Acqua ed elettricità sono prodotte come sottoprodotti dell'interazione chimica tra gas idrogeno e ossigeno all'interno di una cella a combustibile, che alimenta le celle a combustibile a idrogeno.
Sebbene negli anni '1990 e nei primi anni 2000 molti credessero che l'energia a idrogeno avrebbe innescato una rivoluzione nell'energia pulita , il nuovo mondo dell'energia a idrogeno non si è mai concretizzato. Le infrastrutture rappresentano un ostacolo significativo per la maggior parte delle nuove fonti energetiche.
L'elevato costo di produzione, la scarsa efficienza produttiva e le difficoltà legate allo stoccaggio e al trasporto hanno impedito un'ampia diffusione delle celle a combustibile a idrogeno nelle automobili di consumo.
Per coloro che possono permettersi le infrastrutture necessarie per sostenerla, la cella a combustibile a idrogeno ha più senso per le applicazioni industriali. I vantaggi e gli svantaggi dell'utilizzo di celle a combustibile a idrogeno per alimentare apparecchiature per la movimentazione dei materiali saranno discussi in questo articolo.
Vantaggi e svantaggi del combustibile a idrogeno
| S / No. | I vantaggi del combustibile a idrogeno | Gli svantaggi del combustibile a idrogeno |
| 1. | Versatilità d'uso Le celle a combustibile a idrogeno saranno in grado di fornire energia per una varietà di applicazioni fisse e mobili man mano che la tecnologia si svilupperà. I veicoli alimentati a idrogeno sono solo un esempio; Anche prodotti più piccoli come elettrodomestici e sistemi di riscaldamento su larga scala potrebbero utilizzare l’idrogeno. A differenza dell’energia basata sulla batteria, che scala la potenza in modo lineare con la massa, la capacità di accumulo dell’energia (ad esempio, il serbatoio del carburante) e le dimensioni del motore sono disaccoppiate nei propulsori ICE, offrendo una significativa libertà di progettazione. | Estrazione dell'idrogeno L'elemento più abbondante nell'universo, l'idrogeno, è un gas inerte che deve essere estratto dal carbonio combustibili fossili o recuperato dall'acqua mediante elettrolisi. Queste due operazioni richiedono una notevole quantità di energia per essere completate. Oltre ad essere costosa, questa energia potrebbe essere maggiore di quella ottenuta dall’idrogeno stesso. Inoltre, questa estrazione richiede solitamente l’uso di combustibili fossili, il che compromette le credenziali ambientali dell’idrogeno in assenza di CCS. |
| 2. | Tempi di utilizzo lunghi Maggiori efficienze in termini di tempo di utilizzo sono fornite dalle celle a combustibile a idrogeno. Un veicolo a idrogeno può percorrere 300 miglia, che è la stessa distanza di un veicolo a combustibili fossili. Questo è migliore di quello che già offrono i veicoli elettrici (EV), che vengono sviluppati sempre più con propulsori a celle a combustibile come “estensori di autonomia”. Inoltre, la temperatura esterna ha poco effetto sulle celle a combustibile a idrogeno e queste non si degradano nei climi freddi. Il vantaggio è amplificato se combinato con periodi di ricarica rapidi. | È necessario un investimento Sono necessari investimenti per lo sviluppo delle celle a combustibile a idrogeno fino al punto in cui diventino una fonte di energia veramente pratica. Per far avanzare e maturare la tecnologia, occorre anche dimostrare la volontà politica di dedicare il tempo e le risorse necessarie allo sviluppo. Per dirla semplicemente, la difficoltà del mondo nello sviluppo di un’energia da idrogeno onnipresente e sostenibile è capire come creare nel modo più economico la catena di “domanda e offerta” pezzo per pezzo. |
| 3. | Maggiore robustezza ed efficienza energetica rispetto ai combustibili fossili La tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno fornisce una fonte di energia molto densa ed efficiente. Di tutti i combustibili comuni, l’idrogeno ha il contenuto energetico più elevato. L’idrogeno gassoso e liquido ad alta pressione ha una densità di energia volumetrica paragonabile al gas naturale e circa tre volte la densità di energia gravimetrica (circa 120 MJ/kg) del GNL e del diesel. | Costo delle materie prime Poiché i metalli preziosi come l’iridio e il platino sono spesso necessari come catalizzatori in alcuni tipi di elettrolizzatori ad acqua e celle a combustibile, il costo iniziale delle celle a combustibile può essere elevato. Alcune persone si sono astenute dall’investire nella tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno a causa dei suoi costi esorbitanti. Per rendere le celle a combustibile a idrogeno una fonte di combustibile pratica per tutti, queste spese devono essere ridotte. |
| 4. | Altamente efficiente rispetto ad altre fonti energetiche Rispetto a molte altre fonti energetiche, comprese molte opzioni di energia verde, le celle a combustibile a idrogeno sono più efficienti. Con questa efficienza del carburante, è possibile produrre più energia per ogni chilo di carburante utilizzato. Ad esempio, l’efficienza della generazione di elettricità utilizzando centrali elettriche convenzionali basate sulla combustione varia dal 33 al 35%, mentre le celle a combustibile a idrogeno possono raggiungere fino al 65%. Allo stesso modo, le celle a combustibile a idrogeno nelle automobili riducono il consumo di carburante del 50% utilizzando il 40-60% dell’energia contenuta nel carburante. | Problemi normativi Gli ostacoli circondano anche le questioni legali relative alla struttura che specifica i modelli di implementazione commerciale. In assenza di quadri normativi ben definiti che facilitino la comprensione delle basi di costi e ricavi, le iniziative commerciali possono incontrare difficoltà nel raggiungere una decisione di investimento finanziario (FID). |
| 5. | Comodo per trasporti pesanti e treni Poiché la propulsione a idrogeno è ancora relativamente nuova, i trasporti pesanti e le ferrovie sono due settori per i quali potrebbe essere pratico utilizzarlo immediatamente. Se in questi veicoli venissero utilizzate batterie elettriche al posto del motore a combustione, le batterie dovrebbero essere molto grandi, pesanti e impiegare molto tempo per caricarsi. Al contrario, l’idrogeno presenta i vantaggi di un sistema di propulsione più compatto, di un rifornimento rapido e di una lunga autonomia. Può essere ricaricato alle banchine lungo le autostrade maggiormente utilizzate dalle flotte di mezzi pesanti, senza richiedere la realizzazione di una rete di distribuzione capillare, oppure in tutte le principali stazioni ferroviarie. | Costo complessivo Al momento, le celle a combustibile a idrogeno sono più costose per unità di potenza rispetto ad altre fonti di energia, come ad esempio Pannelli Solari. Anche se l’idrogeno è più efficiente una volta creato, il costo rappresenta ora un ostacolo al suo utilizzo diffuso. Ciò potrebbe cambiare con il progresso della tecnologia. Un’adozione diffusa è attualmente improbabile a causa dell’impatto di questa spesa sulle spese future, come il costo delle automobili alimentate a idrogeno. L’utilizzo di celle a combustibile a idrogeno è più costoso rispetto all’utilizzo di altre fonti energetiche a causa della complessità del processo di produzione del combustibile a idrogeno. I gestori delle flotte devono garantire che il sostanziale risparmio di manodopera rispetto all’acido al piombo compensi i costi delle infrastrutture e dell’idrogeno nel decidere quale fonte di energia includere nelle attrezzature per la movimentazione dei materiali. |
| 6. | Utilizzato per alimentare le navi spaziali La potenza e l’efficienza dell’energia dell’idrogeno lo rendono il carburante perfetto per i veicoli spaziali. Grazie al suo immenso potere, le astronavi possono essere lanciate rapidamente in missioni di esplorazione. È anche la fonte di energia più sicura da utilizzare per un’attività che richiede molta energia. In realtà, l’energia dell’idrogeno è tre volte più potente del combustibile derivato da combustibili fossili come la benzina. Idealmente, ciò significa utilizzare meno idrogeno per portare a termine un compito enorme. Inoltre, fornisce energia motrice per veicoli, imbarcazioni, automobili e applicazioni di celle a combustibile fisse o portatili. Il fatto che lo stoccaggio dell’idrogeno in serbatoi criogenici o ad alta pressione sia essenzialmente impossibile è uno svantaggio dell’utilizzo dell’idrogeno nelle automobili. | Stoccaggio di idrogeno L’idrogeno richiede uno stoccaggio e un trasporto più sofisticati rispetto ai combustibili fossili. Ciò suggerisce che l’utilizzo di celle a combustibile a idrogeno come fonte di energia potrebbe comportare spese aggiuntive. Sebbene l’idrogeno possa essere conservato in forma liquida a temperature criogeniche o come gas in serbatoi ad alta pressione, può essere conservato solo sotto forma di gas per l’uso nelle celle a combustibile dei carrelli elevatori. L'energia viene persa durante il processo di stoccaggio dell'idrogeno utilizzando entrambi i metodi. Per comprimerlo è necessario utilizzare circa il 13% dell’energia totale dell’idrogeno; e liquefarlo per perdere circa il 40% della sua energia. I metalli possono corrodersi se l'idrogeno gassoso riesce a sfuggire al suo confinamento. Ciò di conseguenza potrebbe far sì che questi metalli contaminati diventino fragili e abbiano maggiori probabilità di rompersi. Le aziende che attualmente utilizzano l’energia a idrogeno hanno due opzioni: se necessitano di maggiori quantità di carburante, devono costruire un impianto, oppure possono farsi fornire gas idrogeno tramite rimorchi tubolari. |
| 7. | Tempi di ricarica rapidi Rispetto ai veicoli elettrici alimentati a batteria, il tempo di ricarica delle unità di potenza con celle a combustibile a idrogeno è notevolmente più rapido. È paragonabile a quello delle tradizionali automobili con motore a combustione interna (ICE). Le celle a combustibile a idrogeno possono essere ricaricate in meno di cinque minuti, ma i veicoli elettrici necessitano di molte ore per caricarsi completamente. Grazie ai tempi di ricarica rapidi, le auto alimentate a idrogeno offrono lo stesso livello di libertà delle automobili normali. | Infrastruttura Poiché i combustibili fossili vengono utilizzati da molti anni, le infrastrutture necessarie per fornire questa energia sono già presenti. Sebbene si prevede che il rifornimento dall’inizio alla fine verrà utilizzato per applicazioni a lunga distanza come quelle per camion e veicoli pesanti, l’adozione diffusa della tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno per le applicazioni automobilistiche richiederebbe nuove infrastrutture di rifornimento per supportarlo. |
| 8. | Nessun inquinamento acustico A differenza di altre fonti di energia rinnovabile come l’energia eolica, le celle a combustibile a idrogeno non causano inquinamento acustico. Ciò implica che i veicoli alimentati a idrogeno sono molto più silenziosi di quelli con i tradizionali motori a combustione interna, proprio come le automobili elettriche. | Altamente infiammabile Dato che l’idrogeno è un combustibile molto combustibile, le preoccupazioni per la sicurezza sono ragionevoli. I gas contenenti idrogeno bruciano nell'aria in concentrazioni comprese tra il 4 e il 75%. |
| 9. | L’idrogeno è una fonte di energia flessibile e pulita che può aiutare con piani energetici a zero emissioni di carbonio Poiché tutto ciò che viene prodotto durante il funzionamento di una cella a combustibile a idrogeno è calore e acqua, si tratta di una fonte di energia intrinsecamente pulita. La produzione di idrogeno non richiede molto terreno, a differenza dell’energia idroelettrica o dei biocarburanti. La NASA ha studiato l’uso dell’idrogeno come risorsa e ha persino utilizzato l’acqua creata come sottoprodotto per fornire agli astronauti acqua potabile. Ciò dimostra che le celle a combustibile a idrogeno sono un’ottima alternativa al carbone, al gas naturale e all’energia nucleare poiché sono fonti di combustibile non tossiche e anche più facili da ottenere. Bilanciando le loro modalità di approvvigionamento irregolari con le esigenti esigenze degli utenti finali, la produzione, lo stoccaggio e l’uso dell’idrogeno svolgeranno un ruolo fondamentale nel promuovere l’ulteriore sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili e nel prevenire la necessità di grandi investimenti iniziali negli aggiornamenti delle infrastrutture di rete. | L’energia dell’idrogeno non può sostenere la popolazione Sebbene l’idrogeno sia abbondante, la sua diffusione è limitata dai costi legati alla sua estrazione. Capisci che è difficile cambiare il quo esistente. Il pianeta è ancora gestito dall’energia dei combustibili fossili. Inoltre, non esiste un quadro normativo in grado di garantire in futuro energia a idrogeno economica e sostenibile per i tipici proprietari di automobili. Anche se l’idrogeno diventasse ampiamente disponibile adesso, ci vorrebbero anni prima che possa sostituire altre fonti energetiche, poiché le automobili e le stazioni di servizio dovrebbero essere modificate per soddisfare le normative sull’idrogeno. Ciò costerebbe una notevole quantità di denaro. Poiché l’energia dell’idrogeno è ampiamente disponibile e i suoi effetti sono per lo più ignorati, l’idrogeno è effettivamente una risorsa rinnovabile. Per separare l’idrogeno dall’ossigeno, tuttavia, le aziende che lo producono avranno bisogno di ulteriori fonti energetiche non rinnovabili, come combustibili fossili come carbone, gas naturale e petrolio. L’adozione dell’energia dall’idrogeno potrebbe aiutarci a ridurre la nostra eccessiva dipendenza dai combustibili fossili, ma eliminarla dal sistema sarebbe difficile. |
| 10 | Nessun inquinamento visivo Mentre alcune fonti energetiche a basse emissioni di carbonio, compresa l'energia eolica e biocarburante centrali elettriche, possono essere antiestetici, le celle a combustibile a idrogeno richiedono meno spazio, quindi c’è anche meno inquinamento visivo. | |
| 11 | Rinnovabile e facilmente disponibile L'elemento più abbondante nell'universo, l'idrogeno è particolarmente abbondante e rinnovabile, rendendolo ideale per le nostre future richieste di zero emissioni di carbonio per la fornitura combinata di calore ed elettricità. anche con le difficoltà legate all'estrazione dall'acqua. | |
| 12 | Ideale per l'uso in aree remote L’idrogeno prodotto localmente e immagazzinato potrebbe rivelarsi un valido sostituto dell’elettricità e del riscaldamento basati sul diesel in luoghi lontani, a condizione che le condizioni locali lo consentano. Ciò non solo ridurrebbe la necessità di trasporto di carburante, ma migliorerebbe anche la qualità della vita delle persone che risiedono in aree remote fornendo carburante privo di sostanze inquinanti e derivato da una risorsa naturale facilmente accessibile. | |
| 13 | Emissioni quasi zero Perché le celle a combustibile a idrogeno non vengono rilasciate gas a effetto serra nell’atmosfera come fanno le fonti di combustibili fossili, l’inquinamento viene ridotto e la qualità dell’aria migliora. | |
| 14 | Democratizzazione dell’alimentazione elettrica La dipendenza di un Paese dai combustibili fossili potrebbe essere ridotta con l’uso di celle a combustibile a idrogeno, che contribuiranno alla democratizzazione globale dell’energia e delle fonti di energia. Molte nazioni che ora dipendono dalla disponibilità di combustibili fossili trarranno vantaggio da questa maggiore indipendenza. Naturalmente, quando le forniture diminuiscono, ciò eviterà anche il problema dell’aumento dei prezzi dei combustibili fossili. | |
| 15 | Riduce l'impronta di carbonio Le celle a combustibile a idrogeno hanno emissioni quasi pari a zero, il che significa che quando sono in uso, non ne hanno impronta di carbonio. |
Conclusione
Per riassumere, l’energia dell’idrogeno offre numerosi vantaggi e svantaggi. L’idrogeno può essere una fonte di energia pulita e rinnovabile, ma prima che venga ampiamente utilizzato è necessario ridurne i costi di produzione e stoccaggio.
Nella sua forma attuale, l’energia dell’idrogeno non è praticabile a causa dei costi elevati e della mancanza di infrastrutture.
Ciononostante, il settore sta guadagnando sempre più attenzione e vengono stanziati finanziamenti per affrontarne le difficoltà. Ad esempio, l’Unione Europea sta finanziando iniziative simili con 5.2 miliardi di dollari, e gli Stati Uniti hanno appena stanziato 52.5 milioni di dollari per lo sviluppo dell’idrogeno.
Se lo desiderano, in futuro i governi di tutto il mondo potrebbero utilizzare l’idrogeno come fonte di energia sostenibile e conveniente.
raccomandazioni
- Il potere dell'educazione ambientale: consentire agli studenti di proteggere il nostro pianeta
. - Borse di studio per studi ambientali: consentire agli studenti di fare la differenza
. - 20 fatti sull'energia idroelettrica che non hai mai saputo
. - 10 effetti negativi delle centrali elettriche sull'ambiente
. - Veicoli alimentati a idrogeno: conosci i pro e i contro