Ce este energia hidrogenului?

Universul este format dintr-un amestec de o gamă largă de componente. Fiecare componentă are un rol vital în compoziția lumii. Cele mai abundente componente din univers includ hidrogenul, azotul și oxigenul. Hidrogenul este componenta cea mai prezentă, ocupând 75% din univers, și joacă un rol mai mare în sustenabilitatea vieții. Pe lângă faptul că ajută alte diferite specii vii să supraviețuiască, hidrogenul poate fi utilizat pentru a genera energie.

Hidrogenul există în aproape toată materia vegetală și, de asemenea, se găsește în mod natural în apă. Deși soarele are un procent mai mare de hidrogen gazos, gazul este prea ușor încât practic dispare de pe suprafața pământului atunci când este vehiculat de razele solare. Așadar, pentru a obține în mod eficient hidrogenul gazos, acesta trebuie să fie valorificat din apă, gaz natural sau biomasă.

hidrogenul gazos

Hidrogenul este cel mai de bază dintre toate elementele Pământului. Atomul de hidrogen este alcătuit dintr-un singur proton și un singur electron. Ca atare, este foarte abundent, dar nu există cu adevărat ca o formă separată de materie. În schimb, este de obicei combinat cu alte elemente. Pentru a separa hidrogenul gazos de substanțele care îl însoțesc este nevoie de mult efort, dar se produce o sursă de energie puternică și aproape curată. Ca gaz, poate fi folosit în pilele de combustie pentru a alimenta motoarele.

Hidrogenul gazos este extras din apă printr-o tehnică cunoscută sub numele de electroliză, care presupune trecerea unui curent electric ridicat prin apă pentru a separa atomii de hidrogen și oxigen. Procesul de electroliză este destul de costisitor, deoarece implică un consum mare de energie.

Energia folosită pentru a genera electricitate în procesul de electroliză este valorificată din combustibili fosili, cum ar fi petrolul, gazele naturale sau cărbunele. De asemenea, poate fi exploatată din surse de energie regenerabilă, cum ar fi energia solară, eoliană și hidroelectrică, pentru a se asigura că nu există emisii de gaze cu efect de seră.

Obținerea volumelor de hidrogen prin această metodă este încă în curs de cercetare pentru a stabili o metodă viabilă de generare a acestuia pe plan intern la un cost relativ scăzut.

O altă metodă de extracție a hidrogenului gazos este reformarea metanului cu abur sau extracția cu abur, care presupune separarea atomilor de hidrogen din metan de atomii de carbon. Este tehnica utilizată în prezent pentru a obține hidrogen gazos în cantități mari. Dezavantajul reformării metanului cu abur este că emite în atmosferă o mulțime de gaze cu efect de seră, cum ar fi dioxidul de carbon și monoxidul de carbon, care sunt rețete pentru încălzirea globală.

Pentru a obține energie electrică din hidrogenul gazos, acesta este transportat la pilele de combustie unde se combină cu oxigenul, iar rezultatul este o reacție chimică care generează energie electrică și căldură. De asemenea, hidrogenul gazos poate fi pur și simplu ars pentru a alimenta motoarele vehiculelor. Produsele secundare ale acestei reacții chimice sunt apa și carbonul care este folosit pentru a produce metan și cărbune.

Diverse utilizări ale hidrogenului

Hidrogenul este generat ca produs secundar în industriile Clor – Alkali. Anterior, acesta era utilizat parțial pentru aplicații neenergetice, iar partea rămasă era fie arsă în flacără, fie evacuată în atmosferă. În prezent, hidrogenul subprodus a fost utilizat pentru producția de produse chimice și pentru aplicații captive (în principal energetice).

Hidrogenul este produs pentru aplicații neenergetice, de exemplu, în industriile de îngrășăminte și în rafinăriile de petrol. Au fost, de asemenea, dezvoltate și demonstrate grupuri electrogene de mici dimensiuni alimentate cu hidrogen, autobuze cu pile de combustie, vehicule cu trei roți, vehicule cu două roți (motociclete) și sisteme de combustie catalitică pentru sectoarele rezidențial și industrial.

Avantajele energiei hidrogenului

Este o sursă de energie regenerabilă și abundentă în aprovizionare

Hidrogenul este o sursă bogată de energie din mai multe motive, principalul fiind faptul că este abundentă în aprovizionare. Deși poate fi nevoie de o mulțime de resurse pentru a-l exploata, nicio altă sursă de energie nu este infinită ca hidrogenul. Asta înseamnă, în esență, că nu există posibilitatea ca acesta să se epuizeze, așa cum se întâmplă cu alte surse de energie.

Numeroase surse de producere a hidrogenului la nivel local

Hidrogenul poate fi produs fie la fața locului, unde va fi utilizat, fie la nivel central și apoi distribuit. Hidrogenul gazos poate fi produs din metan, benzină, biomasă, cărbune sau apă. Factorii precum cantitățile de poluare, provocările tehnice și cerințele energetice variază în funcție de sursele utilizate.

Este practic o sursă de energie curată

Când hidrogenul este ars pentru a produce combustibil, produsele secundare sunt total sigure, ceea ce înseamnă că nu au efecte secundare cunoscute. Companiile aeronautice folosesc de fapt hidrogenul ca sursă de apă potabilă. După ce este utilizat, hidrogenul este în mod normal transformat în apă potabilă pentru astronauții de pe nave sau de pe stațiile spațiale.

Energia hidrogenului este netoxică

Este o substanță netoxică, care este rară pentru o sursă de combustibil. Aceasta înseamnă că este prietenoasă cu mediul înconjurător și nu provoacă daune sau distrugeri sănătății umane.

Acest aspect o face preferată în comparație cu alte surse de combustibil, cum ar fi energia nucleară, gazele naturale, care sunt extrem de periculoase sau descurajante pentru a fi exploatate în siguranță. De asemenea, permite utilizarea hidrogenului în locuri în care alte forme de combustibil ar putea să nu fie permise.

Utilizarea hidrogenului reduce foarte mult poluarea

Când hidrogenul este combinat cu oxigenul într-o celulă de combustibil, se produce electricitate, care poate fi utilizată pentru a alimenta vehicule sau pentru a acționa un motor electric, ca sursă de căldură și pentru multe alte utilizări. Atunci când se combină cu oxigenul, singurele produse secundare sunt apa și căldura, acesta fiind avantajul utilizării hidrogenului ca purtător de energie.

Utilizarea pilelor de combustie cu hidrogen nu eliberează dioxid de carbon și alte gaze cu efect de seră sau alte particule atunci când în procesul de producție se folosesc surse regenerabile, cum ar fi apa sau energia solară.

Este mult mai eficient decât alte surse de energie

Hidrogenul este un tip de energie eficient, deoarece are capacitatea de a transmite o cantitate mare de energie pentru fiecare kilogram de combustibil, în comparație cu motorina sau gazul. Acest lucru înseamnă, în mod categoric, că un automobil care utilizează energie pe bază de hidrogen va parcurge mai mulți kilometri decât unul cu o cantitate egală de benzină.

De exemplu, în comparație cu o centrală electrică convențională bazată pe combustie care, de obicei, generează electricitate cu o eficiență cuprinsă între 33 și 35%, pilele de combustie pe bază de hidrogen sunt capabile să genereze electricitate cu o eficiență de până la 65%, având o capacitate de aproximativ trei ori mai mare.

Utilizate pentru alimentarea navelor spațiale

Eficiența și puterea energiei pe bază de hidrogen fac din aceasta o sursă de combustibil ideală pentru navele spațiale. Puterea sa este atât de mare încât este capabilă să propulseze rapid navele spațiale în misiuni de explorare.

Este, de asemenea, cea mai sigură formă de energie pentru a îndeplini o astfel de sarcină energointensivă. Energia hidrogenului este, de fapt, de 3 ori mai puternică decât benzina și alte surse de combustibil de origine fosilă. Acest lucru înseamnă, în mod ideal, că aveți nevoie de mai puțin hidrogen pentru a îndeplini o sarcină enormă.

Oferă, de asemenea, putere motrice pentru avioane, bărci, mașini și aplicații portabile și staționare ale pilelor de combustie. Dezavantajul utilizării hidrogenului în mașini este că este practic dificil de stocat în rezervoare criogenice sau de înaltă presiune.

Un sistem de producție sustenabil

Electroliza este o metodă prin care apa este separată în hidrogen și oxigen. În acest caz, energia regenerabilă poate fi folosită pentru a alimenta electrolizoarele pentru a produce hidrogen din apă, care oferă un sistem durabil, independent de produsele petroliere și, de asemenea, este nepoluant, neproducând emisii. Unele dintre sursele regenerabile utilizate pentru alimentarea electrolizoarelor sunt energia eoliană, hidroelectrică, solară și a mareelor.

După ce hidrogenul este produs într-un electrolizator, acesta poate fi utilizat într-o celulă de combustibil pentru a produce electricitate. Produsele secundare generate în procesul pilei de combustie sunt apa și căldura. Dacă pilele de combustie funcționează la temperaturi ridicate, sistemul poate fi configurat ca un co-generator, energia reziduală fiind folosită pentru încălzire.

Dezavantajele energiei hidrogenului

În timp ce energia hidrogenului are o mulțime de beneficii admirabile, nu este chiar sursa de energie absolut preferabilă, curată și ieftină pentru majoritatea guvernelor și companiilor. În stare gazoasă, este destul de volatilă.

În timp ce volatilitatea sa îi conferă un avantaj față de alte surse de energie în ceea ce privește îndeplinirea a numeroase sarcini, o face, în egală măsură, riscantă pentru a fi folosită și rezolvată. Unele dintre dezavantajele energiei hidrogenului includ:

Energia hidrogenului este costisitoare

Electroliza și reformarea cu abur, cele două procese principale de extracție a hidrogenului, sunt extrem de costisitoare. Acesta este adevăratul motiv pentru care nu este utilizat la scară largă în întreaga lume. În prezent, energia hidrogenului este folosită în principal pentru alimentarea majorității vehiculelor hibride.

Este nevoie de multe cercetări și inovații pentru a descoperi modalități ieftine și durabile de valorificare a acestei forme de energie. Până atunci, energia hidrogenului va rămâne exclusiv pentru cei bogați.

Complicații de stocare

Una dintre proprietățile hidrogenului este că are o densitate mai mică. De fapt, este mult mai puțin dens decât benzina. Acest lucru înseamnă că trebuie să fie comprimat în stare lichidă și depozitat în același mod, la temperaturi mai scăzute, pentru a-i garanta eficacitatea și eficiența ca sursă de energie.

Acest motiv explică și de ce hidrogenul trebuie să fie în permanență depozitat și transportat sub presiune ridicată, motiv pentru care transportul și utilizarea comună este departe de a fi fezabilă.

Nu este cea mai sigură sursă de energie

Puterea hidrogenului nu trebuie deloc subestimată. Deși benzina este un pic mai periculoasă decât hidrogenul, hidrogenul este o substanță extrem de inflamabilă și volatilă, care apare frecvent pe prima pagină a ziarelor pentru potențialele sale pericole. În comparație cu gazul, hidrogenul este lipsit de miros, ceea ce face aproape imposibilă orice detectare a scurgerilor. Pentru a detecta scurgeri, trebuie să se instaleze senzori.

Tricicky to Move Around

Este o sarcină descurajantă să transporți hidrogenul cu brio din cauza ușurinței sale. Petrolul poate fi transportat în condiții de siguranță, deoarece este împins mai ales prin conducte.

Cărbunele poate fi transportat în mod convenabil în camioane basculante. Hidrogenul prezintă, de asemenea, provocări atunci când se ia în considerare deplasarea sa în cantități mari, motiv pentru care este transportat în principal doar în loturi mici.

Depinde de combustibilii fosili

Energia hidrogenului este regenerabilă și are un impact minim asupra mediului, dar separarea sa din oxigen necesită alte surse neregenerabile, cum ar fi cărbunele, petrolul și gazele naturale. Combustibilii fosili sunt în continuare necesari pentru a produce combustibil pe bază de hidrogen.

Energia hidrogenului nu poate susține populația

În ciuda faptului că hidrogenul este disponibil în abundență, costul de valorificare a acestuia limitează utilizarea pe scară largă. După cum vă dați seama, este destul de dificil să perturbi status quo-ul.

Energia din combustibili fosili încă domină lumea. De asemenea, nu există niciun cadru pus la punct pentru a asigura în viitor o energie ieftină și sustenabilă pe bază de hidrogen pentru posesorii obișnuiți de mașini.

Chiar dacă hidrogenul s-ar ieftini chiar acum, ar dura ani de zile pentru a deveni cea mai utilizată sursă de energie, deoarece vehiculele în sine și stațiile de service ar trebui să fie adaptate pentru a se conforma cerințelor hidrogenului. Acest lucru ar necesita o investiție masivă de capital.

Este un fapt că energia hidrogenului este o resursă regenerabilă, deoarece este disponibilă din abundență, iar impactul său este extrem de neglijat. Cu toate acestea, companiile producătoare de hidrogen vor avea nevoie, în mod real, de alte forme de energie neregenerabilă, cum ar fi cea fosilă (cărbune, gaze naturale și petrol) pentru a-l separa de oxigen. Am putea fi capabili să minimizăm dependența excesivă de combustibilii fosili atunci când adoptăm energia hidrogenului, dar va fi descurajant să scăpăm de ea din sistem.

U.S. DoE
U.S. EPA

  • Autor
  • Postări recente
Un adevărat ecologist din suflet ❤️. A fondat Conserve Energy Future cu singurul motto de a oferi informații utile legate de mediul nostru înconjurător care se epuizează rapid. Dacă nu credeți cu tărie în ideea lui Elon Musk de a face din Marte o altă planetă locuibilă, nu uitați că nu există cu adevărat o „Planetă B” în tot acest univers.

Ultimele postări ale lui Rinkesh (vezi toate)
  • Sunt bilele de golf reciclabile? (Și sunt ele biodegradabile?) – 2 martie 2021
  • Sunt bețișoarele reciclabile? (Și sunt ele compostabile sau biodegradabile) – 2 martie 2021
  • Este banda Sellotape reciclabilă? (And Is It Is It Compostable or Biodegradable?) – 2 martie 2021

hydrogen-gas

Leave a Reply

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.