Zalety i wady wodorowych ogniw paliwowych: 15 najlepszych dobrych i złych rozwiązań
Zalety i wady wodorowych ogniw paliwowych: 15 najlepszych dobrych i złych.
Zalety i wady wodorowych ogniw paliwowych: Wodór jest najprostszym czynnikiem we wszechświecie, który znamy dzisiaj. Jeden atom składa się z elektronu i jednego protonu.
Oznacza to, że jest to również najbardziej obfity element, do którego mamy dziś dostęp. Ze względu na tę obfitość, nie występuje on naturalnie jako gaz na naszej planecie. Dzięki interakcji z tlenem zawsze miesza się z innymi pierwiastkami, np. z H20 tworząc wodę.
Co ciekawe, wodór występuje również w większości związków organicznych. Węglowodory tworzą wiele z naszych paliw, w tym propan, gaz ziemny i benzynę. Aby zbudować ogniwo paliwowe o wysokiej wydajności energetycznej, wodór może być pozyskiwany z innych węglowodorów za pomocą cyklu zastosowania ciepła zwanego reformingiem.
Wodór jest alternatywą dla paliw kopalnych, która jest przyjazna dla środowiska i może być wykorzystana do zasilania niemal każdego komputera wymagającego energii elektrycznej. Kluczem do uczynienia tego możliwym jest ogniwo paliwowe, czyli system konwersji energii, który może łatwo absorbować i wykorzystywać moc wodoru.
Może to być przydatne w budynkach jako źródło energii elektrycznej lub cieplnej. Istnieje 15 kluczowych zalet i wad, które należy rozważyć w przypadku wodorowych ogniw paliwowych.
Czytaj także: Zalety i wady energii jądrowej.
15 zalet i wad wodorowych ogniw paliwowych
Zalety wodorowych ogniw paliwowych
Wodorowe ogniwa paliwowe zapewniają nam zdrową technologię, którą można wykorzystać w niemal każdym przypadku.
W porównaniu z paliwami palnymi i innymi źródłami energii w tej dziedzinie, technologie wodorowych ogniw paliwowych dają ludziom znikome ryzyko narażenia. Jedynym problemem związanym z narażeniem ludzi jest to, że gaz nie pozwala nikomu uzyskać odpowiedniej ilości tlenu z każdego oddechu. Aby zachować zdrowie, należy utrzymywać poziom tlenu na poziomie 19,5 procent, aby oddychanie było wystarczające.
Wodorowe ogniwa paliwowe mogą być wytwarzane kosztem neutralnych emisji.
Gdy stworzymy zwykłe wodorowe ogniwo paliwowe, tworzymy zobowiązanie węglowe, które może trwać do pięciu lat, w zależności od tego, jak bardzo system energetyczny jest używany. Kiedy spalamy to odnawialne narzędzie paliwowe, spłacamy dług zanim osiągniemy oszczędności netto w stosunku do konwencjonalnego paliwa kopalnego.
Wodorowe ogniwo paliwowe daje nam wszechstronność w zakresie energii elektrycznej.
Już teraz możesz kupić wodorowe ogniwo paliwowe, aby dopasować je do potrzeb energetycznych swojego domu lub pojazdu. Kiedy kupujesz lub bierzesz w leasing samochód, który jest wyposażony w tę technologię jako narzędzie paliwowe, producenci samochodów w tej branży oferują dziś 3 lata wodoru jako część zestawu zakupowego.
Z wodorowymi ogniwami paliwowymi, otrzymujemy większy stopień wydajności.
Można uzyskać stały poziom wydajności praktycznie w każdym przypadku, bez względu na rozmiar urządzenia. Zysk odnosi się do ogólnego profilu zużycia paliwa. Kiedy używasz baterii lub podobnego źródła zasilania, masz dostęp do mniejszej ilości energii niż wynosi wiek towaru lub niski poziom energii, co zmniejsza przyjazną dla użytkownika wydajność, którą otrzymujesz.
Wodorowe ogniwa paliwowe działają bez przerwy, nawet gdy zapasy są niewielkie, a użytkownik może natychmiast dostarczyć potrzebną energię, jeśli ma do dyspozycji źródło paliwa.
Stosowanie wodorowych ogniw paliwowych może zmniejszyć ryzyko narażenia na działanie substancji chemicznych.
Czy wiesz, że w przeciętnym domu znajduje się obecnie ponad 150 różnych związków chemicznych? W niektórych przypadkach, niektóre z produktów na bazie węglowodorów mogą stać się również potencjalnymi czynnikami rakotwórczymi.
Wdychanie oparów paliwa z benzyny lub innych środków może wywołać silne bóle głowy, zawroty głowy i mdłości. Przejście na wodorowe ogniwa paliwowe pomaga zmniejszyć ryzyko narażenia, ponieważ ta sama energia jest przydatna w wielu zastosowaniach.
Emisja z ogniwa paliwowego na wodór jest prawie zerowa.
Kiedy pochłaniamy energię zmagazynowaną w ogniwie paliwowym z wodorem, wówczas zdecydowana większość zanieczyszczeń, które wytwarzamy w tym procesie, to para wodna i gorące powietrze. Główny koszt, jaki ponosimy w związku z emisją gazów cieplarnianych, pochodzi z paliw kopalnych, które są potrzebne do wytworzenia ogniwa paliwowego.
Jako oszczędność netto, każda konwersja pojazdu z benzyny na tę technologię powoduje usunięcie z atmosfery pięciu ton metrycznych CO2. Woda pochodząca z wodorowych ogniw paliwowych może być zdatna do picia, co oznacza, że można przekształcić potrzeby ogrzewania i chłodzenia w coś do picia.
System ten oferuje wysokie wymagania w zakresie efektywności energetycznej.
Większość silników spalinowych, gdy działają zgodnie z oczekiwaniami, pracuje z wydajnością na poziomie około 25 procent. Patrząc na przeciętną wydajność elektrowni, można osiągnąć poziom sprawności 35 procent.
Według Connecticut Hydrogen-Fuel Cell Alliance, stacjonarne ogniwo paliwowe może mieć sprawność zbliżoną do 80 procent, gdy jest połączone z systemami ogrzewania i zasilania.
Ze względu na korzyści związane z wydajnością wodorowych ogniw paliwowych, firma DaimlerChrysler zainwestowała ponad 1 miliard dolarów w tę technologię, ponieważ może ona stanowić potencjalną opcję energetyczną, która będzie napędzać następną generację pojazdów.
Oferuje ona efektywną metodę magazynowania zasobów.
Ponieważ energia jest przechowywana w postaci gazu-cieczy jako wodór, nie rozprasza się aż do momentu jej wykorzystania, gdy ogniwo paliwowe jest prawidłowo zbudowane. Oznacza to, że technologia ta jest przydatna jako źródło energii dla potrzeb krytycznych, generatorów awaryjnych i zastosowań długoterminowego przechowywania, ponieważ w tej technologii występuje mniejsza utrata energii.
Podobnego argumentu nie można użyć w przypadku kondensatorów, akumulatorów, a nawet paliw węglowodorowych, dlatego też muszą być one ładowane nawet wtedy, gdy nie są używane.
Pojazdy wykorzystujące wodorowe ogniwa paliwowe otrzymują lepsze oceny zużycia paliwa.
Harlan Ellison był autorem science fiction, płodnym i wpływowym w swojej twórczości. Podobno kiedyś twierdził, że "dwa najpopularniejsze pierwiastki we wszechświecie to wodór i ignorancja". Głupotą byłoby zignorowanie technologii wodorowych ogniw paliwowych, ponieważ możliwości w zakresie wydajności paliwowej są niesamowite.
Przy podobnej ilości benzyny, przeciętny pojazd będzie w stanie podwoić swój zasięg bez wytwarzania ton potencjalnie szkodliwych zanieczyszczeń na swojej drodze.
Wady wodorowych ogniw paliwowych
Aby zoptymalizować ich wykorzystanie, trzeba kontrolować temperaturę wodorowego ogniwa paliwowego.
Jeśli chcesz, aby wodorowe ogniwo paliwowe działało z maksymalną wydajnością, musisz zawsze utrzymywać jego temperaturę na poziomie poniżej 212 ° F. Gdy temperatura wzrośnie powyżej tego punktu, nie uzyskasz takich samych poziomów wydajności paliwa podczas jazdy.
Polimerowe membrany wymienne, które są częścią składu ogniwa paliwowego, nie działają dobrze, gdy są wystawione na działanie wysokich temperatur, dlatego konwersja z benzyny na wodór zwykle nie występuje. Typowy silnik spalinowy wytwarza nadmierną ilość ciepła.
Do tej pory wodorowe ogniwa paliwowe nie działają w żadnym przypadku.
Obecnie musimy przechowywać nasze zasoby paliwowe, abyśmy mogli z nich korzystać, kiedy są potrzebne. Jedynym sposobem na przechowywanie wodoru jest zastosowanie ciśnienia do 700 barów lub utrzymywanie go w niskiej temperaturze jako cieczy. Oznacza to, że trzeba zużyć dodatkową energię, aby utrzymać zasoby, zanim zdecydujemy się ich użyć.
Ponieważ wymaga to sprężania, paliwo to może nie być palne w wyższej temperaturze, co obniża jego górne granice palności nawet o 75%. Ta wada może być również odczuwalna poprzez powolny wyciek z samego ogniwa paliwowego.
Nie jest to w tej chwili całkowicie odnawialna opcja energetyczna.
Mamy możliwość generowania wodoru z zasobów odnawialnych, ale w chwili obecnej nie ma wystarczającej infrastruktury, aby uczynić z tego realną alternatywę. Oznacza to, że do wytwarzania wodoru używamy paliw kopalnych, więc nie jest to tak przyjazne dla środowiska, jak niektórzy zwolennicy lubią mówić.
Ogólnie rzecz biorąc, nadal mamy do czynienia z mniejszą emisją, ponieważ nie wytwarzamy ładunku dwutlenku węgla podczas konsumpcji, ale to jedyny zysk w tej chwili. Ponosimy również takie same koszty emisji gazów cieplarnianych jak w przypadku każdego innego paliwa opartego na węglowodorach, które wykorzystujemy w transporcie lub ogrzewaniu i chłodzeniu domów, aż do momentu użycia przez konsumenta.
Technologia ta nie jest obecnie szeroko dostępna.
Jedynym sposobem na skorzystanie z technologii wodorowych ogniw paliwowych jest zamieszkanie w regionie, w którym samochody mogą być sprzedawane z tą technologią. Oznacza to, że mieszkańcy Kalifornii mogą kupić samochód wyposażony w tę technologię, podobnie jak niektórzy mieszkańcy Hawajów.
W Stanach Zjednoczonych jest obecnie tylko ośmiu dealerów samochodowych, którzy mogą sprzedawać samochody wyposażone w takie ogniwa paliwowe. Aby dokonać zakupu, należy wykazać się obywatelstwem jako nabywca.
W przypadku wodorowych ogniw paliwowych nadal istnieją pewne zagrożenia dla środowiska, które należy wziąć pod uwagę.
Gdybyśmy mieli uwolnić duże ilości wodoru jako gazu do atmosfery, spowodowalibyśmy szkodliwy wpływ na warstwę ozonową, który mógłby być tak ekstremalny, jak w przypadku CFC w poprzednim stuleciu.
Chociaż przezwyciężenie tej wady wymagałoby rozwinięcia gospodarki wodorowej, obejmującej transport, produkcję i ogrzewanie domów, jest to problem, którego nie należy ignorować. Jeśli chcemy kontynuować prace nad zmianą atmosfery, nie możemy pozwolić na gromadzenie się gazu.
Dodanie wodoru do naszej atmosfery, na większej wysokości, spowoduje wytworzenie większej ilości pary. Oznacza to, że możemy doświadczyć wyższego poziomu promieniowania na poziomie gruntu, zaobserwować mutacje roślin i przesunięcia w naszych wzorcach pogodowych, które mogą zmienić nasze sezony wegetacyjne.
Do transportu wodoru potrzeba więcej wodoru niż w przypadku większości innych paliw.
Chociaż koszty budowy rurociągów wodorowych, transportu morskiego i cystern spadły nawet o 90% od lat 90-tych, kiedy to ogniwa paliwowe stały się po raz pierwszy dostępne, nadal trzeba liczyć się ze znacznymi wydatkami na budowę infrastruktury niezbędnej dla tej technologii.
Ostatnie szacunki wskazują, że budowa centralnej sieci do transportu gazowych lub płynnych form paliwa kosztuje około 200 000 dolarów za milę.
Koszt przetwarzania wodoru jest na tyle drogi, że dla większości ludzi staje się zaporowy.
Szacunkowe koszty przechowywania wodorowych ogniw paliwowych spadły o ponad 50 procent od 2006 r., ale nadal wynoszą 53 dolary za kilowat, jeśli spojrzeć na stosy wymagane dla nowoczesnego samochodu.
Koszty te są znacznie wyższe niż w przypadku benzyny, zwłaszcza jeśli weźmiemy pod uwagę koszt oddzielenia gazu, a nie rafinacji węglowodorów.
Patrząc na tę wadę z punktu widzenia samochodu, koszt jest nadal niższy niż energii elektrycznej, ale kiedy masz szczególną potrzebę naprawy, to nadal łatwiej jest uruchomić na olej napędowy, benzynę lub propan w tej chwili.
Wnioski
Zalety i wady wodorowych ogniw paliwowych dają nam dostęp do innowacyjnej nowej technologii, która może pewnego dnia pomóc nam ilość toksycznych emisji gazów cieplarnianych, które uciekają do naszego powietrza.
Przejście do gospodarki wodorowej nie jest pozbawione ryzyka. Musimy znaleźć sposób na ograniczenie ucieczki gazu do naszego środowiska, aby uniknąć ewentualnego problemu z redukcją ozonu.
Należy opracować nowe technologie, które pomogą nam również produkować wodór po przystępnych cenach. Jeśli uda nam się osiągnąć te możliwe kamienie milowe, nasz świat przyszłości może wyglądać zupełnie inaczej - ale czuć się bardzo znajomo.
