Hidrogenul este o sursă de energie curată despre care se discută tot mai des la nivel european. În acest articol vom explica ce sunt celulele cu hidrogen.
Energie din hidrogen
Numită și pilă de combustie, o celulă cu hidrogen este o celulă electrochimică ce transformă energia chimică a unui combustibil (hidrogen) și a unui agent oxidant (oxigen) în energie electrică prin două reacții redox (reacții de oxido-reducere).
Celulele cu hidrogen sunt diferite de majoritatea bateriilor prin faptul că ele necesită o sursă continuă de combustibil și oxigen pentru a susține reacția chimică, în timp ce într-o baterie tipică energia chimică provine de regulă din substanțe care sunt deja prezente în baterie, potrivit Wikipedia.org. Astfel, celulele cu hidrogen pot produce electricitate în mod continuu atâta timp cât sunt furnizate combustibil (hidrogen) și oxigen.
Ce sunt celulele cu hidrogen și cum produc curent electric
Există multe tipuri de celule cu hidrogen, dar toate sunt alcătuite dintr-un anod (electrod pozitiv), catod (electrod negativ) și un electrolit aflat între cele două terminale cu sarcină electrică, ce le permite ionilor de hidrogen încărcați pozitiv (protoni) să se deplaseze între cele două părți cu sarcină electrică ale celulei.
La anod, un catalizator (adesea platină) face ca hidrogenul (combustibilul) să sufere reacții de oxidare care generează ioni de hidrogen încărcați pozitiv și electroni. Ionii se deplasează de la anod la catod prin electrolit. În același timp, electronii se deplasează de la anod la catod printr-un circuit extern, producând curent electric continuu.
La catod, un alt catalizator face ca ionii de hidrogen, electronii și oxigenul să reacționeze, generând apă.
De ce este hidrogenul o sursă curată de energie
Celulele cu hidrogen individuale produc potențiale electrice relativ mici, de circa 0,7 volți, așa că ele sunt plasate în serie pentru a crea o tensiune mai mare.
Pe lângă electricitate, în urma proceselor chimice din celulele cu hidrogen rezultă și apă, vapori de apă și căldură reziduală. Deoarece pilele nu produc gaze poluante, hidrogenul este considerat o sursă curată de energie.
Ce sunt celulele cu hidrogen și ce aplicații au
Eficiența energetică a unei celule cu hidrogen este în general cuprinsă între 40 și 60%. În cazul în care căldura reziduală este captată într-o schemă de cogenerare, se pot obține eficiențe de până la 85%, mai notează Wikipedia.org.
Celulele cu hidrogen au multe aplicații. De pidlă, pila de combustie alcalină, numită și pilă Bacon după numele inventatorului său, Fracis Thomas Bacon, a fost utilizată în programele spațiale ale NASA încă de la mijlocul anilor ’60 pentru a genera energie pentru sateliți și navete spațiale (inclusiv în Programul Apollo).
Aceste pile consumă hidrogen și oxigen și produc electricitate, căldură și apă potabilă. Sunt unele dintre cele mai eficiente pile de combustie, având un randament de circa 60%.
Unde sunt folosite celulele cu hidrogen
Celulele cu hidrogen sunt folosite în special pentru alimentarea cu electricitate a clădirilor rezidențiale, comerciale și industriale aflate în zone îndepărtate sau greu accesibile (acolo unde conectarea la rețeaua de electricitate este dificilă).
Însă la ora actuală una dintre cele mai cunoscute utilizări ale celulelor cu hidrogen constă în alimentarea vehiculelor, inclusiv mașini, avioane de mici dimensiuni, autobuze, trenuri, ambarcațiuni, motociclete, submarine sau motostivuitoare.
Ce sunt celulele cu hidrogen și cum alimentează o mașină
Mașinile cu hidrogen sunt foarte similare cu cele electrice, în sensul că ambele sunt alimentate, în ultimă instanță, de motoare electrice. Însă una dintre diferențele principale este că o mașină electrică primește electricitatea din rețea și o stochează în baterii litiu-ion, în timp ce o mașină cu hidrogen își generează singură curentul electric necesar funcționării, se arată în videoclipul explicativ „Hydrogen Fuel Cell: How It Works”, realizat de „Enginuity Explained”.
Cea mai mare parte a hidrogenului de pe planetă se află în apă, așa că pentru a separa hidrogenul este nevoie de procese precum electroliza. Electroliza apei reprezintă descompunerea apei în gazele oxigen și hidrogen ca urmare a trecerii unui curent electric prin apă.
Hidrogenul are o densitate extrem de scăzută, atât în stare gazoasă, cât și în stare lichidă. Așa că, pentru a putea fi folosit, el trebuie comprimat până la 700 de atmosfere (o presiune de 700 de ori mai mare decât presiunea atmosferică de la nivelul mării). Un alt aspect crucial este că hidrogenul este extrem de inflamabil și exploziv, motiv pentru care rezervoarele în care este introdus trebuie să fie foarte rezistente și perfect etanșe, pentru a împiedica orice scurgere.
Ce sunt celulele cu hidrogen și ce avantaje are această tehnologie
Apoi, hidrogenul este transmis din rezervor în celule (pilele de combustie), unde are loc reacția chimică numită electroliză inversă, în urma cărei se produce curent electric.
Curentul continuu produs de celulele cu hidrogen este transformat apoi în curent alternativ cu ajutorul unui invertor, pentru a putea alimenta motorul electric al mașinii.
Mașinile cu hidrogen au o autonomie mai mare decât mașinile electrice. De exemplu, Toyota Mirai are o autonomie de circa 500 de kilometri. Un alt avantaj este că mașinile cu hidrogen pot fi realimentate în 5 minute, se mai arată în „Hydrogen Fuel Cell: How It Works”.
Ce dezavantaje are tehnologia bazată pe hidrogen
În contextul discuției despre ce sunt celulele cu hidrogen este important de știut că, atunci când se analizează eficiența tehnologiei pe bază de hidrogen în ansamblul ei, trebuie luat în calcul și procesul prin care se obține hidrogenul propriu-zis.
Concret, există și puncte slabe ale tehnologiei pe bază de hidrogen. Astfel, o mașină cu celule cu hidrogen este cu 50% mai puțin eficientă decât una electrică, atunci când se ia în calcul întregul proces pentru obținerea energiei necesare alimentării vehiculului, mai arată sursa citată.
Electroliza – care este un proces ineficient – este necesară în primă fază pentru a separa hidrogenul din apă. Apoi, hidrogenul obținut trebuie să fie comprimat până la o presiune foarte mare, transportat, depozitat și, în ultimă instanță, reconvertit în electricitate prin electroliză inversă.
Pentru realizarea tuturor acestor procese este nevoie de energie, așa că se ajunge la reducerea eficienței.
Un alt dezavantaj constă în riscul de explozie. Fiind comprimat la o presiune foarte mare, și extrem de inflamabil, un accident rutier riscă să producă o explozie majoră.
În ciuda dezavantajelor, este posibil ca hidrogenul să joace un rol important în viitor, în special în cazul vehiculelor de transport mari precum TIR-urile sau camioanele, unde ar fi nevoie de baterii litiu-ion foarte voluminoase, sau în aviație.
Foto: akitada31 / pixabay.com / R.Dervisoglu / Wikipedia.org
Dacă acest articol despre ce sunt celulele cu hidrogen ți s-a părut util, te-ar putea interesa și:
Cei mai mari producători de energie electrică din România. TOP 3
Cele mai mari hidrocentrale din România. TOP 7 centrale
Cele mai mari parcuri eoliene din România. TOP 14 centrale
Cele mai mari parcuri de energie solară din România. TOP 21 centrale
Urmărește-ne pe Google News
