Mobiilseadmeid saab täita nagu tulemasinaid

Tulevikus täidame oma mobiilseadmeid, nagu praegu täidetakse tulemasinaid. Kas laseme need kioskis spetsiaalsel seadmel täita või haarame poeriiulilt pudeli kütuselemendi kütust, millega seadmeid vajalikul hetkel täita.

Kütuselemendi arendamisega on tegelenud seni kõige rohkem auto- ja sõjatööstus ning energeetikaettevõtted. On tekkinud ka mitmeid kütuselemendile spetsialiseerunud firmasid. Eestis tegeleb kütuselemenditehnoloogia arendamisega AS Elcogen, mis teeb tihedat koostööd Eesti keemia ning füüsika valdkondade tippteadlastega. Riikide lõikes on kütuselemendi arendamisel esirinnas USA, kus on tekkinud juba väga mitmeid selle tehnoloogia arendamisele spetsialiseerunud firmasid. Mobiilseadmetele mõeldud kütuselementide vallas tegeletakse praegu probleemiga, kuidas elemendi mõõtmeid vähendada, et see näiteks mobiiltelefoni sisse ära mahuks. Kuna kütuselemendi poolt toodetava elektrivoolu tugevus sõltub otseselt elektroodide ja elektrolüüdi vahelise puutepinna suurusest, otsitakse võimalusi, kuidas seda puutepinda maksimeerida. USA firma STMicroelectronics teatas hiljuti, et on teinud edusamme selle probleemi lahendamisel. Nad on oma arendustöö tulemusena jõudnud lahenduseni, kus kütuselement implementeeritakse kolmedimensioonilise struktuurina, mis koosneb tuhandetest mikrokanalitest, mis maksimeerivad gaaside, katalüsaatorite ning elektroodide vahelist kokkupuutepinda.

Spetsialistid arvavad, et kütuselement jõuab tavakasutusse juba lähitulevikus, võib-olla isegi järgmisel aastal. Autotööstuses võtab kütuselemendi levik rohkem aega, sest muude tehniliste probleemide lahendamise hulgas on vaja ka välja ehitada vesinikutanklate võrgustik. Esimesena peaks kütuselement jõudma statsionaarsetesse süsteemidesse ning kaasaskantavatesse seadmetesse.

Kütuselement kasutab kütusena vesinikku sisaldavaid aineid või puhast vesinikku ning toodab elektrit ja soojust. Kui kasutada puhast vesinikku, on elektri tootmise kõrvalproduktid vaid soojus ja vesi. Täna on puhta vesiniku saamine ja kasutamine veel liiga kallis, seepärast kasutatakse kütusena vesinikku sisaldavaid aineid ? maagaas, bensiin, metanool jms. Sellise kütuse kasutamine tekitab kütuselemendis erinevalt puhtast vesinikust ka teisi jääkaineid peale vee. Kuid võrreldes praegu masskasutuses olevate elektritootmise tehnoloogiatega on kütuselement siiski väga puhas ja keskkonnasõbralik elektrienergia tootmise viis. Kütuselement koosneb kolmest põhiosast: anood, katood ning nende vahele jääv elektrolüüt. Anoodist ja katoodist pääsevad nende suure poorsuse tõttu gaasid läbi. Olenevalt elemendi tüübist juhib elektrolüüt kas hapniku ioone katoodilt anoodile või prootoneid anoodilt katoodile. Et protsess tasakaalustuks, liiguvad elektronid mööda välist vooluringi anoodilt tagasi katoodile, tekitades elektrivoolu. Elektroodides toimuvate elektrokeemiliste protsesside ning elektrolüüdi takistuse mõjul tekib ka soojus.

Kütuselemendi tööpõhimõte avastati 1839. aastal. 40 aasta eest hakati kütuselementi kasutama USA kosmoseagentuuri NASA kosmoselaevade energiavarustuses. Kütuselemendi kommertskasutusse võtmine muutus aktiivseks tegevuseks alles möödunud kümnendil. Algselt ei usutud, et see ülikallis tehnoloogia jõuaks massidesse. Aja möödudes avanesid paljud uued tehnoloogilised võimalused ning kütuselemendi tehnoloogia arendamisele avaldas survet ka olukord energeetikaturul ? aina suuremaks muutus vajadus keskkonnasõbralike ning varustuskindlate energiatehnoloogiate järele.

Autor: Lauri Tibbo