====== (H2) Elektrolyzér vody.  ======

{{:zadani:texty:txt_432.pdf|Studijní text}}

===== Pracovní úkol =====

  - Seznamte se s edukačním setem elektrolyzéru vody s protonově vodivou membránou (PEM-WE). K dispozici budete mít také rozebranou celu, abyste si mohli prohlédnout její vnitřní stavbu, princip fungování a ujasnit si celkovou reakci (3) a jednotlivé půlreakce probíhající na anodě (OER (1)) a katodě (HER (2)).
  - Nastavte na PEM-WE operační teplotu 30°C. Pomocí odměrného válce ověřte, jestli zobrazovaný údaj generace H<sub>2</sub> v ml min<sup>-1</sup> odpovídá skutečnosti (t.j. zkontrolujte, že PEM-WE není částečně ve zkratu). Měření realizujte při čtyřech různých proudech. Do grafu vyneste Vámi změřené hodnoty, zobrazované hodnoty a Vámi vypočtené teoretické hodnoty.
  - Změřte čtyři IV křivky (závislosti napětí na proudové hustotě) PEM-WE při různých teplotách (30°C, 40°C, 50°C, 60°C). Vyneste je do společného grafu, kde na sekundární ose X (nahoře) bude správný tok vzniklého vodíku a na sekundární ose Y (vpravo) bude napěťová účinnost systému //η<sub>U</sub>//. 
  - Vypočtěte kolik gramů vodíku vyprodukuje systém v režimu konstantního proudu při 25 A za 10 minut při jednotlivých operačních teplotách (30°C, 40°C, 50°C, 60°C) a kolik chemické energie LHV je v něm uložené. Diskutujte, při které teplotě PEM-WE pracuje nejefektivněji. Ukažte, že účinnost //η// konverze elektrické energie (dopočtené z údajů na obrazovce PEM-WE) na chemickou energii LHV ve vodíku dobře odpovídá napěťové účinnosti //η<sub>U</sub>//.
  - Vyrábějte vodík při proudu 25 A a 60 °C po dobu 10 minut a zachycujte ho do balónku. Pomocí kalorimetrického experimentu, při němž budete ohřívat známý objem vody, dokažte, že je vodík nejvýhřevnější palivo, t.j. má nejvyšší gravimetrickou hustotu energie.
  - Uvědomte si, že údaje na obrazovce řídícího panelu elektrolyzéru zobrazující napětí a proud jsou získané čtyřbodovou metodou, nezohledňují tedy napěťové a v důsledku toho i výkonnostní ztráty na kabelech. Pomocí měřiče spotřeby energie v síti určete, kolik energie by bylo potřeba na výrobu 1 kg H2 při 60 °C a proudu 25 A v případě následujícího realistického scénáře: //Čerpací stanice napájená z obnovitelných zdrojů si prostřednictvím PEM-WE vyrábí H2 pro vodíkové automobily. PEM-WE je dostatečně velký, aby se sám svým chodem ohřál na operační teplotu 60 °C, kterou si pak reguluje intenzitou průtoku vody. Jeho voltampérová charakteristika je shodná s Vámi měřeným systémem, je však nutno uvažovat spotřebu vodní pumpy, řídícího rozhraní a výkonové ztráty na kabeláži.//
  - Vyčíslete kolik by stálo dotankování vodíkového automobilu Hyundai Nexo na dojezd 100 km, jestliže na stlačení vodíku na požadovaných 700 bar se spotřebuje 3 kWh na kilogram H2. Energii na výrobu H2 uvažujte podle realistického scénáře z bodu 6. Porovnejte cenu dotankování na 100 km dojezd s modelem Tucson s konvenčním spalovacím motorem. Vyhodnoťte, jestli je již vodíková doprava cenově porovnatelná a perspektivní.
===== Užitečné informace =====
{{:zadani:elektrolyzer1.png?800|}}