Le batterie di alimentazione sono un componente fondamentale della tecnologia moderna che immagazzina e rilascia energia, rendendole cruciali per smartphone, laptop e persino veicoli elettrici.
Le batterie di alimentazione hanno visto uno sviluppo recente in termini di prestazioni ed efficienza. Uno di questi progressi è l'inizio di cella a combustibile idrogeno tecnologia, che sta guadagnando popolarità grazie al suo potenziale per fornire energia sostenibile. A differenza dei combustibili fossili convenzionali, l'energia a idrogeno è un carburante alternativo per i trasporti che produce zero emissioni ed è rinnovabile.
Questa tecnologia è relativamente più recente rispetto ai veicoli elettrici standard, che ultimamente hanno guadagnato terreno. Dal 2015, solo tre case automobilistiche hanno venduto auto alimentate a idrogeno, con le vendite più alte di poco più di 10,700 in due generazioni. Queste tre case automobilistiche sono Hyundai, Honda e Toyota.
In particolare, società di media popolari come la CNN hanno pubblicato rapporti sull'idrogeno. Ad esempio, uno dei loro Articoli recenti ha rivelato i piani tra RWE, uno dei produttori di energia elettrica della Germania, e la società energetica statale norvegese Equinox per costruire centrali elettriche alimentate a idrogeno in Germania nei prossimi anni, compreso un gasdotto per il loro trasporto.
Ancora, un altro rapporto copre una dichiarazione di una compagnia aerea, Airbus, che ha annunciato pubblicamente lo sviluppo di un motore a celle a combustibile alimentato a idrogeno come parte della loro iniziativa per lanciare un aereo a emissioni zero entro il 2035. Tutti questi sono sforzi per promuovere la crescita tecnologica.
Sommario
Che cos'è la tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno?
Quali veicoli possono utilizzare la tecnologia dell'alimentazione a idrogeno?
Qual è il futuro della tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno?
Conclusioni
Che cos'è la tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno?
La tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno utilizza un processo elettrochimico che converte l'energia chimica dell'idrogeno e dell'ossigeno in energia elettrica.
Si ottiene utilizzando una pila di celle a combustibile, una serie di singole celle a combustibile che producono piccole quantità di elettricità che vengono sommate per aumentare l'energia elettrica.
Il principio di generazione dell'energia si basa sulla reazione redox di idrogeno e ossigeno. Il gas idrogeno viene introdotto all'anodo mentre l'ossigeno entra attraverso il lato catodo della cella a combustibile. Entrambi i gas sono separati da un elettrolita, che consente il passaggio di ioni caricati positivamente senza che i gas si mescolino.
Successivamente, l'idrogeno entra in contatto con un catalizzatore posto all'anodo e viene ossidato per produrre protoni (ioni idrogeno caricati positivamente) ed elettroni (ioni idrogeno caricati negativamente). I protoni passano attraverso l'elettrolita fino al catodo, mentre gli elettroni che non possono passare attraverso l'elettrolita sono costretti a spostarsi lungo il circuito fino al catodo. Questo flusso di ioni è ciò che crea una corrente elettrica.
Al catodo, la riduzione avviene con l'ossigeno, reagendo con i protoni e gli elettroni ricevuti per produrre acqua. La reazione totale emette energia elettrica attraverso il flusso di questi ioni, utilizzati per alimentare il motore elettrico che aziona l'auto o per caricare un piccolo batteria agli ioni di litio che consente di risparmiare energia per un uso successivo.
Questa batteria cattura anche l'energia dal sistema frenante riformativo del veicolo e immagazzina l'energia in eccesso rilasciata dalla pila di carburante durante la guida a basso consumo energetico.
Quali veicoli possono utilizzare la tecnologia dell'alimentazione a idrogeno?
La tecnologia dell'energia a idrogeno è utilizzata principalmente su autobus e camion al livello di applicazione attuale. Tuttavia, l'implementazione è molto bassa poiché diversi fattori, come i costi elevati e l'infrastruttura limitata, ostacolano l'espansione di questa tecnologia.
Tuttavia, i veicoli alimentati a idrogeno hanno alcuni vantaggi estranei alle loro controparti a combustione. In primo luogo, gli autobus alimentati a idrogeno non emettono inquinanti nocivi o gas serra come fanno i veicoli convenzionali. È perché il processo chimico delle celle rilascia solo vapore acqueo e calore come sottoprodotti, rendendole un'alternativa pulita ai combustibili fossili.
Inoltre, gli autobus alimentati a idrogeno funzionano in modo regolare e silenzioso senza vibrazioni o rumore, cosa comune con i veicoli tradizionali. Queste batterie HFC hanno anche una densità maggiore, quindi possono durare più a lungo e fornire migliori prestazioni del veicolo.
Al momento di questa pubblicazione, i tipici veicoli a idrogeno possono durare per 300-400 miglia prima del rifornimento, mentre i veicoli elettrici medi durano solo 250 miglia. Inoltre, il loro tempo di rifornimento richiede solo pochi minuti ed è notevolmente ridotto rispetto ai veicoli elettrici medi, che possono impiegare diverse ore per ricaricarsi.
Sfortunatamente, la tecnologia dell'energia a idrogeno ha alcune battute d'arresto. Per quanto sostenibile possa sembrare il combustibile a idrogeno, la produzione e lo stoccaggio dell'idrogeno stesso sono più costosi del diesel e della benzina tradizionali. Nonostante sia l'elemento più abbondante nell'universo, l'idrogeno non si trova mai puro.
A causa della sua natura atomica, è sempre combinato con altri elementi, che possono essere difficili da separare. Ad esempio, ottenere energia dall'idrogeno dal gas naturale (CH4) richiede una grande potenza per "crackare" e rilascia CO2 come sottoprodotto.
Di conseguenza, l'efficienza del processo di produzione industriale è relativamente bassa, il che significa che è necessaria più energia per produrre e spedire il combustibile rispetto all'energia che fornirà. Ciò porta a chiedersi se sia effettivamente sostenibile.
Inoltre, ci sono pochissime stazioni di rifornimento di idrogeno, il che scoraggia gli automobilisti dall'intraprendere lunghi viaggi. Ad esempio, le statistiche mostrano che il numero di stazioni di rifornimento di idrogeno in California è di soli 60. Nel frattempo, il gas tradizionale ha più di 100,000 stazioni di rifornimento ben sviluppate a livello nazionale.
Anche il costo del carburante a idrogeno è elevato, da US$ 10 a US$ 17, rispetto alle stazioni di servizio che vanno da US$ 5 a US$ 8.50 al gallone. Inoltre, ci sono problemi di sicurezza sul fatto che le stazioni di rifornimento di idrogeno siano ragionevoli poiché l'idrogeno può essere altamente infiammabile se non gestito in modo appropriato.
Qual è il futuro della tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno?
Nonostante i suoi difetti, la domanda di veicoli alimentati a idrogeno potrebbe aumentare nei prossimi anni poiché l'inquinamento atmosferico e le preoccupazioni sui cambiamenti climatici continuano a crescere. Questo aumento è dovuto al suo status di zero emissioni che si rivolge alla transizione verso opzioni di trasporto più pulite.
Allo stesso modo, si prevede che i progressi tecnologici miglioreranno l'efficienza, l'economicità e l'affidabilità delle celle a combustibile a idrogeno, rendendo i veicoli alimentati a idrogeno più attraenti e convenienti per i consumatori.
Anche il governo e le aziende private stanno investendo nella costruzione di più infrastrutture, come le stazioni di rifornimento. Pertanto, è più probabile che le persone adottino veicoli alimentati a idrogeno negli anni successivi.
Ma non è tutto. Con l'attuale crisi energetica che incombe in tutto il mondo, i governi stanno rapidamente perseguendo strategie a prova di futuro. Di conseguenza, stanno investendo in GNL e nuove infrastrutture per il gas naturale, aprendo la strada alla futura implementazione dell'energia pulita dell'idrogeno.
Se tutti i progetti attuali verranno avviati con successo entro il 2030, l'idrogeno a basse emissioni di carbonio può aumentare fino a 16-24 Mt all'anno. Sulla base di queste previsioni, l'idrogeno verde proveniente dagli elettrolizzatori rappresenterà 9-14 Mt, mentre l'idrogeno blu rappresenterà 7-10 Mt.
Tuttavia, il settore dell'energia a idrogeno soffre continuamente di quadri normativi incoerenti, incertezze sulla domanda futura e mancanza di attrezzature per il trasporto di celle a combustibile a idrogeno. Sfortunatamente, solo il 4% dei nuovi progetti ha raggiunto la decisione finale di investimento o è in lavorazione.
Sebbene la capacità annuale dell'elettrolizzatore del 2022 aumenti a 8 gigawatt, potrebbe raggiungere i 60 gigawatt all'anno entro il 2030 se tutti i nuovi progetti faranno progressi. Ancora più importante, potrebbe esserci un potenziale calo dei prezzi del 70% entro il 2030 se le capacità produttive aumentassero, i cui effetti sarebbero simili alle cadute inaspettate dei prezzi che hanno contribuito a stimolare la crescita dell'energia solare ed eolica.
Mentre il futuro sembra promettente, è necessario notare che la produzione di idrogeno pulito non si sta muovendo abbastanza velocemente per raggiungere le emissioni nette zero dell'AIE entro il 2050. Per questo motivo, il settore ha bisogno di un'azione urgente per incoraggiare maggiori incentivi e investimenti per aumentare l'offerta e la domanda di premium -prezzo, energia da idrogeno a basse emissioni di carbonio.
Conclusioni
I veicoli alimentati a idrogeno sono certamente invenzioni promettenti. Sebbene questa tecnologia sia ancora agli inizi, ha indubbiamente il potenziale per creare una soluzione praticabile e sostenibile alla crisi del cambiamento climatico.
Questo articolo ha fornito approfondimenti su questo nuovo e stimolante campo e, anche con i numerosi ostacoli, l'industria dei trasporti può essere ottimista sull'impatto di questa tecnologia nel prossimo futuro.
