Mga uso at prospect para sa mga hydrogen fuel cell para sa malinis na transportasyon

Ang artikulong ito ay tumutuon sa mga hydrogen fuel cell, mga uso at mga prospect para sa kanilang aplikasyon. Ang mga cell ng gasolina na nakabatay sa hydrogen ay nakakaakit ng pagtaas ng pansin sa industriya ng automotive ngayon, dahil kung ang ika-20 siglo ay ang siglo ng panloob na combustion engine, kung gayon ang ika-21 siglo ay maaaring maging siglo ng hydrogen energy sa industriya ng automotive. . Sa ngayon, salamat sa mga hydrogen cell, gumagana ang mga sasakyang pangkalawakan, at sa ilang mga bansa sa mundo, ang hydrogen ay ginagamit nang higit sa 10 taon upang makabuo ng kuryente.

Ang hydrogen fuel cell ay isang electrochemical device tulad ng isang baterya na bumubuo ng kuryente sa pamamagitan ng isang kemikal na reaksyon sa pagitan ng hydrogen at oxygen, at ang produkto ng kemikal na reaksyon ay purong tubig, habang ang pagsunog ng natural na gas, halimbawa, ay gumagawa ng nakakapinsalang carbon dioxide sa kapaligiran.

Bilang karagdagan, ang mga hydrogen cell ay maaaring gumana nang may mas mataas na kahusayan, kaya naman ang mga ito ay partikular na nangangako. Isipin ang mahusay, environment friendly na mga makina ng kotse.Ngunit ang buong imprastraktura ay kasalukuyang binuo at dalubhasa para sa mga produktong petrolyo, at ang malakihang pagpapakilala ng mga hydrogen cell sa industriya ng automotive ay nahaharap dito at sa iba pang mga hadlang.

Samantala, mula noong 1839 ay kilala na ang hydrogen at oxygen ay maaaring pagsamahin sa kemikal at sa gayon ay makakuha ng isang electric current, iyon ay, ang proseso ng electrolysis ng tubig ay nababaligtad - ito ay isang nakumpirma na siyentipikong katotohanan. Nasa ika-19 na siglo, nagsimulang pag-aralan ang mga fuel cell, ngunit ang pag-unlad ng produksyon ng langis at ang paglikha ng panloob na combustion engine ay nag-iwan ng mga mapagkukunan ng enerhiya ng hydrogen at sila ay naging isang bagay na kakaiba, hindi kumikita at mahal upang makagawa.

Noong 1950s, napilitan ang NASA na gumamit ng mga hydrogen fuel cell, at pagkatapos ay dahil sa pangangailangan. Kailangan nila ng compact at mahusay na power generator para sa kanilang spacecraft. Bilang isang resulta, sina Apollo at Gemini ay lumipad sa kalawakan sa mga hydrogen fuel cell, na naging pinakamahusay na solusyon.

Ngayon, ang mga fuel cell ay ganap na wala sa pang-eksperimentong teknolohiya, at sa nakalipas na 20 taon ay may makabuluhang pag-unlad sa kanilang mas malawak na komersyalisasyon.

Ito ay hindi walang kabuluhan na ang mataas na pag-asa ay inilalagay sa hydrogen fuel cells. Sa proseso ng kanilang trabaho, ang polusyon sa kapaligiran ay minimal, ang mga teknikal na pakinabang at kaligtasan ay halata, bilang karagdagan, ang ganitong uri ng gasolina ay sa panimula ay nagsasarili at may kakayahang palitan ang mabibigat at mamahaling mga baterya ng lithium.

Ang gasolina ng isang hydrogen cell ay direktang na-convert sa enerhiya sa kurso ng isang kemikal na reaksyon, at dito mas maraming enerhiya ang nakukuha kaysa sa maginoo na pagkasunog.Kumokonsumo ito ng mas kaunting gasolina at ang kahusayan ay tatlong beses na mas mataas kaysa sa isang katulad na aparato na gumagamit ng fossil fuels.

Ang kahusayan ay magiging mas mataas, mas maayos ang paraan ng paggamit ng tubig at init na nabuo sa panahon ng reaksyon. Ang mga paglabas ng mga nakakapinsalang sangkap ay minimal, dahil ang tubig, enerhiya at init lamang ang inilabas, habang kahit na sa pinakamatagumpay na organisadong proseso ng pagsunog ng tradisyonal na gasolina, ang mga nitrogen oxide, sulfur, carbon at iba pang hindi kinakailangang mga produkto ng pagkasunog ay hindi maiiwasang mabuo.

Bilang karagdagan, ang mga maginoo na industriya ng gasolina mismo ay may masamang epekto sa kapaligiran, at ang mga hydrogen fuel cell ay umiiwas sa isang mapanganib na pagsalakay sa ecosystem, dahil ang produksyon ng hydrogen ay posible mula sa ganap na nababagong mapagkukunan ng enerhiya. Kahit na ang pagtagas ng gas na ito ay hindi nakakapinsala, dahil agad itong sumingaw.

Ang fuel cell ay hindi mahalaga kung saan ang fuel hydrogen ay nakuha para sa operasyon nito. Ang density ng enerhiya sa kWh / l ay magiging pareho, at ang tagapagpahiwatig na ito ay patuloy na tumataas sa pagpapabuti ng teknolohiya para sa paglikha ng mga fuel cell.

Ang hydrogen mismo ay maaaring makuha mula sa anumang maginhawang lokal na mapagkukunan, maging ito ay natural na gas, karbon, biomass o electrolysis (sa pamamagitan ng hangin, solar energy, atbp.) Ang pag-asa sa mga tagapagtustos ng kuryente sa rehiyon ay nawawala, ang mga sistema ay karaniwang independiyente sa mga de-koryenteng network.

Ang mga operating temperatura ng cell ay medyo mababa at maaaring mag-iba mula 80 hanggang 1000 ° C, depende sa uri ng elemento, habang ang temperatura sa isang maginoo na modernong panloob na combustion engine ay umabot sa 2300 ° C.Ang fuel cell ay compact, nagpapalabas ng isang minimum na ingay sa panahon ng henerasyon, ay walang mga emissions ng mga nakakapinsalang sangkap, kaya maaari itong ilagay sa anumang maginhawang lugar sa system kung saan ito gumagana.

Sa prinsipyo, hindi lamang kuryente, kundi pati na rin ang init na inilabas sa panahon ng isang kemikal na reaksyon ay maaaring gamitin para sa mga kapaki-pakinabang na layunin, halimbawa para sa pagpainit ng tubig, pag-init ng espasyo o paglamig - sa pamamaraang ito, ang kahusayan ng pagbuo ng enerhiya sa isang cell ay lalapit. 90%.

Ang mga cell ay sensitibo sa mga pagbabago sa pagkarga, kaya habang tumataas ang konsumo ng kuryente, mas maraming gasolina ang dapat ibigay. Ito ay katulad ng kung paano gumagana ang isang gasoline engine o internal combustion generator. Sa teknikal, ang fuel cell ay ipinatupad nang simple, dahil walang mga gumagalaw na bahagi, ang disenyo ay simple at maaasahan, at ang posibilidad ng pagkabigo ay sa panimula ay napakaliit.

Ang hydrogen-oxygen fuel cell na may proton exchange membrane (halimbawa «na may polymer electrolyte») ay naglalaman ng isang lamad na nagsasagawa ng mga proton mula sa isang polymer (Nafion, polybenzimidazole, atbp.), na naghihiwalay sa dalawang electrodes - isang anode at isang katod. Ang bawat elektrod ay karaniwang isang carbon plate (matrix) na may sinusuportahang katalista—platinum o isang haluang metal ng mga platinoids at iba pang mga compound.

Sa anode catalyst, ang molecular hydrogen ay naghihiwalay at nawawala ang mga electron. Ang mga hydrogen cation ay dinadala sa buong lamad patungo sa katod, ngunit ang mga electron ay ibinibigay sa panlabas na circuit dahil hindi pinapayagan ng lamad na dumaan ang mga electron. Sa cathode catalyst, ang molekula ng oxygen ay pinagsama sa isang elektron (na ibinibigay ng mga panlabas na komunikasyon) at isang papasok na proton at bumubuo ng tubig, na siyang tanging produkto ng reaksyon (sa anyo ng singaw at / o likido).

Oo, ang mga de-koryenteng sasakyan ngayon ay tumatakbo sa mga bateryang lithium. Gayunpaman, ang mga hydrogen fuel cell ay maaaring palitan ang mga ito. Sa halip na baterya, susuportahan ng pinagmumulan ng kuryente ang mas kaunting timbang. Bilang karagdagan, ang kapangyarihan ng kotse ay maaaring tumaas hindi sa lahat dahil sa pagtaas ng timbang dahil sa pagdaragdag ng mga cell ng baterya, ngunit sa pamamagitan lamang ng pagsasaayos ng supply ng gasolina sa system habang ito ay nasa silindro. Samakatuwid, ang mga tagagawa ng kotse ay may mataas na inaasahan para sa mga hydrogen fuel cell.

Mahigit 10 taon na ang nakalilipas, nagsimula ang paggawa ng mga hydrogen car sa maraming bansa sa buong mundo, lalo na sa USA at Europe. Ang oxygen ay maaaring makuha nang direkta mula sa atmospheric air gamit ang isang espesyal na filtering compressor unit na matatagpuan sa sasakyan. Ang naka-compress na hydrogen ay iniimbak sa isang heavy-duty na silindro sa ilalim ng presyon na humigit-kumulang 400 atm. Ang paglalagay ng gasolina ay tumatagal ng ilang minuto.

Ang konsepto ng environmentally friendly na urban transport ay inilapat sa Europe mula noong kalagitnaan ng 2000s: ang mga naturang pampasaherong bus ay matagal nang natagpuan sa Amsterdam, Hamburg, Barcelona at London. Ang Coradia iLint, ang unang pinapagana ng hydrogen na tren na pampasaherong tren, ay inilunsad sa Germany noong 2018. Pagsapit ng 2021, 14 pang naturang tren ang pinaplanong ilunsad.

Sa susunod na 40 taon, ang paglipat sa hydrogen bilang pangunahing mapagkukunan ng enerhiya para sa mga kotse ay maaaring baguhin ang enerhiya at ekonomiya ng mundo. Bagaman malinaw na ngayon na ang langis at gas ay mananatiling pangunahing merkado ng gasolina para sa hindi bababa sa isa pang 10 taon.Gayunpaman, ang ilang mga bansa ay namumuhunan na sa paglikha ng mga sasakyan na may hydrogen fuel cells, sa kabila ng katotohanan na maraming mga teknikal at pang-ekonomiyang hadlang ang kailangang malampasan.

Ang paglikha ng imprastraktura ng hydrogen, ang mga ligtas na istasyon ng gas ay ang pangunahing gawain, dahil ang hydrogen ay isang sumasabog na gas. Sa alinmang paraan, sa hydrogen, ang mga gastos sa gasolina at pagpapanatili ng sasakyan ay maaaring makabuluhang bawasan at ang pagiging maaasahan ay maaaring tumaas.

Ayon sa mga pagtataya ng Bloomberg, sa pamamagitan ng 2040, ang mga kotse ay kumonsumo ng 1,900 terawatt na oras sa halip na ang kasalukuyang 13 milyong bariles bawat araw, na magiging 8% ng pangangailangan sa kuryente, habang 70% ng langis na ginawa sa mundo ngayon ay napupunta sa produksyon ng gasolina sa transportasyon. . Siyempre, sa puntong ito, ang mga prospect para sa merkado ng electric vehicle ng baterya ay mas malinaw at kahanga-hanga kaysa sa kaso ng mga hydrogen fuel cell.

Noong 2017, ang market ng electric vehicle ay $17.4 billion, habang ang hydrogen car market ay nagkakahalaga lamang ng $2 billion. Sa kabila ng pagkakaibang ito, patuloy na interesado ang mga mamumuhunan sa enerhiya ng hydrogen at pinansya ang mga bagong pagpapaunlad.

Kaya, noong 2017, nilikha ang Hydrogen Council, na kinabibilangan ng 39 pangunahing mga tagagawa ng kotse tulad ng Audi, BMW, Honda, Toyota, Daimler, GM, Hyundai. Ang layunin nito ay magsaliksik at bumuo ng mga bagong teknolohiya ng hydrogen at ang kanilang kasunod na malawakang pamamahagi.