{"id":3994,"date":"2005-07-11T01:54:45","date_gmt":"2005-07-10T22:54:45","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fyysika.ee\/uudised\/?p=3994"},"modified":"2010-07-11T01:54:59","modified_gmt":"2010-07-10T22:54:59","slug":"kutuseelemendid","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fyysika.ee\/?p=3994","title":{"rendered":"K\u00fctuseelemendid"},"content":{"rendered":"

Yaakov Vilenchik, Emanuel Peled ja David Andelman, PhysicsWorld, jaanuar 2010<\/p>\n

Vesiniku kasutamine autok\u00fctusena v\u00f5ib n\u00e4ida hetkel veel k\u00fcll \u00fcsna kauge tulevikuna, kuid Yaakov Vilenchik, Emanuel Peled ning David Andelman kinnitavad, et kliimamuutustega v\u00f5itlemise ajastul on see siiski t\u00e4iesti realistlikuks alternatiiviks bensiinile ja diislik\u00fctusele.<\/strong><\/p>\n

\"\"2008. aasta suvel lakke t\u00f5usnud naftahinnad sundisid pea igat maalast oma rahakotti kergendama. K\u00f5ige r\u00e4ngema hoobi said s\u00f5idukijuhid, sest bensiini hind tanklates oli k\u00f5rgem kui kunagi varem, kuid suurenenud transpordikulud hakkasid peagi kajastuma ka toidukaupade hinnas ning selle t\u00f5usu eest ei suutnud pageda enam \u00fckski tarbija.
\nTolle ajaga v\u00f5rreldes on hinnad t\u00e4naseks tublisti langenud \u2013 osaliselt v\u00f5ime selle eest t\u00e4nada \u00fclemaailmset majanduslangust, mille t\u00f5ttu on v\u00e4henenud ka energian\u00f5udlus. Sellegi poolest ei takista miski naftabarreli hinda j\u00e4lle uutesse k\u00f5rgustesse t\u00f5usmast. Kuigi naftatootjad ei v\u00e4si meile kinnitamast, et naftavarude tuleviku p\u00e4rast pole m\u00f5tet muretseda, v\u00f5ib \u00fclemaailmne tootmine juba enne k\u00e4imasoleva sajandi keskpaika uude haripunkti j\u00f5uda ning sel juhul ei suuda pakkumine enam n\u00f5udlust rahuldada ja hinnad t\u00f5usevad j\u00e4lle lakke.
\nK\u00f5ikuvate naftahindade n\u00f5iaringist p\u00e4\u00e4semiseks tuleb meil leida alternatiive praegustele bensiini- ja diiselmootoritele. Alternatiivsete v\u00f5imaluste nimekiri pole k\u00fcll pikk, kuid seal on siiski paar ideed, mida tasuks t\u00f5siselt kaaluda \u2013 nendeks on elektriautode j\u00f5uallikana kasutatavad laaditavad akud ja k\u00fctuseelemendid. Kuna t\u00f6\u00f6tamisel ei eraldu neist kasvuhoonegaase, v\u00f5iksid nad anda suure panuse ka kliimamuutustega v\u00f5itlemisse, sest rahvusvahelise mootors\u00f5idukitootjate organisatsiooni OICA andmetel on autotranspordi osa kogu maailma s\u00fcsihappegaasi emissioonist hetkel tervelt 16%.<\/p>\n

Laaditaval akul on mitmeid eelisi \u2013 tal on k\u00f5rge kasutegur, kulub aeglaselt ning t\u00f6\u00f6tab suhteliselt vaikselt ja puhtalt. Viimaste aastate jooksul on tublisti arenenud ka liitiumtehnoloogial p\u00f5hinevad akud, mis on n\u00fc\u00fcd kergemad, v\u00e4iksemad ning vastupidavamad kui kunagi varem. Neid hakati hiljuti testima ka h\u00fcbriidautodes nagu Toyota Prius, kus akut kasutatakse koos v\u00e4ikese ja \u00f6konoomse, konstantsel kiirusel t\u00f6\u00f6tava sisep\u00f5lemismootoriga. Pidurdamisel aku laeb ning see aitab v\u00e4hendada nii k\u00fctusekulu (2\/5 v\u00f5rra) kui ka emiteeritavate kasvuhoonegaaside hulka. V\u00e4ikestest h\u00fcbriidelektriautodes kasutatavatest akudest ei piisa aga t\u00f5elise \u00f6koloogilise revolutsiooni vallandamiseks \u2013 selleks l\u00e4heks vaja juba selliseid elektriautosid, kus laetavad akud oleks ainsaks j\u00f5uallikaks.<\/p>\n

Ainult elektri j\u00f5ul t\u00f6\u00f6tavad autod on k\u00fcll juba praegu olemas, kuid neil on veel mitmeid puudusi: kuna akud on rasked ning ei suuda kuigi palju energiat talletada, j\u00e4tkub neil j\u00f5udu vaid umbes 250 km pikkuse vahemaa l\u00e4bimiseks; akud t\u00f6\u00f6tavad vaid \u00e4\u00e4rmiselt kitsas temperatuurivahemikus; kui aku saab t\u00fchjaks, on auto t\u00e4iesti kasutusk\u00f5lbmatu; laadimine v\u00f5tab mitu tundi ning aku pidev kasutamine ja laadimine v\u00e4hendab selle j\u00f5udlust. Peale selle on probleeme ka ohutusega, sest l\u00fchised ning k\u00f5rged temperatuurid v\u00f5ivad tekitada elektroodide ja elektrol\u00fc\u00fcdi vahel reaktsiooni, mis muudab aku kasutusk\u00f5lbmatuks. Lisaks on elektriautod ka \u00e4\u00e4rmiselt kallid. Nendele probleemidele vaatamata m\u00e4ngivad nii h\u00fcbriidajami kui akudega t\u00f6\u00f6tavad elektriautod tulevikus kindlasti olulist rolli meie naftatarbimise v\u00e4hendamises.<\/p>\n\n\n\n\n
\"\"<\/td>\n<\/tr>\n
H\u00e4\u00e4led sisse! <\/strong>General Motors on tootnud Chevrolet Equinoxil p\u00f5hineva k\u00fctuseelemendil t\u00f6\u00f6tavat s\u00f5iduriista, mille tippkiirus on 160 km\/h ning mis kiirendab nullist sajani 12 sekundiga.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Eelneva info valguses tundub k\u00fctuseelement olevat auto jaoks igati m\u00f5istlikum lahendus \u2013 selle tugevad k\u00fcljed on suuresti samad mis akudel, kuid puuduste nimekiri on m\u00e4rkimisv\u00e4\u00e4rselt l\u00fchem. Erinevalt akust ei talletata k\u00fctuseelemendi keemilist energiat mitte selle sees, vaid eraldi mahutis (n\u00e4iteks autosse sisse ehitatud vesinikupaagis), kust seda siis pideva \u00fchtlase survega k\u00fctuseelementi suunatakse. See on aga m\u00e4\u00e4rava t\u00e4htsusega, sest just t\u00e4nu v\u00e4lisele k\u00fctusemahutile suudab k\u00fctuseelementi kasutav auto l\u00e4bida korraga pikema vahemaa kui tema akutoitel rivaal ning lisaks on vesinikupaagi t\u00e4itmine pea sama lihtne kui bensiini tankimine.
\nK\u00fctuseelemendiga autod on oma akutoitega sugulastest ka tunduvalt kergemad. N\u00e4iteks saab \u00fche 130 kg kaaluva 300 liitrise paagiga, kuhu mahub 6 kg vesinikku, s\u00f5ita maha umbkaudu 500 km. Liitiumioonakuga masinal l\u00e4heks sama vahemaa l\u00e4bimiseks vaja 800 kg kaaluvat 650 liitrise mahuga akut. K\u00fctuseelemendid on akudest etemad ka oma t\u00f6\u00f6ks vajaliku temperatuurivahemiku poolest ning nad suudavad toota energiat, mille v\u00f5imsus ulatub vattidest megavattideni \u2013 see v\u00f5imaldab neid kasutada ka transpordist sootuks erinevates valdkondades. Vaatamata k\u00f5igile neile eelistele, on k\u00fctuseelementidel aga ka omad puudused, millest allpool t\u00e4psemalt juttu tuleb ning seet\u00f5ttu pole ka sugugi kindel, milline neist kahest tehnoloogiast tulevikust domineerima hakkab.<\/p>\n\n\n\n
\n
\n

L\u00fchi\u00fclevaade: k\u00fctuseelemendid<\/strong><\/p>\n<\/div>\n

    \n
  • K\u00fctuseelemendid ja laaditavad akud on realistlikud alternatiivid sisep\u00f5lemismootoritele ning nende kasutamine aitaks v\u00e4hendada autode poolt emiteeritavaid kasvuhoonegaase, mis moodustavad hetkel tervelt 1\/6 kogu maailma s\u00fcsihappegaasi emissioonist.<\/li>\n
  • Elektrokeemilise k\u00fctuseelemendi k\u00fctuseks kasutatakse vesinikku, mis reageerib hapnikuga \u2013 reaktsiooni saaduseks on elektrienergia, vesi ja soojus.<\/li>\n
  • Termod\u00fcnaamika seaduste j\u00e4rgi on k\u00fctuseelemendi teoreetiline kasutegur peaaegu 100%, praktikas j\u00e4\u00e4b see alla 70%.<\/li>\n
  • Vesiniku t\u00f6\u00f6stuslik tootmine ja transportimine on k\u00fcll \u00fcsna levinud, kuid selleks, et vesinik muutuks atraktiivseks alternatiiviks bensiinile ja diislik\u00fctusele, peab langema selle hind ning paranema tankimisv\u00f5imalused.<\/li>\n<\/ul>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

    K\u00fctuseelemendi arendamisel on suurimaks v\u00e4ljakutseks materjalide ja meetodite leidmine, mis muudaksid j\u00f5uallika efektiivsemaks ja majanduslikult tasuvamaks ning annaks talle seega v\u00f5imaluse v\u00f5istelda bensiini- ja diiselmootoritega. Hetkel t\u00f6\u00f6tavad selle eesm\u00e4rgi saavutamise nimel mitmed maailma juhtivad autotootjad ning General Motors, Toyota, Mercedes Benz, Fiat ja mitmed teisedki on tulnud v\u00e4lja ka oma ideeautodega. General Motors on astunud veel \u00fche sammukese edasi ning tootnud umbkaudu 100 k\u00fctuseelemendil t\u00f6\u00f6tavat Chevrolet Equinoxi, mis on kokku l\u00e4binud juba \u00fcle 1,5 miljoni kilomeetri. Ettev\u00f5tmise eesm\u00e4rgiks on anal\u00fc\u00fcsida auto k\u00e4itumist ning saada tagasisidet juhtidelt ja kaasreisijatelt. J\u00e4rgmise k\u00fcmne aasta jooksul loodavad nad turule lasta m\u00f5ni tuhat sellist s\u00f5iduriista.<\/p>\n

    Roheline elektrienergia<\/strong>
    \nK\u00fctuseelemendid erinevad \u00fcksteisest k\u00fcll disaini, materjalide, t\u00f6\u00f6ks vajaliku temperatuurivahemiku ja v\u00e4ljundv\u00f5imsuse poolest, kuid t\u00f6\u00f6p\u00f5him\u00f5te on neil k\u00f5igil \u00fcks. Protsess algab anoodil, kus vesiniku molekul l\u00f5hutakse kaheks vesinikiooniks ning kaheks elektroniks. Elektriv\u00e4li ja kahe elektroodi vahelised kontsentratsioonigradiendid suunavad tekkinud vesinikioonid (prootonid) edasi katoodile. Teel l\u00e4bivad nad negatiivse laenguga prootonjuhtmembraani (vt joonis). Kuna membraan laseb l\u00e4bi vaid prootoneid, siis anoodil vesiniku molekulidest eraldatud elektronid seda l\u00e4bida ei suuda. Laengute eraldumine tekitab kahe elektroodi vahel pinge, mis vastabki elemendi v\u00e4ljundpingele. Selle maksimumv\u00e4\u00e4rtus on k\u00fcll vaid 1,23 volti, kuid elemente omavahel \u00fchendades (kokku v\u00f5ib neid olla isegi m\u00f5nisada) on v\u00f5imalik toota ka m\u00e4rkimisv\u00e4\u00e4rselt k\u00f5rgemat pinget.<\/p>\n\n\n\n\n
    \"\"<\/td>\n<\/tr>\n
    Pulbitsev energia<\/strong> K\u00fctuseelement toodab energiat keemilise reaktsiooniga, kus osalevad hapnik, vesinikioonid ja elektronid. Anoodil tekkinud vesinikioonid suunatakse l\u00e4bi membraani katoodile. Membraane tehakse enamasti Nafioni-nimelisest pol\u00fcmeerist, millel on teflonist \u201ekarkass\u201c, kuhu kinnituvad negatiivse laenguga v\u00e4\u00e4veltrioksiidi r\u00fchmad. Anoodil tekkinud elektronid ei suuda membraani l\u00e4bida ning suunatakse seet\u00f5ttu katoodile l\u00e4bi v\u00e4lise vooluringi.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

    Kui k\u00fctuseelemendi kahe elektroodi vahele on loodud v\u00e4line vooluring, liiguvad membraani poolt \u201eh\u00fcljatud\u201c elektronid seda m\u00f6\u00f6da anoodilt katoodile, kus tekib keemilise reaktsiooni k\u00e4igus vesi. Reaktsioonis osalevad nii \u00f5huhapniku molekulid, mis on eelnevalt hapniku aatomiteks l\u00f5hutud, l\u00e4bi membraani l\u00e4inud vesinikioonid kui ka v\u00e4list vooluringi pidi saabunud elektronid. Kuna vee molekulide keemiline energia on v\u00e4iksem kui vesiniku ja hapniku molekulide energiad kokku, j\u00e4\u00e4b energiat \u00fcle ning see suudab elektriga varustada mistahes elektriseadet, mis elektroodide vahelisse v\u00e4lisesse vooluringi \u00fchendada.<\/p>\n

    Siin tuleb ilmsiks ka sarnasus elektriakuga. Nad m\u00f5lemad muundavad keemilist energiat elektrienergiaks, kuid k\u00fctuseelemendis ei hoita keemilise energia varusid mitte j\u00f5uallika sees, vaid juhitakse sinna eraldi vesinikumahutist. Ka kasutatakse k\u00fctuseelementides katal\u00fcsaatorit, sest reaktsiooni toimumise kiirus s\u00fcsielektroodidel oleks muidu piisava koguse elektri tootmiseks liiga aeglane. On kulutatud palju aega ja vaeva, et t\u00f6\u00f6tada v\u00e4lja katal\u00fcsaatoreid, mis kataks elektroodid, t\u00f5staksid oks\u00fcdatsiooni ja reduktsiooni kiirust ning v\u00f5imendaksid sellega v\u00e4lisesse vooluringi j\u00f5udvat elektrivoolu.<\/p>\n

    Kasutegurite k\u00f5rvutamine<\/strong>
    \nK\u00fctuseelementide kasutegur on \u00e4\u00e4rmiselt k\u00f5rge \u2013 tavaliselt muundavad nad vesinikus ja hapnikus talletunud keemilisest energiast elektrienergiaks 50\u201370%. Elektrimootor ei suuda aga kogu seda elektrienergiat mehaaniliseks energiaks muundada. Selle protsessi k\u00e4igus l\u00e4heb raisku umbes 10% k\u00fctuseelementidelt saadud energiast. Autode puhul kulutavad lisaenergiat ka \u00f5hutakistus ja rehvide h\u00f5\u00f5rdumine. K\u00fctuseelemente kasutava auto \u00fcldine kasutegur on seega umbkaudu 35\u201340% (paagist rattani), mis on m\u00e4rkimisv\u00e4\u00e4rselt k\u00f5rgem kui keskmise sisep\u00f5lemismootori 15% kasutegur (silmas tuleb pidada siin ka seda, et viimase tehnoloogia t\u00e4iustamiseks on olnud m\u00e4rksa rohkem aega).<\/p>\n

    K\u00fctuseelemendid ei ole sisep\u00f5lemismootoritest paremad aga mitte \u00fcksnes praktilisest vaatenurgast, vaid on v\u00f5imelised saavutama ka m\u00e4rksa k\u00f5rgemaid teoreetilisi kasutegureid. Sisep\u00f5lemismootori (aga ka aurumootori) k\u00f5rgeima v\u00f5imaliku kasuteguri m\u00e4\u00e4rab kindlaks termod\u00fcnaamika teine seadus, mille kohaselt saab suletud s\u00fcsteemi entroopia kas kasvada v\u00f5i samaks j\u00e4\u00e4da, kuid mitte kunagi v\u00e4heneda. Sisep\u00f5lemismootorid muundavad k\u00fctuses leiduva keemilise energia soojuseks, mis on oma olemuselt \u201eentroopne\u201c energia. Seej\u00e4rel muundatakse soojus mehaaniliseks t\u00f6\u00f6ks, mis on m\u00e4rksa \u201evaoshoitum\u201c energialiik ning entroopia mootoris kahaneb. Kuna teine seadus ei luba entroopial aga v\u00e4heneda, soojendab \u00fclej\u00e4\u00e4nud energia \u00fcmbritsevat keskkonda, suurendades selle entroopiat. T\u00f6\u00f6 k\u00e4igus l\u00e4heb sisep\u00f5lemismootori p\u00f5lemiskamber aga nii kuumaks, et seda on vaja jahutada ning nii l\u00e4heb raisku veel hulganisti v\u00e4\u00e4rtuslikku soojusenergiat. Lisaks sellele kaob soojusenergiat ka kuumade heitgaaside n\u00e4ol.
    \nK\u00fctuselemendi puhul, kus keemiline energia muundatakse elektrienergiaks aeglaselt ja rahulikult, on teoreetiline kasutegur aga 100%. P\u00f5hjuseks on see, et k\u00fctuseelemendid pole soojusmootorid ning aeglaste elektrokeemiliste ja oks\u00fcdatsiooniprotsesside k\u00e4igus eraldub v\u00e4he soojust. Madalal t\u00f6\u00f6v\u00f5imsusel v\u00f5ivad praegused k\u00fctteelemendid j\u00f5uda 100% v\u00e4ga l\u00e4hedale, kuid v\u00e4ljundv\u00f5imsuse t\u00f5stmisel suureneb ka eralduva soojuse hulk ning kasutegur langeb drastiliselt.
    \nK\u00fctuseelemendi ja sisep\u00f5lemismootoriga s\u00f5idukite kasutegurite ausaks v\u00f5rdlemiseks tuleb v\u00f5tta arvesse ka vastavate k\u00fctuste \u2013 bensiini, diislik\u00fctuse, vesiniku \u2013 tootmisega seotud kasutegurid. See ei ole aga niisama lihtne, sest vesinikku saab toota v\u00e4ga mitmel eri viisil ning k\u00f5igil neil on erinevad kasutegurid ja k\u00f5rvalsaadused.<\/p>\n

    Tausts\u00fcsteemid<\/strong>
    \nK\u00fctuseelemendid vajavad k\u00fcll veel t\u00e4iustamist, kuid sellele vaatamata tundub olevat tegu \u00e4\u00e4rmiselt hea ja k\u00f5rge kasuteguriga energiaallikaga \u2013 on ju selle ainsaks k\u00f5rvalsaaduseks vaid vesi ning ka elemendi k\u00fctusena kasutatavat vesinikku leidub Maal k\u00fcllaga. K\u00fctuseelementidel on aga ka omad puudused. N\u00e4iteks tuleb gaasilises olekus vesinik k\u00f5igepealt toota, konteinerisse kokku suruda ja ladustada ning kuigi k\u00f5ik need etapid on \u00fcsna k\u00f5rge kasuteguriga, eraldub nende protsesside k\u00e4igus ka omajagu kasvuhoonegaase. Probleemiks on ka see, et kuigi vesinikku on Maal palju \u2013 oma rohkuse poolest on ta elementidest kolmandal kohal \u2013 moodustab k\u00fctuseelementide t\u00f6\u00f6ks vajalik gaasiline vesinik \u00f5hust vaid \u00fche miljondiku.
    \n\u00d5nneks on vesiniku t\u00f6\u00f6stuslik tootmine \u00fcsna levinud. Naftat\u00f6\u00f6tlemistehastes tarvitatakse seda naftast v\u00e4\u00e4vli eemaldamiseks ning s\u00fcsivesinike l\u00f5hkumiseks. Lisaks sellele kasutatakse vesinikku ka ammoniaagi ja muude kemikaalide tootmisel. Vesiniku tootmismaht on sedav\u00f5rd suur, et selle valmistamine moodustab 2% kogu maailma energiatarbimisest \u2013 kui seda kasutataks vaid autok\u00fctusena, moodustaks see tervelt 1\/5 vajaminevast k\u00fctusekogusest.<\/p>\n

    Enamasti toodetakse vesinikku naftast ja maagaasist. Kuigi \u00f5husaaste seisukohast v\u00f5ttes pole need just parimad lahendused, toetub l\u00e4hituleviku vesinikumajandus arvatavasti siiski just nendele toorainetele. See tooks kaasa vesiniku laialdasema kasutamise ning v\u00f5imaldaks minna tasapisi \u00fcle ka \u201epuhtama ja rohelisema\u201c vesiniku tootmisele. Vesiniku tootmisel tekib k\u00f5rvalsaadusena k\u00fcll ka s\u00fcsihappegaas, kuid hea uudis asja juures on, et selle emissiooni saab palju kergemini kontrolli alla hoida kui sisep\u00f5lemismootori tekitatavaid kasvuhoonegaase.<\/p>\n

    Vesiniku tootmiseks on aga ka alternatiivseid meetodeid. \u00dcks neist on n\u00e4iteks biomassi soojendamine hapniku ja veeauru keskkonnas. Kuigi ka see protsess tekitab kasvuhoonegaase, tarbisid toorainena kasutatavad taimed oma elu jooksul fotos\u00fcnteesi k\u00e4igus rohkesti s\u00fcsihappegaasi. T\u00e4helepanu tasub p\u00f6\u00f6rata ka sellele, et kasutatavad taimed eraldaksid kasvuhoonegaase ka siis, kui nad loodusesse m\u00e4danema ja lagunema j\u00e4tta. Teise keskkonnas\u00e4\u00e4stliku l\u00e4henemise puhul kasutatakse p\u00e4ikese-, tuule- ja tuumaenergiat, mille j\u00f5ul k\u00e4ivitatakse elektrol\u00fc\u00fcs ning l\u00f5hutakse vee molekule. See tehnoloogia on aga alles lapsekingades ning tootmiskulud hetkel veel \u00e4\u00e4rmiselt k\u00f5rged.<\/p>\n

    K\u00fctuseelemendi kahjuks r\u00e4\u00e4gib ka asjaolu, et kuna gaasilises olekus vesinik on lenduv ning \u00e4\u00e4rmiselt tuleohtlik, on sellega keeruline \u00fcmber k\u00e4ia. Olukorra teeb veelgi ohtlikumaks see, et vesiniku p\u00f5lemisel tekkiv leek on peaaegu n\u00e4htamatu ning gaasi p\u00f5lemiseks vajalik kontsentratisoonivahemik \u00f5hus v\u00e4ga lai. Neile probleemidele vaatamata transpordivad ja ladustavad vesinikku mitmed t\u00f6\u00f6stusettev\u00f5tted ning seda ilma \u00f5nnetusjuhtumiteta \u2013 samu ettevaatusabin\u00f5usid saaks kasutada ka k\u00fctuseelementide vesinikupaakidega tegelemise puhul. Mis puudutab aga k\u00fctuseelementi ennast, siis on seal sees oleva gaasi hulk niiv\u00f5rd v\u00e4ike, et seda ei peeta eriti ohtlikuks.<\/p>\n

    Suureks puuduseks on ka see, et vesiniku transportimine on keeruline ja kallis. Enne \u00fchest kohast teise s\u00f5idutamist viiakse vesinik tavaliselt kas 700-atmosf\u00e4\u00e4rilise r\u00f5hu alla, v\u00f5i veeldatakse, k\u00fclmutades seda 20 K-ni (-253\u00b0C). M\u00f5lemad meetodid kulutavad palju energiat ning n\u00f5uavad lisaks ka mahuteid, mis suudaks taluda kas \u00e4\u00e4rmuslikult k\u00f5rget r\u00f5hku v\u00f5i s\u00e4ilitada v\u00e4ga madalat temperatuuri \u2013 see on ka \u00fcks p\u00f5hjuseid, miks vesinik on kallim kui bensiin v\u00f5i diislik\u00fctus. Seet\u00f5ttu on m\u00f5istlik toota gaasilist vesinikku seal, kus seda parasjagu vajatakse ning valida selleks just selline tehnoloogia, mis sobib k\u00f5ige paremini kohalike oludega. N\u00e4iteks v\u00f5iks isoleeritud v\u00f5i p\u00e4ikesek\u00fcllastes piirkondades toota vesinikku vee molekulide l\u00f5hkumise teel ning kasutada selleks p\u00e4ikeseenergiat.<\/p>\n

    \u00dcleminekuperiood<\/strong>
    \nEt s\u00f5idukiomanikud oma vanad autod k\u00fctuseelemendil t\u00f6\u00f6tavate vastu \u00fcmber vahetaks, tuleks t\u00f5sta oluliselt ka nende kasutegurit ja eluiga. Elemendis kasutatavas membraanis on nanoskoopilised veekanalid, mida vesiniku ioonid oma teekonnal l\u00e4bivad, kuid kuna ioonid haaravad endaga vahel kaasa ka m\u00f5ned vee molekulid, v\u00f5ivad kanalid pikapeale \u201ekuivale j\u00e4\u00e4da\u201c ning k\u00fctuseelemendi kasutegur langeb. Selle parandamiseks v\u00f5ib muuta kas elektroodidevahelist r\u00f5hku, mis surub vee membraani tagasi, v\u00f5i lisada k\u00fctusele veeauru, mis imendub membraani ning ei lase veekanalitel \u00e4ra kuivada. Ka katal\u00fcsaatorit annaks tublisti t\u00e4iustada. Neid tehakse enamasti 3\u20135 nm suurustest plaatina osakestest \u2013 v\u00e4ga haruldasest ja kallist metallist. Kui \u00f5nnestuks t\u00f5sta katal\u00fcsaatorite kasutegurit, v\u00e4hendaks see vajamineva plaatina hulka ning seega ka tootmiskulusid.
    \nP\u00f5hiline takistus k\u00fctuseelementide leviku teel on aga majanduslik, mitte tehniline. Vesinik on fossiilk\u00fctustest kallim ning k\u00fctuseelementide tegemine sisep\u00f5lemismootorite valmistamisest umbes 5 korda kulukam. Praegu ongi peamiseks v\u00e4ljakutseks just kuluvahe v\u00e4hendamine, kuid see n\u00f5uaks k\u00fctuseelementidel t\u00f6\u00f6tavate autode masstootmist ning hetkel ei tundu see just eriti realistliku v\u00f5imalusena. Et avalikkuse huvi vesinikul s\u00f5itvate autode vastu suureneks, oleks vaja rohkem vastavaid tanklaid, kuid \u00fckski ettev\u00f5te pole n\u00f5us investeerima infrastruktuuri enne, kui ollakse t\u00e4iesti kindlad, et see tulevikus neile ka kasumit tootma hakkab.
    \nKuna k\u00fctuseelemendiga s\u00f5idukid ei saa oma tanklatest eriti kaugele s\u00f5ita, kasutatakse neid t\u00e4na peamiselt kohaliku transpordivahendina. Maailmas on hetkel vaid umbes sada vesinikutanklat, millest enamik asub suurlinnades, t\u00f6\u00f6stuspiirkondades ning katsekeskustes. Oma v\u00e4iksele arvule vaatamata on sellised tanklad siiski v\u00e4\u00e4rtuslikud, sest just seal saab olemasolevaid tehnoloogiaid k\u00f5ige paremini proovile panna ning see viib meid vesinikup\u00f5hisele majandusele j\u00e4llegi sammukese l\u00e4hemale.<\/p>\n

    Kui naftahinnad l\u00e4hiaastatel uuesti lakke t\u00f5useksid, suurendaks see m\u00e4rgatavalt elektriautode l\u00e4bim\u00fc\u00fcki. Kuna n\u00f5udlus vesiniku j\u00e4rele kasvaks, siis tootmiskulud v\u00e4heneksid ning uue p\u00f5lvkonna autode \u00fclalpidamine muutuks taskukohasemaks. Kui vesiniku hind energia\u00fchiku kohta oleks kaks korda bensiini ja diislik\u00fctuse omast k\u00f5rgem \u2013 mis on l\u00e4hiajal t\u00e4iesti reaalne \u2013 kompenseeriks k\u00fctuseelemendi suurem kasutegur vesiniku hinna. See annaks meile k\u00f5igile v\u00f5imaluse nautida autos\u00f5itu ilma, et peaksime emiteeritavate kasvuhoonegaaside p\u00e4rast s\u00fc\u00fcmepiinu tundma. Loodetavasti t\u00e4itub see unistus juba l\u00e4hiaastatel.<\/p>\n\n\n\n\n
    K\u00fctuseelemendid pisielektroonikale?<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
    \"\"Viimase k\u00fcmne aasta jooksul on mobiiltelefonide, s\u00fclearvutite ja teiste kaasaskantavate elektrooniliste seadmete l\u00e4bim\u00fc\u00fck h\u00fcppeliselt kasvanud. Kuna n\u00f5udmised toiteallikatele on j\u00e4rsult kasvanud, on n\u00e4htud palju vaeva ka laaditavate liitium- ja nikkelakude t\u00e4iustamisega. See tehnoloogia peab aga kurja vaeva n\u00e4gema, et uue p\u00f5lvkonna seadmetega sammu pidada, sest need n\u00f5uavad \u00fcha kergemaid, v\u00f5imsamaid ja suurema mahutavusega energiaallikaid \u2013 ikka selleks, et mobiiltelefoni ei peaks nii tihti laadima, kuigi see v\u00f5tab rohkem voolu kui vanemad mudelid.
    \nKuigi on v\u00f5imalik, et k\u00fctuseelemendid \u00fchel heal p\u00e4eval akud v\u00e4lja vahetavad, on vesinikk\u00fctuste kasutamine mikroelektroonika puhul t\u00f5eline v\u00e4ljakutse. R\u00f5hu all oleva gaasilise vesinikuga \u00fcmberk\u00e4imine on keeruline ja kallis ning selliste seadmete puhul tuleb vesinikumahuti v\u00e4ljat\u00f6\u00f6tamisel arvesse v\u00f5tta ka seda, et k\u00fctuseelement peab olema kerge. Lisaks on r\u00f5hu alla oleva vesiniku ohutu kasutamine kaasaskantavates seadmetes kordi keerulisem kui s\u00f5idukites, kus on vesiniku kasutamisega kaasnevate riskide maandamiseks m\u00f5eldud kontrolls\u00fcsteemide paigaldamiseks palju rohkem ruumi.<\/p>\n

    Viimase probleemi on mitmed kaasaskantavate k\u00fctuseelementide tootjad lahendanud \u2013 kuigi see v\u00e4hendab kasutegurit, kasutavad nad vesiniku asemel vedelat alkoholi (peamiselt metanooli, aga ka et\u00fcleengl\u00fckooli). Kahte sellist tehnikaimet on n\u00e4ha ka juuresolevatel piltidel. \u00dclemine neist on \u00fche selle artikli autori (Emanuel Peledi) loodud k\u00fctuseelement, kust jagub v\u00e4ikesele s\u00fclearvutile voolu kuueks tunniks. Alumisel pildil oleva vidina t\u00f6\u00f6tasid v\u00e4lja Fujitsu teadlased. See mahutab 18cm3 metanooli, millest piisab kolme liitiumaku laadimiseks. Sedalaadi kaasaskantavates seadmetes kasutatavatesse energiaallikatesse on investeerinud ka teised ettev\u00f5tted, nagu Toshiba, Motorola, Samsung ja NEC. Seda silmas pidades, v\u00f5ivad meie s\u00fclearvutid ja mobiiltelefonid juba \u00f5ige pea alkok\u00fcttele \u00fcle minna.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Yaakov Vilenchik, Emanuel Peled ja David Andelman, PhysicsWorld, jaanuar 2010 Vesiniku kasutamine autok\u00fctusena v\u00f5ib n\u00e4ida hetkel veel k\u00fcll \u00fcsna kauge tulevikuna, kuid Yaakov Vilenchik, Emanuel Peled ning David Andelman kinnitavad, et kliimamuutustega v\u00f5itlemise ajastul on see siiski t\u00e4iesti realistlikuks alternatiiviks bensiinile ja diislik\u00fctusele. 2008. aasta suvel lakke t\u00f5usnud naftahinnad sundisid pea igat maalast oma rahakotti […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_genesis_hide_title":false,"_genesis_hide_breadcrumbs":false,"_genesis_hide_singular_image":false,"_genesis_hide_footer_widgets":false,"_genesis_custom_body_class":"","_genesis_custom_post_class":"","_genesis_layout":"","footnotes":""},"categories":[83],"tags":[77],"class_list":{"0":"post-3994","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","6":"category-fyysika-ee-hoiab-silma-peal","7":"tag-kytuseelemendid","8":"entry"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/3994","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=3994"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/3994\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=3994"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=3994"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=3994"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}