ECONOMIA HIDROGENULUI – PROMISIUNE SAU REVOLUTIE?
Data: 16-31 martie 2005
(Urmare din nr. trecut)
Procesul de producere a energiei electrice prin celule de combustie este exact inversul electrolizei. In procesul electrolizei, prin aplicarea unui curent electric apa este descompusa in componentele sale gazoase, oxigen si hidrogen. In celulele de combustie aceste doua componente gazoase se unesc pentru a forma apa si se elibereaza electroni, care formeaza curentul electric. Teoretic aceeasi cantitate de energie care a fost utilizata pentru electroliza ar trebui sa fie eliberata prin reconstituirea apei.
Modul fundamental de operare al celulei de combustie este urmatorul: daca exista hidrogen la anod si oxigen la catod, moleculele de hidrogen se descompun in cate doi atomi si, in acelasi timp, se elibereaza electroni. Ionii de hidrogen formati trec prin electrolit, care este permeabil pentru acestia, si ajung la catod, unde sunt oxidati de oxigen si formeaza apa. Pentru a fi posibila formarea apei este necesar ca electronii donati la inceputul procesului sa fie prezenti. Electrolitul nu este permeabil pentru electroni si daca cei doi electrozi sunt uniti printr-un conductor electric, electronii trec de la anod spre catod prin acel conductor, formand un curent electric utilizabil. Acest proces se desfasoara continuu atat timp cat exista suficient hidrogen si oxigen la anod si respectiv la catod. Majoritatea celulelor de combustie functioneaza pe baza oxigenului extras din aer si nu necesita prezenta oxigenului stocat.
O celula de combustie genereaza numai un voltaj redus si de aceea pentru a realiza voltajul dorit este necesar sa se inserieze mai multe celule. Un asemenea aranjament poarta denumirea de “pila de combustie”.
Pilele de combustie functioneaza intr-un mod similar cu acumulatoarele electrice, numai ca, in loc sa fie reincarcate periodic cu curent electric, ele trebuie sa fie alimentate continuu cu hidrogen si oxigen gazos.
Exista diferite tipuri de celule de combustie care se diferentiaza prin constructie si prin modul de operare. Principalele tipuri de celule de combustie sunt:
* Celula de combustie alcalina cu hidrogen a fost primul tip de celula de combustie care s-a diferentiat de prototipul celulei lui Grove. Celula de combustie alcalina cu hidrogen a fost si este utilizata in special in constructia vehiculelor spatiale si a motoarelor de submarine. Acest tip de celula este foarte scump, fiind singurul tip care necesita oxigen si hidrogen in forma cea mai pura, cea mai mica impuritate scotand-o din functiune.
* Celula de combustie cu membrana de schimb protonic (PEFMC) este foarte usoara si lesne de exploatat; este eficienta si foloseste drept gaz de oxidare oxigenul atmosferic in locul oxigenului pur. Hidrogenul trebuie generat intr-un reformator. Electrolitul consta dintr-o membrana de schimb protonic, executata dintr-un polimer sulfonat. Intrucat PEFMC are un potential deosebit de a fi produsa in masa, acest tip de celula are cea mai mare perspectiva de dezvoltare in prezent.
* Celula de combustie cu acid fosforic (PAFC) este tipul de celula care a atins cel mai inalt stadiu de dezvoltare tehnologica si comerciala. Acest tip de celula are o temperatura de functionare ridicata si de aceea este recomandata pentru centralele de cogenerare. PAFC foloseste drept gaz de oxidare oxigenul atmosferic.
* Celula de combustie cu carbonat topit (MCFC) functioneaza la temperaturi cuprinse intre 580-6600C. Acest tip de celula nu necesita hidrogen purificat ci gazul natural, biogazul, gazul de carbune, gazul de sinteza pot fi folosite direct drept combustibili. MCFC este insensibila la monoxidul de carbon. Electrolitul in acest tip de celula este o sare topita de carbonati alcalini.
* Celula de combustie cu oxizi solizi (Solid Oxides Fuel Cell - SOFC) foloseste drept gaze de reactie oxigenul atmosferic si hidrogenul. Temperatura de lucru este intre 800-10000C. Temperatura ridicata permite o reformare partiala a gazului natural in hidrogen, in cadrul celulei. In acest fel efortul de generare a hidrogenului descreste substantial, gazul natural fiind convertit direct in energie electrica cu un inalt grad de eficienta.
* Celula de combustie cu metanol (DFMC) este singura celula de combustie care nu foloseste hidrogenul ci metanolul. Acest tip de celula nu necesita reformatori deoarece celula converteste ea insasi metanolul in protoni, electroni liberi si monoxid de carbon. Intrucat nu necesita reformatori, DFMC este celula cea mai potrivita pentru a fi utilizata in autovehicule ca o sursa de energie foarte simpla. O membrana de schimb protonic serveste ca electrolit.
REALIZARI ALE ECONOMIEI HIDROGENULUI
Hidrogenul, obiect al unor mari afaceri in industria chimica si in cea spatiala, a atras interesul marilor afaceristi in calitate de combustibil pentru mijloacele de transport sau ca sursa pentru generarea energiei electrice. Companii nationale si internationale evalueaza hidrogenul atat ca o noua posibilitate de diversificare a afacerilor lor traditionale cu combustibili, cat si ca valuta forte a viitorului sistem energetic.
(Continuare in numarul viitor)