Studiul utilizării pilelor de combustibili

INTRODUCERE

Unul dintre cei mai interesanti, poate intr-un fel cei mai promitatori combustibili alternativi pentru transport este hidrogenul. Este usor de produs prin electroliza, prin simpla separare a oxigenului si hidrogenului din apa (H2O), utilizand energia electrica. Cu toate acestea, in prezent aproape intreaga cantitate de hidrogen se obtine din gazul natural. Utilizarea hidrogenului, indeosebi atunci cand acesta este produs cu energie eoliana, solara, geotermala, hidro sau alte sisteme de energie regenerabila, genereaza un lant al emisiilor zero. Hidrogenul este un combustibil curat, care poate inlocui benzina, motorina sau gazul, in sectorul de transport. Deoarece hidrogenul in stare gazoasa ocupa un volum foarte mare, comparativ cu alti combustibili, hidrogenul ar fi mult mai util ca sursa de energie in stare lichida. O solutie posibila este separarea carbonului asociat in hidrogen, intr-un reformator catalitic si introducerea hidrogenul intr-o pila de combustie.

Hidrogenul este utilizat in pilele de combustie pentru producerea electricitatii; sistemul de actionare pentru vehiculele pe hidrogen consta intr-un motor electric fara angrenaj. Hidrogenul este de asemenea utilizat in motoarele cu ardere interna special proiectate si a fost cu succes amestecat cu gazul natural la autobuzele pe gaz, pentru a spori eficienta si a reduce emisiile.

Pila pe hidrogen utilizeaza hidrogenul ca si combustibil si oxigenul ca si oxidant. Alti combustibili includ hidrocarburi si alcooli. Alti oxidanti sunt aerul, clorul si dioxidul de clor.

Incepand cu anii 1990, producatorii de automobile au evidentiat dezvoltarea sistemelor de actionare cu hidrogen. In timpul demonstratiilor, autobuzele din transportul public, pe pile de combustie cu hidrogen, au dovedit o fiabilitate comparabila cu autobuzele pe motorina, pe parcursul a trei ani de operare, iar durata de viata a pilelor de combustie se imbunatateste constant.

AVANTAJE

o Zero emisii dioxid de carbon*a se vedea dezavantajul 1

o Angajare ferma in diminuarea schimbarilor de clima

o Imagine verde, Public Relation pozitiva

o Nivel redus de zgomot

o Calea pentru utilizarea resurselor locale diversificate

o Eficienta ridicata a combustibilului

DEZAVANTAJE

• Daca nu se produce prin electroliza, emisiile de dioxid de carbon ce rezulta din procesul de producere a hidrogenului pot fi mai mari decat in cazul benzinei sau a motorinei

• In stare gazoasa necesita volum mare

• Necesita echipament de umplere specializat (poate fi gaz comprimat sau un lichid)

• Costuri ridicate

• Stocarea hidrogenului pe vehicule pentru o gama rezonabila

Prima statie publica de realimentare cu hidrogen a fost deschisa in aprilie 2003 la Reykjavik, Islanda. Aceasta statie deserveste trei autobuze construite de DaimlerChrysler, care opereaza in reteaua de transport public din acest oras. Statia produce hidrogenul propriu necesar, printr-o unitate de electroliza (produsa de Norsk Hydro), si nu necesita reumplere: tot ceea ce intra in statie este energia electrica si apa. Royal Dutch Shell este de asemenea partener in acest proiect. Statia nu are acoperis, pentru a permite oricaror scapari de hidrogen sa esapeze in atmosfera.

Ce sunt pilele de combustie ?

Pilele de combustie sunt dispozitive electrochimice extrem de eficiente care utilizeaza hidrogenul si oxigenul pentru a produce energie electrica. Aceasta energie electrica este utilizata pentru alimentarea unui motor electric de tractiune din vehicul. Pila de combustie a fost descoperita de mai bine de un secol. Pilele de combustie au fost utilizate in explorari spatiale pe parcursul secolului 20 fiind inregistrate progrese destul de rapide. In 2006 erau vehicule care utilizau fie hidrogenul comprimat fie lichefiat. Vehiculele pe pila electrica au performante similare sau imbunatatite, comparativ cu un vehicul pe motor cu ardere interna, nefiind la fel de limitate ca majoritatea vehiculelor pe baterie electrica. Desi vehiculele pe pila de combustie nu sunt deocamdata disponibile comercial, aceasta pare sa se schimbe in urmatorii cativa ani.

Vehiculele pe pila de combustie pot fi ‘pure’ sau ‘hibride’. Modelul hibrid include utilizarea unei baterii pentru sarcina energetica de varf. Aceasta permite de asemenea vehiculului sa utilizeze energia de franare regenerativa, ceea ce poate reduce consumul de combustibil cu pana la 20%. Hibridele economisesc combustibil in proportie de 30-40%. Pilele de combustie au fost utilizate de multi ani pe nave spatiale pentru alimentarea echipamentelor electrice. Acestea sunt alimentate cu hidrogen lichid din rezervoarele de combustibil ale rachetelor spatiale. Vehiculele pe pila de combustie transforma hidrogenul si oxigenul in energie electrica. Energia electrica astfel obtinuta alimenteaza apoi un motor electric, la fel cum se intampla cu bateriile electrice care alimenteaza motorul unor vehicule electrice. Atunci cand se combina oxigenul cu hidrogenul, acestea produc energie si apa (H2O). In pilele de combustie aceasta se face fara vreo ardere (combustie).

Cand ne referim la vehicule alimentate cu hidrogen, ne duce gandul la navele spatiale de tip racheta, cum este o baza spatiala. Aceasta este alimentata cu oxigen si hidrogen, ambele in stare lichida. Cu exceptia apei, la esapare nu se regasesc alte substante. Pilele de combustie se incing iar apa se elimina din pilele de combustie sub forma de vapori de apa sau abur. Exista o serie de cai prin care hidrogenul poate fi furnizat pilelor de combustie. O cale este pur si simplu de a introduce hidrogen gazos in pila de combustie, impreuna cu aer. Hidrogenul gazos poate proveni din hidrogenul in stare gazoasa sau lichida acumulat pe vehicul. Pentru a transporta hidrogenul gazos pe vehicul, acesta trebuie comprimat. Atunci cand se comprima (de regula la o presiune de circa 3000 pounds/inch patrati) acesta trebuie stocat in containere speciale de inalta presiune. Acest lucru este similar modului in care este stocat gazul natural comprimat pe vehiculele alimentate cu gaz natural.

Fabricantii, intre care Ford, General Motors (GM), Honda, Toyota si Mercedes Benz, au demonstrat deja aceste vehicule pe pila de combustie, iar o serie de vehicule New Electric Car (Necar) au fost realizate de DaimlerChrysler, Ford si Ballard. Acest parteneriat isi propune ca pana in 2010-2012, sa faca posibila comercializarea automobilelor pe pila de combustie.

In prezent, au fost realizate vehicule pe pila de combustie doar in etapa de pre prototip. Aceasta inseamna ca exista doar cateva vehicule pe pila de combustie si toate sunt in realitate utilizate pentru teste. Majoritatea producatorilor de automobile lucreaza la modele pentru demonstratii, unele dintre acestea putand atinge o viteza de 90km/h si circa 280 mile inainte de a trebui realimentate.

INFORMATII SPECIFICE DIN CATEVA STATE

Marea Britanie

• Exista o serie de proiecte demonstrative pentru vehicule pe pila de combustie, in derulare la Londra, intre care:

• Trei autobuze pe pila de combustie (parte din proiectul CUTE)

• Un taxi pe pila de combustie

• Un vehicul utilitar pentru parcare

Suplimentar, Consiliul de Lucru detine o statie de alimentare cu pila de combustie.

Italia

In iulie 2006 a fost realizata prima statie de alimentare cu H2, de catre Eni in Grecciano (Regiunea Tuscany, pe ruta Florenta-Pisa-Livorno). Aceasta facilitate constituie prima statie din lume care furnizeaza H2 din surse regenerabile.

Hidrogenul este produs de panouri fotovoltaice de 20kW si trei turbine eoliene de 20kW.

In prezent nu exista reglementari nationale care sa permita vehiculelor sa functioneze pe H2, statia fiind in consecinta utilizata de prototipuri.