Phillip Hopkins
0 
2171
299
Țevi cu abur la stația de producere a geotermelor Wairakei.Se pare că în fiecare zi apare un nou anunț în știri despre automobilele alimentate de baterii. Promisiunile sunt atrăgătoare, deoarece bateriile de combustibil au potențialul de a dubla foarte rapid eficiența mașinilor, reducând în mod semnificativ poluarea aerului.
În același timp, au existat știri de zeci de ani despre problemele asociate petrolului. Totul, de la vărsările de petrol până la alertele de ozon până la încălzirea gl-obală, este învinuit de dependența noastră de combustibilii fosili.
Aceste două forțe conduc lumea către ceea ce este cunoscut în general pe nume economia hidrogenului. Dacă previziunile sunt adevărate, în următoarele câteva decenii, vom începe cu toții să vedem o schimbare uimitoare de economia de combustibil fosil pe care o avem astăzi către un viitor de hidrogen mult mai curat.
Urmatorul
|
Societatea poate efectua această schimbare sau barierele tehnologice, economice și politice ne vor ține legați de petrol și alte combustibili fosili pentru următorul secol și mai departe? În acest articol, veți afla despre beneficiile unei economii de hidrogen, împreună cu problemele sale potențiale. De asemenea, vom examina o parte din tehnologia care ar face posibilă tranziția.
În prezent, Statele Unite și cea mai mare parte a lumii sunt blocate în ceea ce ar putea fi numit economie de combustibili fosili. Automobilele, trenurile și avioanele noastre sunt alimentate aproape exclusiv de produse petroliere precum benzina și motorina. Un procent imens din centralele noastre electrice folosesc petrol, gaz natural și cărbune pentru combustibil.
 |
Dacă fluxul de combustibili fosili către Statele Unite ar fi întrerupt vreodată, economia s-ar opri. Nu ar exista nicio modalitate de a transporta produsele pe care fabricile le produc. Nu ar exista nicio cale ca oamenii să conducă la muncă. Întreaga economie, și de fapt întreaga societate occidentală, depinde în prezent de combustibilii fosili.
În timp ce combustibilii fosili au jucat un rol important în aducerea societății la punctul în care este în prezent, există patru mari probleme pe care le creează combustibilii fosili:
Poluarea aerului - Când mașinile arde benzină, ideal ar arde-o perfect și ar crea altceva decât dioxid de carbon și apă în evacuarea lor. Din păcate, motorul cu ardere internă nu este perfect. În procesul de ardere a benzinei, produce și:
- Monoxidul de carbon, un gaz otrăvitor
- Oxizii de azot, principala sursă de smog urban
- Hidrocarburi arse, principala sursă de ozon urban
Convertoarele catalitice elimină o mare parte din această poluare, dar nu sunt perfecte. Poluarea aerului din mașini și centrale este o problemă reală în marile orașe.
 |
Este destul de rău acum că, vara, multe orașe au niveluri periculoase de ozon în aer.
Poluarea mediului - Procesul de transport și depozitare a uleiului are un impact mare asupra mediului, ori de câte ori ceva nu merge bine.
 Supertankerii sunt încărcați cu petrol în Arabia Saudită |
Un vărsat de petrol, o explozie a conductelor sau un foc de puț poate crea o mizerie imensă. Deversarea Exxon Valdez este cel mai cunoscut exemplu al problemei, dar vărsările minore se întâmplă constant.
Încălzire globală - Când arzi un galon de gaz în mașina ta, emite aproximativ 5 kilograme (2,3 kg) de carbon în atmosferă. Dacă ar fi carbon solid, ar fi extrem de vizibil - ar fi ca și cum ai arunca o pungă de 5 kilograme de zahăr pe fereastra mașinii tale pentru fiecare litru de gaz ars. Dar, pentru că cei 5 kilograme de carbon ies ca un gaz invizibil, dioxidul de carbon, majoritatea ne ignorăm. Dioxidul de carbon care iese din conducta de siguranță a fiecărei mașini este un gaze cu efect de seră adică crește încet temperatura planetei. Efectele finale sunt necunoscute, dar este o posibilitate puternică ca, în cele din urmă, să apară schimbări climatice dramatice care afectează toată lumea de pe planetă. De exemplu, dacă capacele de gheață se topesc, nivelul mării va crește semnificativ, inundând și distrugând toate orașele de coastă existente în prezent. Acesta este un efect secundar mare.
Dependență - Statele Unite, precum și majoritatea celorlalte țări, nu pot produce suficient petrol pentru a răspunde cererii, așa că îl importă din țările bogate în petrol. Aceasta creează o dependență economică. Atunci când producătorii de petrol din Orientul Mijlociu decid să crească prețul petrolului, restul lumii nu are de ales decât să plătească prețul mai mare.
În secțiunea anterioară am văzut problemele semnificative, la nivel mondial, create de combustibilii fosili. Economia hidrogenului promite să elimine toate problemele pe care le creează economia de combustibil fosil. Prin urmare, avantajele economiei hidrogenului includ:
- Eliminarea poluării cauzate de combustibili fosili - Când hidrogenul este utilizat într-o celulă de combustibil pentru a crea energie, este o tehnologie complet curată. Singurul produs secundar este apa. De asemenea, nu există pericole pentru mediu, precum deversările de petrol de care să vă faceți griji cu hidrogenul.
- Eliminarea gazelor cu efect de seră - Dacă hidrogenul provine din electroliza apei, atunci hidrogenul nu adaugă gaze cu efect de seră în mediu. Există un ciclu perfect - electroliza produce hidrogen din apă, iar hidrogenul se recombină cu oxigen pentru a crea apă și putere într-o celulă de combustibil.
- Eliminarea dependenței economice - Eliminarea uleiului nu înseamnă dependență de Orientul Mijlociu și rezervele sale de petrol.
- Producție distribuită - Hidrogenul poate fi produs oriunde aveți energie electrică și apă. Oamenii pot chiar să o producă în casele lor cu o tehnologie relativ simplă.
Problemele cu economia de combustibili fosili sunt atât de mari, iar avantajele de mediu ale economiei de hidrogen atât de semnificative, încât presiunea către economia de hidrogen este foarte puternică.
-| Știați? Senzorii care detectează scurgeri potențiale într-un motor cu combustie internă cu hidrogen au fost dezvoltați de NASA pentru a detecta scurgerile de hidrogen în timpul lansărilor navetei spațiale. Aflați despre alte inovații NASA în această animație interactivă de la Canal descoperire. |
Marea întrebare cu economia de hidrogen este: "De unde vine hidrogenul?" După aceasta vine problema transportului, distribuției și depozitării hidrogenului. Hidrogenul tinde să fie voluminos și complicat în forma sa gazoasă naturală.
Odată ce ambele întrebări vor fi răspuns într-un mod economic, economia hidrogenului va fi pe măsură.
Vom analiza fiecare dintre aceste întrebări separat în secțiunile următoare.
--Una dintre problemele mai interesante ale economiei hidrogenului este hidrogenul în sine. De unde va veni? Cu economia de combustibil fosil, pur și simplu pompați combustibilul fosil din pământ (vezi Cum funcționează forajul petrolului) și îl perfecționați (consultați-Cum funcționează rafinarea uleiului). Apoi o arzi ca sursă de energie.
Cei mai mulți dintre noi luăm petrol, benzină, cărbune și gaze naturale, dar sunt de fapt miraculoase. Acești combustibili fosili reprezintă energie solară stocată de acum milioane de ani. Cu milioane de ani în urmă, plantele au crescut folosind energia solară pentru a-și alimenta creșterea. Au murit și, în cele din urmă, s-au transformat în petrol, cărbune și gaze naturale. Când pompăm uleiul din pământ, ne conectăm la acel depozit imens de energie solară „gratuit”. Ori de câte ori ardem un galon de benzină, eliberăm energia solară stocată.
În economia hidrogenului, nu există nicio magazie în care să intrați. Trebuie să creăm efectiv e-nergia în timp real.
Există două surse posibile pentru hidrogen:
- Electroliza apei - Folosind electricitate, este ușor de împărțit moleculele de apă pentru a crea hidrogen pur și oxigen. Un mare avantaj al acestui proces este că îl puteți face oriunde. De exemplu, ai putea avea o cutie în garaj care produce hidrogen din apa de la robinet și ai putea alimenta mașina cu acel hidrogen.
- Reformarea combustibililor fosili - Petrolul și gazele naturale conțin hidrocarburi - molecule constând din hidrogen și carbon. Utilizarea unui dispozitiv numit procesor de combustibil sau a reformator, puteți împărți relativ ușor hidrogenul din carbon într-un hidrocarbon și apoi utilizați hidrogenul. Aruncați carbonul rămas în atmosferă sub formă de dioxid de carbon.
-A doua opțiune este, desigur, ușor perversă. Utilizați combustibil fosil ca sursă de hidrogen pentru economia hidrogenului. Această abordare reduce poluarea aerului, dar nu rezolvă nici problema gazelor cu efect de seră (pentru că există încă carbon care intră în atmosferă), nici problema dependenței (mai aveți nevoie de ulei). Cu toate acestea, poate fi un bun pas temporar pentru a face în timpul tranziției la economia hidrogenului. Când auziți despre „vehiculele cu combustibil”, dezvoltate de companiile auto în acest moment, aproape toate intenționează să obțină hidrogenul pentru celulele de combustibil din benzină folosind un reformator. Motivul este că benzina este o sursă de hidrogen ușor disponibilă. Până când nu există „stații de hidrogen” la fiecare colț, precum avem benzinării acum, aceasta este cea mai ușoară cale de a obține hidrogen pentru a alimenta celula de combustibil a unui vehicul.
Lucrul interesant despre prima opțiune este că este nucleul economiei reale a hidrogenului. A avea un economie cu hidrogen pur, hidrogenul trebuie să fie derivat din surse regenerabile mai degrabă decât combustibili fosili, astfel încât să încetăm să mai degajăm carbon în atmosferă. Având suficientă energie electrică pentru a separa hidrogenul de apă și pentru a genera acea energie electrică fără a utiliza combustibili fosili, va fi cea mai mare schimbare pe care o vedem în crearea economiei de hidrogen.
 Centrala electrică Bayswater (Noua Țara Galilor de Sud, Australia) creează energie electrică prin utilizarea aburului sub presiune pentru a rula turogeneratoare. |
De unde va veni energia electrică pentru electroliza apei? În prezent, aproximativ 68 la sută (referință) din energia electrică produsă în Statele Unite provine din cărbune sau gaze naturale. Toată această capacitate generatoare va trebui înlocuită cu surse regenerabile din economia hidrogenului. În plus, toată energia combustibililor fosili folosiți acum pentru transport (în mașini, camioane, trenuri, bărci, avioane) va trebui să se transforme în hidrogen și că hidrogenul va fi creat și cu electricitate. Cu alte cuvinte, capacitatea de generare electrică din țară va trebui să se dubleze pentru a-și asuma cerințele de transport, iar apoi va trebui să se convertească de la combustibili fosili la surse regenerabile. În acel moment, și numai în acel moment, fluxul de carbon în atmosferă se va opri.
În prezent, există mai multe moduri diferite de a crea energie electrică care nu utilizează combustibili fosili:
- Energie nucleara
- Baraje hidroelectrice
- Celule solare
- Turbine eoliene
- Energie geotermală
- Puterea valurilor și a mareei
- Cogenerare (de exemplu, un gater ar putea arde scoarța pentru a crea energie, sau o groapă de gunoi ar putea arde metanul care produce gunoiul putrezit.)
 În sensul acelor de ceasornic din dreapta sus: centrală solară-electrică; centrală nucleară; baraj hidroelectric; turbină eoliană |
În Statele Unite, aproximativ 20 la sută din energie provine în prezent din energie nucleară și 7 la sută provine din hidroelectrică. Sursele solare, eoliene, geotermale și alte surse generează doar 5 la sută din putere - destul de greu pentru a conta.
În viitor, cu excepția unor progrese tehnologice, se pare că unul dintre cele două lucruri se va întâmpla pentru a crea economia de hidrogen: fie capacitatea generatoare de energie nucleară, fie solară va crește dramatic. Nu uitați că, într-o economie cu hidrogen pur, capacitatea de generare electrică va trebui să se dubleze aproximativ, deoarece toată energia pentru transportul care provine în prezent din petrol va trebui înlocuită cu hidrogen generat electric. Numărul centralelor se va dubla și toate centralele cu combustibil fosil vor fi înlocuite.
Problema generatoare de electricitate este probabil cea mai mare barieră pentru economia hidrogenului. Odată ce tehnologia este rafinată și devine ieftină, vehiculele cu combustibil alimentate cu hidrogen ar putea înlocui motoarele cu combustie internă pe benzină pe parcursul a zece sau două. Dar schimbarea centralelor electrice la cele nucleare și solare poate să nu fie atât de ușoară. Energia nucleară are probleme politice și de mediu, iar energia solară are în prezent probleme de cost și de localizare.
-| Deschis pentru afaceri Stațiile de alimentare cu hidrogen sunt deja deschise în mai multe țări, inclusiv în Statele Unite, Islanda, Japonia și Germania. Vedeți FuelCells.org - Stații de alimentare cu hidrogen la nivel mondial pentru a găsi o stație de hidrogen în apropierea dvs.. |
-În acest moment, problema introducerii vehiculelor cu hidrogen pur pe drum este problema de depozitare / transport. Hidrogenul este un gaz voluminos și nu este aproape la fel de ușor să lucrezi cu benzina. Comprimarea gazului necesită energie-y, iar hidrogenul comprimat conține mult mai puțină energie decât același volum de benzină. Cu toate acestea, soluțiile la problema stocării hidrogenului apar.
De exemplu, hidrogenul poate fi păstrat într-o formă solidă într-o substanță chimică numită borohidrură de sodiu, iar această tehnologie a apărut recent în știri, deoarece Chrysler o testează. Acest produs chimic este creat din borax (un ingredient obișnuit la unii detergenți). Pe măsură ce borohidrida de sodiu își eliberează hidrogenul, se transformă în borax, astfel încât să poată fi reciclat.
Odată ce problema de stocare este rezolvată și standardizată, atunci o rețea de stații de hidrogen și infrastructura de transport va trebui să se dezvolte în jurul acesteia. Principala barieră în acest sens ar putea fi procesul de sortare tehnologică. Stațiile nu se vor dezvolta rapid până când nu există o tehnologie de stocare care domină clar piața. De exemplu, dacă toate automobilele cu hidrogen de la toți producătorii foloseau borohidrură de sodiu, atunci o rețea de stații s-ar putea dezvolta rapid; acel fel de standardizare este puțin probabil să se întâmple rapid, dacă istoria este un ghid.
S-ar putea să existe și o descoperire tehnologică care ar putea schimba rapid terenul de joc. De exemplu, dacă cineva ar putea dezvolta o baterie reîncărcabilă ieftină, cu capacitate ridicată și timp de încărcare rapidă, mașinile electrice nu ar avea nevoie de pile de combustibil și nu ar fi nevoie de hidrogen pe drum. Mașinile s-ar reîncărca folosind electricitate direct.
- Veți auzi din ce în ce mai multe despre economia de hidrogen în știri în lunile corelate, deoarece ritmul tamburului este din ce în ce mai tare. Problemele de mediu ale economiei de combustibili fosili se combină cu descoperiri în tehnologia celulelor cu combustibil, iar împerecherea ne va permite să facem primii pași.
Cel mai evident pas pe care îl vom vedea este comercializarea vehicule cu combustibil cu celule. Deși vor fi alimentate inițial de benzină și reformatori, celulele de combustie includ două îmbunătățiri majore față de motorul cu ardere internă:
- Sunt aproximativ de două ori mai eficiente.
- Acestea pot reduce semnificativ poluarea aerului din orașe.
Trecerea la o economie cu hidrogen pur va fi mai greu. Instalațiile generatoare de energie electrică vor trebui să treacă la surse regenerabile de energie, iar piața va trebui să fie de acord cu modalitățile de stocare și transportare a hidrogenului. Aceste obstacole vor duce probabil la trecerea la economia hidrogenului un proces destul de lung.
Pentru a afla mai multe despre economia de hidrogen și tehnologiile din jurul acesteia, consultați linkurile de pe pagina următoare.
Articole similare
- Chestion pentru celule de combustibil
- -Cum funcționează celulele de combustibil
- Cum funcționează mașinile hibride
- Cum funcționează mașinile electrice
- Cum funcționează celulele solare
- Cum funcționează centralele hidroenergetice
- Cum funcționează procesoarele de combustibil
- Cum funcționează convertorii catalitici
- Cum funcționează benzina
- Cum funcționează rafinarea uleiului
- Cum funcționează forajul cu ulei
- Cum funcționează prețurile gazelor
- Scepticii climatului au dreptate?
Mai multe legături grozave
- Asociația Națională de Hidrogen
- Zorii epocii hidrogenului
- Rocky Mountain Institute
- Centrul de energie hidrogen
- Dispozitive de conversie a energiei Ovonics
- Generare de energie electrică - PDF
- FuelCellStore.com: Depozitarea hidrogenului
- Tetrahidridoborat de sodiu
- Electroliza apei folosind un curent electric - utilizează echipamente de laborator
- Electroliză: Obținerea hidrogenului din apă
- Energie chimică - PDF