Care este raportul de eficiență energetică pentru celulele cu combustibil?

În loc să ardă combustibil ca motoarele convenționale, celulele cu combustibil hidrogen funcționează printr-un proces electrochimic. Pentru a produce electricitate, atomii de hidrogen sunt ionizați pe o parte a membranei electrolitului. În timp ce protonii se strecoară, electronii trebuie să parcurgă un drum lung printr-un circuit extern, creând un curent electric în timp ce se mișcă. Odată ce electronii ajung pe cealaltă parte și se împerechează cu protonii, hidrogenul se combină cu oxigenul din aer, rezultând un pic de căldură și apă ca produși secundari..

La nivel de bază, procesul este destul de eficient. În funcție de tipul de celule de combustibil cu hidrogen, raportul de eficiență tinde să medieze aproximativ 60% din cantitatea totală de energie eliberată prin procesul de mai sus. Cu toate acestea, celulele pe bază de hidrogen pe scară largă cu carbonat topit sau oxid solid pentru membrana lor electrolitică pot folosi atât căldura, cât și energia electrică produsă pentru o eficiență suplimentară, ajungând până la 85%. Între timp, celulele de combustibil portabile, cum ar fi membranele electrolitului polimer (PEM), utilizate în mașinile cu celule de combustibil, obțin o eficiență de la 50 la 60 la sută, potrivit Departamentului de Energie al SUA.

OK, dar cum se compara asta cu o mașină obișnuită? Incredibil de bine. Oricât de cool este să ne conducem mașinile cu ceea ce înseamnă practic explozii controlate și dinozaurii lichizi, motoarele cu combustie internă sunt altceva decât eficiente. Fără a ține cont de timpul petrecut în ralanti, de pierderea de energie de-a lungul drivelinei, de tracțiunea de aer și de frecare, majoritatea motoarelor pe benzină pierd aproximativ 62 la sută din energia lor pe combustibil doar pentru căldura irosită.

Dar există întotdeauna o captură atunci când te învârti cu termodinamica și eficiența energetică. În cazul hidrogenului, este o problemă de producție. Hidrogenul poate fi cel mai abundent element din univers, dar dacă nu simți că ar fi căzut la suprafața soarelui (aduce o băutură rece și pantofi cu talpă groasă!), Nu vei găsi elementul nicăieri gratuit. Hidrogenul aici pe Pământ este întotdeauna legat de ceva, ceea ce înseamnă că trebuie extras, un proces care este costisitor, consumă timp și necesită o cantitate enormă de energie.

În prezent, cea mai mare parte a hidrogenului nostru este produsă prin electroliză sau prin eliminarea gazului natural într-un proces numit reformarea aburului. (De asemenea, gazul natural este un combustibil fosil.) În timp ce reforma aburului este cea mai comună metodă de producție industrială de hidrogen, necesită o cantitate mare de căldură și este ineficient. Hidrogenul produs prin reforma aburului are, de fapt, mai puțină energie decât gazul natural cu care începe reforma cu abur. În plus, spre deosebire de celulele cu combustibil cu hidrogen, procesul produce poluare - deci este de fapt mai eficient din punct de vedere energetic doar pentru a utiliza hidrocarburile în sine ca combustibil.

Cu toate acestea, există speranță. Deși încă nu am găsit o modalitate viabilă de a obține hidrogenul ieftin, lucrurile se îmbunătățesc. Costurile materialelor scad și există mai multe modalități potențial mai ușoare de colectare a acesteia, cum ar fi valorificarea algelor care produc hidrogen și utilizarea metanului din depozitele de deșeuri. Un viitor alimentat pe bază de hidrogen poate fi la vedere sau este cel puțin o pată la orizont.

Articole similare

• Construiește o celulă cu combustibil de hidrogen în bucătăria ta
• Cum funcționează mașinile cu hidrogen
• Este combustibilul cu hidrogen periculos?

surse

• Suplee, Curt. "Nu pariați pe o mașină cu hidrogen în curând." Washington Post. 17 noiembrie 2009. (28 iulie 2010). http://www.washingtonpost.com/wpdyn/content/article/2009/11/16/AR2009111602668.html
• Departamentul de Energie al SUA. „Tehnologii avansate și eficiență energetică”. Ghid pentru economia combustibilului. 2010. (22 iulie 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml
• Departamentul de Energie al SUA. „Provocări.“ Ghid pentru economia combustibilului. 2010. (22 iulie 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/fcv_challenges.shtml
• Departamentul de Energie al SUA. "Vehicule cu combustibil". Ghid pentru economia combustibilului. 2010. (22 iulie 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/fuelcell.shtml
• Programul Departamentului de hidrogen energetic al SUA. "Celule cu combustibil de hidrogen". Fișă cu celule de combustibil DOE. Octombrie 2006. (22 iulie 2010). www.hydrogen.energy.gov/pdfs/doe_fuelcell_factsheet.pdf