Coșul tău

Log-in / Cont Nou

Ieșire

Creăm energie din apă

Împreună salvăm Planeta

Hydrogen Expert

Creăm energie din apă

Împreună salvăm Planeta

Hydrogen Expert

Cine a inventat celulele de combustibil cu hidrogen?

Primele celule de combustibil au fost inventate în 1838 de Sir William Grove, cu toate acestea a trecut peste un secol până când pilele de combustibil au fost utilizate pentru prima data în scop comercial, ca urmare a invenției celulei de combustibil hidrogen-oxigen de către Francis Thomas Bacon în 1932. Celulele de combustie alcaline, cunoscute și sub denumirea de „Bacon Fuel Cell” după inventatorul lor, sunt utilizate de NASA de la mijlocul anilor 1960, unde sunt utilizate pentru a furniza energie satelitilor și capsulelor spațiale.

Cum funcționează o pilă de combustie cu hidrogen?

Pilele de combustie cu hidrogen generează electricitate utilizând o reacție chimică. Fiecare celulă de combustibil are doi electrozi, un anod negativ și un catod pozitiv. Reacția de producere a energiei electrice are loc la acești electrozi, cu un electrolit care transportă particule încarcate electric între ele și un catalizator pentru a accelera reacțiile. Hidrogenul acționeaza ca un combustibil de bază într-o celulă de combustibil cu hidrogen, dar și celula are nevoie de oxigen pentru a functiona. Unul dintre cele mai mari avantaje ale acestor pile de combustie este că generează electricitate cu foarte puțină poluare sau chiar deloc, deoarece hidrogenul și oxigenul utilizat pentru a genera electricitatea se combină pentru a produce apă ca produs secundar. Celulele care utilizează hidrogen pur ca și combustibil sunt complet lipsite de carbon. Alte tipuri de sisteme de pilă de combustibil includ cele care utilizează combustibili cu hidrocarburi precum gazul natural, biogazul sau metanolul. Deoarece pilele de combustie folosesc mai degrabă o reactie electrochimică decât combustia, ele pot obține eficiențe mai mari decât cu metodele tradiționale de producere a energiei. Acest lucru poate fi îmbunătățit în continuare prin intermediul unor generatoare combinate de caldură și energie care utilizeaza caldura reziduală din celulă pentru aplicații de încălzire sau răcire.

Procesul prin care funcționează o celulă de combustibil poate fi rezumat după cum urmează:

Atomii de hidrogen intra la anod, în timp ce oxigenul este alimentat către catod
Atomii de hidrogen sunt separați în protoni și electroni la anod
Protonii acum încărcați pozitiv, trec prin membrana (sau electrolit) către catod, electronii încarcați negativ urmând o cale diferită, deoarece sunt forțati printr-un circuit pentru a genera electricitate
După ce au trecut prin circuit și membrană în consecință, electronii și protonii se întâlnesc la catod unde se combină cu oxigenul pentru a produce caldură si apă ca sub-produse. Celulele de combustibil singulare nu genereaza o cantitate mare de energie electrică, așa că sunt aranjate în stive pentru a creea suficientă energie pentru scopul propus, indiferent dacă alimentează un dispozitiv digital mic sau o centrală electrică.

Celulele de combustibil funcționează ca bateriile, dar, spre deosebire de baterii. Acestea nu se vor descărca sau nu vor necesita reîncărcare și pot continua să producă energie electrică atâta timp cât au sursa de combustibil (în acest caz, hidrogenul), care acum este mai ușor de furnizat din surse regenerabile.

Fiind compus dintr-un anod, catod și o membrană electrolitică, nu exista părți în mișcare într-o celulă de combustie, ceea ce le face silențioase în funcționare și extrem de fiabile.

Argumente pro și contra

Există o serie de avantaje și dezavantaje asociate cu celulele de combustie cu hidrogen.

Beneficiile includ:

Durabilitate
Securitatea energetică
Flexibilitatea combustibilului
Eficiențe ridicate
Emisii reduse / zero
Funționare silențioasă
Fiabilitate
Scalabilitate

Provocările asociate cu pilele de combustie includ:

1. Cost

Costul producerii celulelor de combustibil folosite în pilele de combustie cu hidrogen este încă ridicat, având în vedere utilizarea platinei ca element principal al materialelor componente. Sunt cercetări în desfașurare pentru a găsi abordări de catalizator non-platină dar pe care să adere platina pentru a fi doar acoperite într-un strat subțire cu acest element, ceea ce ar ieftini mult costurile cu producția.

2. Extragerea hidrogenului

Extragerea hidrogenului pentru utilizarea în pilele de combustie cu hidrogen poate necesita multă energie pentru a se realiza, dar având în vedere că se investește masiv în tehnologie privind energia regenerabilă și infrastructura, în scurt timp, va fi mult mai simplu să asigurăm necesarul producției. Cu cât se dezvoltă mai mult această tehnologie, cu atât va fi mai ieftină.

4. Siguranța

Natura inflamabilă a hidrogenului prezintă preocupări evidente de siguranță pentru utilizarea sa pe scară largă. Există deja tehnologie care să susțină și această provocare a acestei industrii. Sunt producători de butelii care susțin că stocarea hidrogenului, în momentul de față nu este mai periculoasă decât stocarea altor combustibili existenți, cum ar fi benzina sau kerosen-ul, ci doar mai scumpă, deocamdată.

Întrebări frecvente

La ce se folosesc?

Celulele de combustie cu hidrogen oferă o gamă largă de aplicatii, de la alimentarea caselor și afacerilor noastre până la deplasarea vehiculelor precum autoturisme, autobuze, trenuri, avioane și multe altele. Iată o selectie de aplicații ale pilelor de combustie cu hidrogen:

1. Energie sustenabilă

Celulele de combustibil actionează ca surse de energie pentru o varietate de aplicații comerciale, industriale și rezidențiale. Acestea variază de la case, la nave spațiale și stații orbitale de cercetare. Celulele de combustibil sunt deosebit de utile pentru locații îndepărtate datorită lipsei de piese în mișcare, ceea ce înseamnă că sunt extrem de fiabile și rezistente în timp. În condițiile ideale de fabricație, o celulă asigură o fiabilitate de până la 99,9999%, care este egală cu mai puțin de un minut de nefuncționare la fiecare șase ani, ceea ce justifică pe deplin cheltuielile cu dezvoltarea acestei tehnologii.

2. Co-generare de energie

Celulele de combustibil pot fi făcute și mai eficiente prin co-generare de energie. Aici, energia calorică generată de acestea, anume căldura care provine din reacția chimică pentru a produce electricitate, este utilizată pentru încalzirea clădirilor sau a sistemelor de răcire electrică prin disipare de căldură. Sistemele de co-generare pot atinge 85% eficienta (din care 40-60% sunt electrice). Cu toate acestea, aceste sisteme încă sunt costisitoare, și necesită și un rezervor de stocare a apei calde, de tip puffer.

3. Transport

Celulele de combustibil pot fi utilizate pentru o varietate de aplicații de transport, de la automobile la autobuze, nave, trenuri și aeronave. Celulele de combustibil sunt, de asemenea, încorporate și în motociclete, biciclete și scutere. 18000 de vehicule electrice cu pile de combustibil (FCEV) au fost închiriate sau vândute până la sfârșitul anului 2019, iar aceste automobile au o autonomie medie cuprinsă între 400 si 600 de km între realimentări, în timp ce realimentarea durează mai puțin de cinci minute, facând această tehnologie competitivă față de bateriile mașinilor electrice, care necesită mult mai mult timp pentru încarcare. În plus, celulele de combustibil care utilizează hidrogen gazos consumă cu aproximativ 40% mai puțină energie și emit cu 45% mai puține gaze cu efect de seră decât motoarele cu ardere internă. Cu toate acestea, pentru a fi o opțiune cu adevărat viabilă, multe dintre provocarile legate de stocarea, transportul și extracția hidrogenului vor trebui abordate. În ciuda provocărilor legate de automobilele cu celule de combustibil, autobuzele cu celule de combustibil se dovedesc deja eficiente, în timp ce stivuitoarele sunt, de asemenea, un factor cheie al cererii de combustibil cu hidrogen. Stivuitoarele sunt de un interes deosebit, deoarece de multe ori trebuie să funcționeze în interior, unde emisiile trebuie controlate. Aceasta înseamnă că stivuitoarele electrice sunt adesea folosite, dar celulele de combustibil oferă beneficii față de puterea bateriei, inclusiv alimentarea mai rapidă și lipsa degradării la temperaturi scăzute de funcționare, cum ar fi în depozitele frigorifice. Celulele de combustibil au fost, de asemenea, utilizate pentru vehiculele aeriene cu echipaj, folosind adesea o combinație de tehnologii, cum ar fi o celulă de combustibil cu membrană de schimb de protoni și un hibrid de baterie ca rezervă în timpul testării. Celulele de combustibil sunt utilizate pe scară mai largă în vehiculele aeriene fără pilot, precum și pentru furnizarea de energie auxiliară aeronavelor, înlocuirea combustibililor fosili pentru aplicații precum pornirea motoarelor și alimentarea electrică la bord. Celulele de combustibil sunt folosite și pentru ambarcațiunile turistice de pe canalele din Amsterdam, iar marina germană si italiană folosește celule de combustibil pentru a permite submarinelor să ramână scufundate săptămâni întregi, fără energie nuceară, îmbunătățind în același timp operațiunile de rulare silentioase.

4. Putere portabilă

Sistemele portabile cu celule de combustibil sunt clasificate foarte eficiente, and în vedere că la o greutate mai mică de 10 kg pot genera o putere de 5 kW. Aceste tipuri de celule au o gamă largă de aplicații, pentru alimentarea dispozitivelor mici de 1-50 w dar și pentru generarea unei energii mai mari, de 1-5 kW pentru locații îndepărtate fără alte surse de energie electrică. Celulele mai mici de ”microfuel” iși propun să ajungă pe piețe, precum în dispozitive mobile și laptopuri, cu avantaje, inclusiv densitatea energiei și reducerea greutății în comparație cu bateriile litiu-ion. Pătrunderea pe piață ar necesita unele dezvoltări ulterioare în tehnologia pilelor de combustibil pentru a reduce costurile, dar promisiunea unor durate mai mari de utilizare între încărcări este foarte atrăgătoare. Puterea portabilă la scară mai mare arată promițătoare pentru sectorul de agrement, militar și aplicații industriale la distanță orbitală, cum ar fi stațiile meteorologice. Avantajul cel mai mare al acestor pile de combustie portabile, este cantitatea de energie care poate fi generată în raport cu dimensiunea și greutatea, față de tehnologia cu baterii, care pentru aceeași putere necesită dimensiuni și greutăți mult mai mari.

5. Alte aplicații

Utilizările enumerate mai sus sunt doar câteva dintre exemplele în care ar putea fi utilizate pilele de combustibil. Alte aplicații includ energie electrică pentru stații de bază și site-uri de celule, generare distribuită de energie, sisteme de alimentare de urgență ca rezervă pentru cazurile în care alte sisteme cedează, telecomunicații, centrale electrice cu sarcină de bază, încălzire cu apă solară și cu pilă de combustibil cu hidrogen, stații de încărcare portabile pentru dispozitive electronice mici, aparate mici de încălzire, conservarea alimentelor pentru containerele de transport (evacuarea oxigenului prin generarea de energie electrică) și senzori electrochimici.

Caracteristici ale pilelor de combustie cu hidrogen

Autonomie

Durata de viață exactă a unei celule de combustibil depinde aplicația la care se folosește, la fel ca și modul în care bateriile clasice se descarcă la viteze diferite, în funcție de aplicație. Cu toate acestea, ca exemplu, autovehiculele cu pile de combustie cu hidrogen pot acum să ruleze între 600 si 800 de km înainte de a avea nevoie de realimentare. Unele chiar și mai mult. Pilele de combustie cu hidrogen din mașini sunt proiectate să reziste pe toata durata de viata a vehiculului, care este de aproximativ 300.000 până la 400.000 de km. Odată ce și-au finalizat durata de viață, celulele de combustibil pot fi dez-asamblate și materialele folosite reciclate în totalitate.

Celulele de combustibil cu hidrogen sunt o sursă de energie regenerabilă?

Abundența hidrogenului din univers înseamna că pilele de combustibil cu hidrogen sunt o sursă regenerabila de energie. Ele sunt, de asemenea, o metodă curată de producere a energiei, deși există încă unele ingrijorări cu privire la utilizarea combustibililor fosili pentru extracția hidrogenului, precum și amprenta potențială de carbon asociată cu transportul hidrogenului, de exemplu. Cu toate acestea, tehnologia cu pilă de combustibil cu hidrogen are potențialul de a fi o sursă de energie complet ecologică și regenerabilă, singurele reziduri emanate fiind căldura (care poate fi utilizată în altă parte) și apa, care se poate recicla în sistem. În plus, celulele de combustibil nu se descarcă și nu necesită reîncărcare de durată ca bateriile, ele generând energie atât timp cât exista o sursa constantă de hidrogen și oxigen.

Sunt periculoase?

Hidrogenul are cea mai mare gamă de inflamabilitate și cel mai scăzut punct de energie de aprindere ca al oricarui combustibil, ceea ce duce la preocupări evidente cu privire la siguranța celulelor de combustie cu hidrogen. Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, Asociatia Natională pentru Protecția împotriva Incendiilor din Statele Unite a stabilit din cercetări că vehiculele electrice cu pila de hidrogen și cu baterie nu sunt mai periculoase decât vehiculele tradiționale cu motor cu ardere. O parte a motivului pentru aceasta este viteza cu care hidrogenul se disipeaza in aer. Hidrogenul se difuzeaza direct în spațiu cu o viteza de 30 km/h, astfel încât, atâta timp cât nu este prins în interiorul unui container sau structură suficient de mare pentru a se acumula în cantități mari, nu ar trebui sa fie prea periculos. De asemenea, au fost efectuate teste pe rezervoarele de combustibil cu hidrogen din vehicule, simuland o coliziune și fiind împușcate de la distanță. Militarii au lansat chiar și o grenadă propulsată de rachete pe partea laterala a rezervorului de combustibil cu hidrogen pentru a simula o lovitură directă și, de asemenea, a simulat daune de obuz. În toate cazurile, s-a constatat că hidrogenul nu este mai periculos decât combustibilii lichizi și, în majoritatea cazurilor este chiar mai puțin. De fapt, vehiculele cu celule de combustibil cu hidrogen ar putea fi considerate mai sigure decât vehiculele electrice cu baterie (BEV). Energia dintr-un BEV nu se degajă în atmosferă ca și în cazul hidrogenului, ceea ce înseamnă că există pericolul ca celulele să ia foc sau să explodeze într-un punct critic de sarcină. De asemenea, este dificil să se stingă un incendiu al bateriei BEV, care produce vapori toxici. Desigur, pilele de combustibil cu hidrogen au fost utilizate pe scară largă pentru stivuitoare de peste un deceniu fără incidente majore, în timp ce mii de vehicule cu pilă de hidrogen sunt deja pe drumurile noastre. Atunci când este utilizat în aer liber, hidrogenul este considerat mai sigur decât alte tipuri de combustibil, dar poate fi totuși periculos atunci când este depozitat prin comprimare. Acestea fiind spuse, experții nu cred că hidrogenul este mai periculos decât alți combustibili, totul este să învățăm să îl gestionăm în siguranță.

Mașinile cu pilă de combustie cu hidrogen sunt viitorul?

Există o mulțime de producători care au cercetat și aplicat tehnologia celulelor de combustibil cu hidrogen și unii chiar au creat mașini cu hidrogen. Dar ar putea aceasta să satisfacă nevoile noastre viitoare de transport? Hidrogenul este folosit de ani de zile pentru alimentarea motoarelor și este cel mai abundent element de pe planeta noastră, în timp ce capacitatea de a produce multă energie într-un dispozitiv mic înseamnă că mașinile alimentate cu hidrogen ar avea o autonomie mult mai mare decât vehiculele electrice cu baterii. Există, de asemenea, beneficii în ceea ce privește emisiile, făcându-l cel mai curat combustibil disponibil. Necesitatea unui transport mai curat este clară, vânzările de mașini electrice cu baterie crescând cu 162% până în noiembrie 2020, comparativ cu anul precedent și trendul este în creștere. Cu toate acestea, acest lucru înseamnă, de asemenea, că mulți producători investesc mai degrabă în vehicule electrice decât în hidrogen. Un alt obstacol în calea implementării la scară largă este lipsa infrastructurii. Cu prea puține stații de alimentare cu hidrogen pentru ca șoferii să le poată folosi, în comparație cu nurarul stațiilor cu benzină și motorină. În ciuda acestor dificultăți, există o serie de motive pentru care celulele de combustibil cu hidrogen ar putea fi viitorul transportului, nu în ultimul rând beneficiile aduse mediului, timpii de realimentare în comparatie cu încarcarea bateriilor și abundenta de combustibil în natură.

Multi producători se uită deja la hidrogen ca la o alternativă sustenabilă de producere a energiei electrice. Cu toate acestea, utilizarea biomasei pentru obtinerea hidrogenului ar putea duce la scăderea emisiilor.

Cu toate acestea, pentru a deveni cu adevarat viitorul transportului, celulele de combustibil cu hidrogen au nevoie de investitii în tehnologie și infrastructura de sprijin pentru a permite realimentarea cu ușurință. Până când acest lucru nu se va întampla, pilele de combustibil cu hidrogen nu vor putea concura cu vehiculele electrice sau benzină și motorină.

Concluzie

Celulele de combustibil cu hidrogen sunt folosite de mai multe decenii pentru o gamă largă de aplicații, de la dispozitive electronice mici până la vehicule. Hidrogenul este cea mai curată energie disponibilă și nu este atăt de periculos pe cât credeți. Celulele de combustibil cu hidrogen sunt deja utilizate pe scară largă pentru vehicule precum stivuitoarele, dar este nevoie de o infrastructură îmbunătățită înainte ca acestea să poată fi considerate metoda principală de alimentare a nevoilor noastre de transport. Cu toate acestea, cu multe beneficii foarte reale, pilele de combustibil cu hidrogen par să fie parte a viitorului generării de energie într-o anumită formă.

Articol adaptat, preluat de pe: twi-global.com

Sisteme de stocare a energiei regenerabile cu pile de combustie cu hidrogen în locul bateriilor, pentru alimentare cu electricitate și încălzire.

Pila de combustie cu hidrogen - Bateria viitorului

H2 - Sursa de energie a viitorului.

Pila de combustie cu hidrogen este cea mai mare realizare tehnologică a cercetătorilor, de la începuturi și până acum. Potențialul acestei energii va salva planeta. Cu ajutorul electrolizei apei producem hidrogen din surse regenerabile (energia eoliană, solară, hidroelectrică, energia oceanelor sau geotermală). Acum avem posibilitatea să stocăm surplusul de enerie care apare atunci când producem mai mult dacât avem nevoie (de ex. vara în zilele însorite sau când vântul bate foarte tare). Producem ecologic hidrogen, îl comprimăm și îl păstrăm pâna când avem nevoie de mai multă energie decât putem produce (de ex. iarna când este ziua scurtă iar panourile solare nu fac față sau perioda din an când nu bate vântul). Alimentăm o pila de combustie cu hidrogen, și iată, avem parte de energia care am salvat-o când produceam și nu aveam nevoie de ea. Pila de combustie, prin reacția ei chimică produce căldură, pe care o captăm și cu care ne putem încălzi.

Participăm la dezvoltarea acestei tehnologii care devine din ce în ce mai ieftină și accesibilă datorită dezvoltării. Curând vom comercializa și astfel de sisteme pentru cei care dețin susrse regenerabile de energie electrică sau eoliană și vor să o stocheze mult mai eficient.

Până atunci te poți documenta mai jos despre acesastă tehnologie.