ECONOMIA HIDROGENULUI – PROMISIUNE SAU REVOLUTIE?
Data: 1-15 aprilie 2005
(Urmare din nr. trecut)
In prezent, celula de combustie cu hidrogen este folosita in mai multe domenii de aplicatie, dintre care vom aminti in continuare pe cele mai importante.
Motoare pentru autovehicule
Intrucat celula de combustie converteste combustibilul direct in electricitate, ea este, prin definitie, o tehnologie pentru vehiculele hibrid-electrice. Se asteapta ca randamentul conversiei combustibil – energie sa fie de circa 50% in domeniul motoarelor pentru autovehicule. In mod curent, insa, celulele de combustie sunt foarte scumpe deoarece ele nu se realizeaza in productie de masa, iar infrastructura pentru realimentarea autovehiculelor cu hidrogen nu este inca larg raspandita.
Un autovehicul antrenat cu celule de combustie poate fie sa-si care propria rezerva de hidrogen intr-un tanc sub presiune, fie sa-si genereze hidrogenul pe masura necesitatii intr-un reactor chimic numit reformator.
Departamentul Energiei (DOE) din SUA, in colaborare cu firma Ford, a dezvoltat un sistem de antrenare a autovehiculelor bazat pe celule de combustie cu emisiuni zero. Scopul acestor activitati comune a fost de a experimenta in laborator un sistem complet de propulsie a unui autovehicul cu celule de combustie. In cadrul acestui proiect activitatea continua pentru a se evalua riscul utilizarii hidrogenului drept combustibil, siguranta in functionare a celulelor de combustie energetice si de a verifica integrarea generarii de energie cu sistemul de realimentare a autovehiculelor cu hidrogen. Primul sistem energetic cu pile de combustie din lume, de 50 kW, a fost construit in 1999 de catre International Fuel Cells, in cadrul colaborarii DOE cu firma Ford. Acest sistem furniza suficienta energie pentru a antrena un autovehicul de dimensiuni medii, cantarea circa 140 kg si avea un volum de 250 cm3 care permitea situarea lui sub capota vehiculului.
Motorul cu hidrogen este echipat cu baterii cu nichel-cadmiu care ofera cele mai bune performante in ceea ce priveste protectia mediului si capacitatea de stocare a energiei pe unitatea de volum. Bateria cu nichel-cadmiu este formata din trei celule separate bine protejate, iar vehiculul va putea sa continue sa functioneze daca una din cele trei celule se defecteaza. In schema electrica, bateria este situata intre pila de combustie, care converteste hidrogenul in energie electrica, si motoarele electrice de antrenare amplasate in cele patru roti. O caracteristica constructiva a autovehiculului antrenat cu motor cu hidrogen este integrarea celulei de combustie cu tehnologia de electronizare sistemica a functionarii autovehiculului si motorului, care va inlocui sistemele anterioare predominant mecanice de control al directiei, franare, accelerare, securizare a deplasarii etc. Aceasta inlocuire va elibera spatiul in compartimentul motor si al transmisiilor deoarece sistemele electronice sunt mult mai compacte decat cele mecanice. Performantele sistemelor electronice pot fi programate prin software. Aditional, in absenta sistemelor de transmisie conventionale a energiei de la motor la roti, structura sasiului poate fi modificata, proiectantii de caroserii putand crea forme aerodinamice care sa difere esential de cele conventionale, satisfacand astfel cerintele consumatorilor.
General Motors, identificand aceste noi oportunitati, a expus in septembrie 2002, la Expozitia Auto de la Paris, o masina care reprezinta noul concept numit Autonomy. Un autovehicul de tip Autonomy, dezvoltat pe deplin si cu tehnologia de comanda electronizata integrata, este un vehicul construit incepand de la roti in sus. Sasiul este o placa subtire pe care sunt dispuse bateria de pile de combustie, tancurile de hidrogen, unitatea centrala pentru control electronic, schimbatoarele de caldura, timoneria directiei, sistemul de franare.
In ianuarie 2003, Rick Wagoner, presedinte al primului constructor mondial de autovehicule, la Expozitia Internationala Auto Nord-Americana, a declarat: “Daca viziunea noastra asupra viitorului este justa, si noi suntem convinsi ca este, Autonomy poate reinventa automobilul. Precum si toata industria. Autonomy nu este numai un nou capitol in istoria automobilului, este volumul II, volumul I fiind secolul trecut. Secolul XX a fost secolul motorului termic, secolul XXI va fi cel al pilei de combustie… Conceptul de Autonomy furnizeaza o viziune asupra potentialului nasterii economiei hidrogenului”.
In Europa, Mercedes a anuntat ca a cheltuit peste 20 milioane euro pentru filiera hidrogen, depunand nu mai putin de 200 de brevete.
Tehnologia celulelor de combustie a avansat in mod semnificativ in cativa ani, constructori de automobile ca Daimler-Benz, Mercedes, GM, Mitsubishi, Toyota etc. au expus prototipuri de vehicule antrenate cu celule de combustie. Multe din aceste prototipuri au fost greoaie, au necesitat unitati energetice cu pile de combustie puternice, care au facut pe unii observatori sa prevada ca ar mai putea trece inca 10-15 ani pentru ca pila de combustie sa devina economica.
Versiunea tiparita a revistei „The Hydrogen & Fuel Cell Letter” din luna septembrie 2003 a publicat fotografia unei locomotive diesel-electrice de 1800 CP convertita, in cadrul unui proiect de 5 ani, intr-o versiune antrenata de celule de combustie de catre Institutul de Propulsie prin Celule de Combustie din Denver (SUA). Un alt exemplu de masina antrenata cu celule de combustie este Mitsubishi, prezentata in revista „The Hydrogen & Fuel Cell Letter” din luna octombrie 2003.
Sisteme de incalzire rezidentiale
O pila de combustie converteste aproximativ 50-60% din energia hidrogenului intr-o energie electrica de calitate, producand ca subprodus numai apa fierbinte, la o temperatura de circa 250-3000C, considerata ca o temperatura ideala pentru incalzirea mediului din cladiri. In unele cladiri, serviciile rezidentiale sunt destul de apreciate pentru a se cheltui destui bani pentru reformarea gazului natural in hidrogen. Exploatarea pietei incalzirii rezidentiale poate determina realizarea pilelor de combustie in productie de masa, ceea ce va reduce costurile pe unitatea de produs, aducandu-le la un nivel competitiv si pentru vehiculele antrenate de celule de combustie cu hidrogen.
Fiecare masina dotata cu pile de combustie ar putea deveni o centrala electrica mobila de circa 30-40 kW. Intrucat masina este parcata aproximativ 90-95% din timp in spatii locuite, ea ar putea fi inchiriata pentru o taxa anuala si racordata la reteaua cladirii, atat pentru a furniza energie electrica in retea cat si surplusul de hidrogen din reformator. Aceste furnizari de energie se fac contra cost la pretul evaluat in timp real (pretul energiei electrice este mai ridicat in timpul zilei) si se apreciaza ca, in acest fel, s-ar putea acoperi cel putin jumatate din costul exploatarii curente a masinii.
Producerea energiei electrice prin celule de combustie si folosirea apei pentru incalzirea cladirilor ar putea deveni atat de ieftine incat ar putea concura cu energia produsa in termocentrale sau in centrale nucleare.
Firma germana MTU CFC a dezvoltat, inca din 1997, impreuna cu firma din SUA “Fuel Cell Energy”, o centrala medie “Hot Module” cu un volum de 9x2,5x3 m3 si o greutate de 15 tone care produce 225 kW electrici si 120 kW echivalenti termici (abur si apa calda), la un pret tinta de 1000-1200 $ SUA/ kWh.
Firma europeana Vaillant – lider in tehnica incalzirii – impreuna cu firma americana Plug Power (specializata in productia de pile de combustie) a obtinut inca din 2001 certificarea construirii de centrale de incalzire bazate pe pile de combustie. Minicentrala termica de dimensiunile unui frigider produce 4 kWh electrici si 9 kWh echivalenti de energie termica.
Centrale electrice cu puteri instalate care pot varia de la cativa megawati pana la puteri utile in cele mai mici aplicatii, ca telefoane mobile sau calculatoare personale mobile
Siemens Westinghouse, gigantul multinational din Orlando-Florida, a anuntat ca a inaugurat in 2001 doua centrale electrice SOFC de 250 kW fiecare si ca o a treia centrala cu o putere instalata de 320 kW a fost deschisa in Italia in 2002, costul instalatiei fiind suportat in proportie de 25% de Ministerul Mediului italian.
Programe de construire de prototipuri de centrale electrice cu pile de combustie cu hidrogen sunt in desfasurare si in Canada, Germania si Olanda. Firme ca Motorola, Samsung sau Toshiba si-au exprimat deja intentia de a finanta realizarea de pile de combustie pentru aparatele mobile.
Pentru reincarcarea periodica a rezervoarelor de hidrogen din masini sau pentru inlocuirea rezervoarelor interschimbabile s-ar putea folosi reteaua de distributie a hidrogenului existenta pentru deservirea industriei chimice sau petrochimice sau s-ar putea construi noi retele de distributie pentru hidrogen.
In Europa exista o Retea Nord de distributie a hidrogenului gazos prin gazoducte, iar in SUA este in functiune o retea de-a lungul Coastei Golfului.
Infrastructura existenta in prezent de fabricatie si distributie a hidrogenului din reteaua de hidrogen Air Liquide din Belgia, Olanda si Franta produce, in principal prin reformarea gazului natural, aproximativ 540 miliarde m3 de hidrogen si se dezvolta continuu. Vanderborre Hydrogen Systems (HS) din Oevel, Belgia, a anuntat, in noiembrie 2002, ca au fost semnate doua contracte pentru furnizarea de electrolizoare pentru doua statii de alimentare care urmeaza a fi construite ca o parte a unui sistem de transport urban curat, cu 30 de autobuze, in 10 orase.
Pe aeroportul din München functioneaza, inca din 1999, prima statie de alimentare cu hidrogen lichid din lume, iar in tari ca Belgia, Spania, Germania s-au construit, in anii 2001-2002, statii de distributie a hidrogenului. |n noiembrie 2002, Agentia de Tranzit Urban din Berlin (BVG) a construit, impreuna cu partenerul francez TotalFinaElf Group, prima statie de alimentare cu hidrogen la un garaj de autobuze din districtul Wedding. Statia furnizeaza atat hidrogen criogenic lichid, cat si hidrogen gazos la 250 bar. Specialistii germani au asigurat furnizarea hidrogenului lichid stocat in tancuri intersanjabile de 18m3, iar hidrogenul gazos este livrat la un debit de 1 standard m3/ora, iar BVG a planificat sa creasca acest debit de 100 ori in 2004.
In luna aprilie 2003 in Reykjavik, Islanda, s-a deschis prima statie comerciala de distributie a hidrogenului pentru persoane fizice posesoare de vehicule antrenate de motoare cu hidrogen. (Continuare in numarul viitor)
Alte articole
![](https://www.agir.ro/pictures/thumb_mic_articol/1056.jpg)
![](https://www.agir.ro/pictures/thumb_mic_articol/1044.jpg)
![](https://www.agir.ro/pictures/thumb_mic_articol/1048.jpg)