, terhelhetőséget és gyors újratölthetőséget kínál.
Egy sorozat gyártott üzemanyag-cellás teherautó specifikációi a következő:
- Töltési idő: 8-20 perc.
- Hatótávolság: ~400 km.
- 190 kW teljesítmény.
A városi tömegközlekedésben is sokan az üzemanyag-cellás meghajtás térhódítására számítanak. Több nagyvárosban kezdődtek demonstrációs és tapasztalat-gyűjtési céllal projektek üzemanyag-cellás buszflották üzemeltetésével összefüggésben. A https://www.fuelcellbuses.eu/ oldalon részletes információk találhatók az európai projektekkel kapcsolatban. Az első, 2010-es projekt indítása óta több, mint 11 millió kilométer futási teljesítményt gyűjtöttek össze a résztvevő buszok.
Személyautók
A csak tisztán akkumulátoros, zéró-emissziót kibocsátó személyautók egyetlen alternatívája a hidrogén üzemanyag-cella.
Bár a hidrogén tiszta energiahordozó, kedvező kémiai tulajdonságokkal, még nem vált népszerű üzemanyaggá a közúti közlekedésben. Az elmúlt néhány év tapasztalata alapján azonban a személyautók esetében is egyre jobban középpontba fog kerülni a technológia.
Manapság már rengeteg gyakorlati tapasztalat áll rendelkezésre az üzemanyag-cellás személyautók terén. Ez annak köszönhető, hogy több nagyobb autógyártó a 2010-es évek közepén elkezdte az autók sorozatgyártását, amelyek már ugyanolyan minőséget nyújtanak, mint a hagyományos belső égésű példányaik. Egy közepes méretű üzemanyag-cellás autó ára még mindig jóval magasabb, mint a hagyományos belsőégésű versenytársaké, de ez a tömeggyártással lényegesen csökkenni fog.
A Toyota Mirai vagy a Hyundai Nexo (korábban ix35) már jelentős flottával bír Nyugat-Európa országaiban. A Toyota Magyarország 2021-re tervezi a Mirai hazai forgalomba hozatalát, ami lendületet adhat a régóta tervezgetett első magyarországi hidrogéntöltő állomás megépítésének.