Hidrogenul, combustibilul viitorului?

L mașini cu hidrogen Au fost retrogradați pe locul doi, cu proeminența mașinilor hibride, pe gaz și electrice. Hidrogenul ar putea fi însă combustibilul viitorului, cu avantaje mult superioare vehiculelor electrice în ceea ce privește respectul pentru mediu. Și este că mașinile electrice nu au emisii, dar bateriile lor reprezintă o provocare serioasă de mediu datorită producției de litiu și reciclării acestuia și gestionării deșeurilor. Cu toate acestea, hidrogenul este gâsca care depune ouăle de aur, toate sunt avantaje...

Ce este hidrogenul?

El hidrogen Este un element chimic al tabelului periodic care se caracterizează prin a fi cel mai simplu dintre toate, cu număr atomic 1. Este un gaz foarte ușor, poate fi stocat, și nu generează emisii poluante de la sine. Cu aceste caracteristici este un candidat perfect pentru utilizare ca combustibil. În plus, este foarte abundent pe pământ și poate fi produs cu ușurință prin procese chimice. Energia regenerabilă poate fi folosită chiar și pentru a produce acest tip de gaz. Prin urmare, poate fi și o modalitate de obținere a energiei regenerabile.

tipuri de hidrogen

Există o nomenclatură de culori care clasifică hidrogenul în funcție de modul în care a fost obținut. Este important să cunoașteți tipurile existente de hidrogen, Ce:

• Hidrogen gri: Acest tip de hidrogen se obține prin reformarea combustibililor fosili, precum gazul natural. Este cel mai ieftin hidrogen de produs în acest moment, dar CO2 este emis în atmosferă în timpul producției, deci nu este o modalitate curată de a-l obține. Este cel mai ieftin și cel mai produs astăzi.
• hidrogen albastru: Este un alt tip de hidrogen obținut din combustibili fosili, dar de data aceasta cu tehnici care sunt capabile să capteze și să stocheze emisiile de CO2 care sunt produse în timpul procesului, astfel încât acestea să nu fie eliberate în atmosferă, deci are un impact mai mic asupra mediului decât gri. Desigur, emisiile din timpul producției sale nu sunt complet eliminate, dar sunt reduse. Prețul de producție al acestui tip de hidrogen este intermediar.
• Hidrogen verde: El este cel mai bun dintre cei trei și se va vorbi mult despre el. Acest hidrogen regenerabil este obținut prin electroliza apei, astfel încât în ​​timpul procesului nu este generată nicio poluare. In plus, pentru alimentarea sistemelor de electroliza se face cu energii regenerabile precum eolian sau solar, deci este un combustibil durabil si total curat. Cu toate acestea, în prezent este produs în cantități mai mici decât precedentele două și este cel mai scump.

Provocarea este de a înlocui toți ceilalți hidrogeni cu hidrogen verde și în acest fel obțineți combustibilul potrivit.

Cum se obține hidrogenul?

Hidrogenul, așa cum am văzut în secțiunea anterioară, poate fi produs în diferite moduri. Dar indiferent de energia implicată în procesul său de producție, să ne uităm acum la moduri prin care acest gaz poate fi obtinut atât de abundent:

• transformarea moleculară: Această tehnică se realizează dintr-o serie de reacții chimice pentru a obține hidrogen. Printre cele mai utilizate tehnici se numără utilizarea gazelor naturale obținute din zăcămintele petroliere. Aburul la temperatură înaltă este utilizat pentru a disocia carbonul de hidrogenul din care este produs gazul natural. Așa se obține dihidrogenul pe de o parte și dioxidul de carbon pe de altă parte.
• Gazeificare: este o metodă care realizează gazeificarea cu vapori de apă și oxigen pur din cărbune sau biomasă. Într-un reactor, cărbunele sau biomasa este ars la temperaturi foarte ridicate. Această ardere eliberează gaze, printre care se numără monoxidul de carbon (CO) și dihidrogenul extrem de toxic.
• electroliza apei: Este cea mai bună metodă dintre cele trei din punct de vedere al durabilității și, de asemenea, din punct de vedere al abundenței, deoarece cea mai mare parte a pământului este alcătuită din apă. Prin urmare, ar putea fi obținut din apa mărilor și oceanelor. Pentru aceasta, se folosește un rezervor de apă unde sunt introduși electrozii. Prin aplicarea unui curent electric continuu, moleculele de apă (H2O) sunt separate în oxigen (O2) și hidrogen (H2). Când sursa de energie pentru această energie electrică este energie regenerabilă, cum ar fi solară sau eoliană, se spune că acest hidrogen este verde.

Cum funcționează un motor cu hidrogen (celula de combustibil)?

Când avem nevoie transformă hidrogenul în energie, hidrogenul gazos poate fi stocat în rezervoare specifice de unde este canalizat către o pilă de combustibil. Acolo se recombină din nou cu oxigenul din aer (cum se întâmplă într-un motor cu ardere internă când aerul intră în cilindru pentru a provoca arderea), ceea ce produce o reacție energetică și astfel se obține energie. În acest fel, în atmosferă nu vor fi emise gaze poluante de niciun fel, întrucât singurele deșeuri generate de acest tip de motor sunt apa. Recombinând oxigenul din aer cu hidrogenul creează molecule de H2O în acest proces. O apă care ar putea fi folosită în alte scopuri, inclusiv pentru regenerarea hidrogenului prin electroliză.

Datorită acestei reacții dintre hidrogen și oxigen din celula dvs. de combustibil, electricitatea este generată pentru a deplasa motor electric și conduce vehiculul. Adică, mașinile cu hidrogen sunt în esență electrice, deși nu își iau energia dintr-o baterie cu litiu sau alt tip poluant și nici de la un motor hibrid care are și emisii. Cu toate acestea, unele vehicule de acest tip pot avea o baterie pentru a stoca energia care nu este consumată pentru utilizare în altă perioadă. De exemplu, atunci când cererea de putere este mare, toată energia care provine de la pila de combustie este consumată, în timp ce dacă este scăzută, o parte poate fi deviată către motoarele electrice și o parte pentru a fi stocată în baterie.

Multe dintre aceste vehicule au și un frână regenerativă, adică să acumuleze energie electrică din frânare, contribuind astfel la reducerea consumului de hidrogen și la obținerea unei autonomii mai bune. Și, așa cum am menționat mai devreme, singurele deșeuri care se generează sunt apa, pe care o vei elimina prin țeava de eșapament.

în ceea ce privește componente ale unui vehicul cu pile de combustibil cu hidrogen, avea:

• unitate de control al puterii: este un sistem care controlează optim livrarea energiei în celula de combustie, precum și încărcarea bateriilor și utilizarea acestei energii electrice.
• Motorul electric: Poate fi unul sau mai multe. Acesta este de obicei un motor sincron cu magnet permanent care va transforma electricitatea din celula de combustibil sau baterie în putere pentru a propulsa vehiculul.
• convertor de tensiune al celulei de combustibil: este sistemul capabil să adapteze energia electrică generată de pila de combustie cu hidrogen pentru a obține tensiunea adecvată pentru motoare.
• grup de celule de combustibil: Este adevarata inima a sistemului, componenta in care energia chimica provenita din alimentarea cu hidrogen din rezervoare si oxigen din aer se transforma in energie electrica.
• Baterie: bateria este responsabilă de stocarea energiei generate de pila de combustie și a celei recuperate în urma decelerației, precum și de întărirea puterii celulei de combustie în timpul accelerării în cazurile de cerere mare.
• rezervoare de înaltă presiune: hidrogenul trebuie depozitat în siguranță în rezervoare de înaltă presiune. În plus, vor exista supape de suprapresiune, o avertizare în cazul unei scurgeri de hidrogen și o structură cu trei straturi: unul din polimer armat cu fibră de sticlă, un polimer intermediar și al treilea din plastic armat cu fibră de carbon. Totul pentru a rezista la presiuni foarte mari.

funcţionarea celulei de combustibil

Am spus că celule de combustibil, sau vehiculul electric cu pile de combustibil cu hidrogen (FCEV), este responsabil pentru generarea energiei electrice din reacția dintre hidrogen și oxigen din aerul din atmosferă. Ei bine, pentru a produce acea electricitate, se folosesc reacții electrochimice. Pilele de combustie vor folosi un anod și un catod pe fiecare parte a electrolitului. De exemplu, hidrogenul este alimentat la anod și se folosește un catalizator pentru a genera ioni încărcați pozitiv care curg prin electrolit către catod. Între timp, la catod, aerul este atras în sistem și se combină cu un catalizator, ioni de hidrogen și electroni pentru a produce căldură și apă ca produse secundare. Aceasta induce un curent, generând electricitate.

Experiență în conducerea unui vehicul cu hidrogen

În practică, atunci când conduceți un vehicul cu hidrogen experiența este aproape identică cu cea a unui vehicul electric cu baterie. Există însă câteva mici diferențe, multe dintre ele urmând să se perfecționeze în timp, când tehnologia avansează, așa cum s-a întâmplat și la mașinile electrice, care s-au schimbat foarte mult de la primele modele prezentate la cele actuale, în ciuda faptului că sunt relativ tanar..

Provocarea pentru inginerii auto este că pilele de combustibil cu hidrogen funcționează cel mai bine cu putere constantă. Cu toate acestea, cerințele de putere ale unui vehicul convențional atunci când îl luați pe diferite drumuri, cum ar fi urban sau autostradă, necesită modificări în furnizarea de putere. Ceva la care lucrează inginerii pentru a oferi cele mai bune rezultate posibile.

De exemplu, Toyota Mirai are un Putere nominală de 90 kW (120 de cai putere).. Dar asta nu este suficient pentru accelerarea de mare viteză pe autostradă, așa că Toyota (ca și alți producători de HFCV) adaugă o baterie de înaltă tensiune și de capacitate mică, la fel ca cele folosite la vehiculele hibride pe benzină-electrice, pentru a ajuta la obținerea acelei accelerații și putere suplimentare atunci când a cerut. De asemenea, acest lucru nu înseamnă că mașinile foarte puternice nu pot fi fabricate cu celule de combustie, de fapt, supercarul Hyperion XP-1 este o mașină cu hidrogen care poate accelera de la 0 la 100 km/h în aproximativ 2.6 secunde și atinge viteze maxime de 356 km/h.

Avantajele și dezavantajele hidrogenului ca combustibil

În cele din urmă, este important să evidențiem avantaje și dezavantaje care trebuie să utilizeze hidrogen ca combustibil pentru vehicule:

Avantaj

Printre avantaj Din utilizarea hidrogenului ca combustibil avem:

• Zero emisii: vehiculele cu hidrogen eliberează doar apă ca produs secundar. Prin urmare, contribuiți la mediu.
• Alimentare rapidă: va dura doar câteva minute pentru a alimenta, deoarece va trebui doar să umpleți din nou rezervoarele de hidrogen, așa cum ați face cu motorină sau benzină. Nimic de-a face cu cele electrice, care trebuie conectate mult timp pentru a-și încărca complet bateria. În plus, costul mediu al unei mașini electrice este de aproximativ 8.5 € la 100 km, similar cu ceea ce se cheltuiește pe carburanți precum motorina sau benzina. În schimb, hidrogenul ar putea fi mai ieftin.
• Îndeplinește obiectivele UE: obiectivele stabilite de UE pentru reducerea emisiilor sunt mai mult decât îndeplinite de vehiculele cu hidrogen. În propunerea UE pentru 2030 se urmărește reducerea emisiilor de gaze poluante cu 35%, iar mașina cu hidrogen emite 0.
• Întreținere minimă: Aceste motoare electrice necesită întreținere minimă, simplă și ieftină, precum și destul de fiabile. Prin urmare, nu va trebui să investești la fel de mult ca într-un vehicul cu motor cu ardere în acest sens.
• Tăcut: Sunt la fel de silențioase ca și cele electrice, așa că nu vor contribui la poluarea fonică care există în multe orașe.
• O autonomie mai mare: mașinile cu hidrogen au o autonomie mai mare, ceva foarte important. În timp ce vehiculele electrice oferă o autonomie de 300 km în medie, vehiculele cu hidrogen pot atinge mai mult decât dublu. Ar putea chiar să obțină o autonomie de peste 2000 km în viitorul apropiat.
• Zero Emisii: cu stickerul DGT Zero Emissions poti parca fara sa platesti un ban in orase, astfel incat sa ai aceleasi avantaje ca la masinile electrice atunci cand conduci prin zonele urbane.
• Rezistă la temperaturi extreme: Spre deosebire de mașinile 100% electrice, mașinile cu hidrogen pot funcționa la temperaturi mai extreme. Cu greu se va observa în performanța vehiculului sau în autonomia acestuia, lucru care se întâmplă cu cele electrice.

Dezavantaje

Desigur, vehiculele cu hidrogen au și ele dezavantajele sale, ca totul. Cele mai proeminente sunt:

• Preț: Întrucât nu este o tehnologie atât de matură, vehiculele cu hidrogen au un preț mai mare decât mașinile convenționale sau mașinile electrice. Prin urmare, este un detaliu de luat în considerare. Totuși, pe termen lung poți economisi combustibil și în atelier, având în vedere cât de fiabile sunt. În plus, trebuie spus că aceste mașini vor avea tendința de a scădea prețul odată cu trecerea timpului, deoarece tehnologia de creare a pilelor de combustibil și, de asemenea, pentru rezervoarele de hidrogen se va maturiza mai mult, care trebuie să fie foarte sigure pentru a rezista la presiuni mari și pentru a evita scurgerile. în accidente, care ar putea duce la explozii.
• Puține puncte de alimentat: Întrucât în ​​prezent este o tehnologie de propulsie minoritară, așa cum este cazul mașinii electrice, nu sunt prea multe puncte de alimentat. Acest lucru ar trebui să se schimbe treptat. În Spania, de exemplu, site-urile pot fi numărate pe degetele unei mâini, deoarece există doar aproximativ 6 puncte în Sevilla, Albacete, Puertollano, Zaragoza, Huesca și Barbastro. Alte țări, precum Germania, au deja mai multe vehicule de acest tip și au scopul de a ajunge la până la 500 de puncte de alimentare.
• Puțină varietate de modele: Întrucât nu este o tehnologie atât de răspândită, în prezent există puține mărci și modele din care să aleagă, deși acest lucru se va schimba și pe măsură ce trece timpul și producătorii le produc la scară mai mare. În plus, lipsa punctelor de realimentare sau a rețelei cu hidrogen nu ajută la încurajarea vânzării acestui tip de vehicul. Cu toate acestea, aveți deja mașini grozave cu hidrogen, cum ar fi Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT etc.
• nu compact: Având în vedere complexitatea rezervoarelor de hidrogen și a celulei de combustibil, aceste mașini tind să aibă dimensiuni mai mari, așa că dacă sunteți în căutarea unor utilități de dimensiuni mici, puteți uita de el. Cel puțin pentru moment, până se obține un grad mai mare de compactare. Chiar și în unele cazuri, portbagajul nu este de obicei foarte spațios, deoarece alte componente mecanice ocupă o parte din spațiul său. În acest sens sunt asemănătoare cu cele electrice.
• Periculos: Hidrogenul este foarte volatil și inflamabil. Din acest motiv, rezervoarele de hidrogen trebuie să fie foarte rezistente și sigure, să reziste la impacturi, evitând scurgerile cu sisteme suplimentare de securitate și să reziste la presiuni mari. Toate pentru a menține șoferii și alți pasageri în siguranță. Aceasta duce la o altă problemă derivată, și anume că pila de combustibil și rezervoarele au de obicei o durată de viață utilă mai limitată, având în vedere reglementările de siguranță. În prezent, se estimează că limita unui rezervor de hidrogen este de 15 ani, moment în care acesta ar trebui înlocuit cu unul nou. În ceea ce privește pila de combustie, unii producători estimează că și-ar putea reduce puterea cu 15% după ce a făcut aproximativ 225.000 de km de utilizare, deși încetul cu încetul se îmbunătățesc în acest sens.