Cursuri energetică

Omenirea este în pragul unei noi ere caracterizate prin tehnologii avansate si noi combustibili. Tranziţia în domeniul energiei va putea fi impusă de crize energetice sau ca efect al unei evoluţii tehnologice. În ambele cazuri vom asista la modalitati noi si complet diferite de a produce si a folosi energia. Va diferi numai intervalul de timp. Electricitatea ar putea fi generata de surse cu poluare practice zero folosita şi pentru a genera hidrogen, care, la randul lui, ar alimenta consumatori cu poluare minimă. În prezent se caută modalităţi de folosire, în continuare, a surselor clasice (carbunele, petrolul, gazul natural) prin noi modalitati mai curate si mai eficiente. In loc sa fie construite cu centrale termice si aparate de aer conditionat, locuintele, birourile si chiar locuinţele izolate ar putea fi echipate cu pile de combustie care produc electricitate prin procedee chimice, avand ca produse secundare apa complet pura, caldura si foarte putina poluare atmosferica sau aproape deloc.

Interesul pentru energia hidrogenului a existat permanent însă a fost condiţionat mai întâi de abundenţa surselor clasice şi apoi de stadiul dezvoltărilor tehnologice de care depind aplicaţiile comerciale. În prezent este evident că hidrogenul reprezintă alternativa energetică de vreme ce sursele regenerabile pot fi cel mult complementare. Totuşi, rămân în discuţie marile probleme legate de domeniu: procedeele de obţinere (surse clasice, surse regenerabile, din energii recuperabile etc.), modul de stocare, randamentul şi fiabilitatea dispozitivelor în care este utilizat cu rol de combustibil şi, nu în ultimul rând, amploarea aplicaţiilor.

Energia hidrogenului, în sine, reprezintă o resursă regenerabilă însă din punct de vedere al obţinerii hidrogenului acesta poate fi încadrat între sursele regenerabile numai în cazul în care este obţinut prin utilizarea altor surse recunoscute drept regenerabile (direct prin utilizarea energie solare, indirect prin utilizarea energiei eoliene etc.). Deci, hidrogenul este, de fapt, un vector energetic adică un purtător de energie provenită din diferite surse. Utilizarea energiei hidrogenului se face prin intermediul unei reacţii electrochimice în dispozitive numite pile de combustie sau celule de combustie având diferite structuri.

1. Proprietăţile şi metode pentru obţinerea hidrogenului

Hidrogenul este un gaz inodor şi incolor. Este cel mai uşor gaz de pe planetă şi în urma arderii sale se produce apă fără alte gaze. Dacă electricitatea este produsă din surse regenerabile (solar, vânt, hidro etc.) iar apa este supusă procesului de electroliză se obţine hidorgen care poate fi stocat sau transportat. De asemenea, alt avantaj al hidrogenului este acela că poate fi produs din alte materii prime existente incluzând metanol, gaz natural şi gazolină.

Metode pentru obţinerea hidrogenului

Metoda de producere Procesul Caracteristici

Electroliza apei • Electroliza cu electrolit bazic (implemented by existing technology at relatively low cost)

• Electroliza cu electrolit PEM (proton exchange membrane) • Hidrogenul poate fi produs utilizând energia eoliană sau solară. Procesul nu implică emisii de bioxid de carbon (CO2).

• Este o metodă scumpă.

Reformarea combustibililor fosili • Reformarea aburului + Rafinarea hidrogenului (există tehnologii industriale) • Facilităţile de producţie trebuie realizate la scară mai redusă.

Gazeificarea biomasei • Metanolizare + Reformarea aburului + Rafinarea hidrogenului • Este o resursă regenerabilă.

• Dificultăţi în procurarea de materie primă.

Utilizarea hidrogenului din procese secundare • Electroliza saramurilor.

• Hidroliza produselor secundare din procesul de obţinere a oţelului

• Separarea hidrogenului din produsele secundare obţinute în procesele petrochimice. • Nu există dificultăţi în producerea de cantităţi mari de hidrogen.

• Sunt dificultăţi în transportul hidrogenului la beneficiari.

Descompunerea termochimică a apei • Utilizarea căldurii evacuate de ractoare (în studiu). • Sunt necesare demonstraţii.

2. Principiul de functionare al pilelor de combustie

Posibilitatea obtinerii energiei electrice prin conversia directa a energiei chimice a aparut odata cu ideea desfasurarii in sens invers a fenomenului de electroliza al apei. In anul 1801, Davy a realizat acest lucru utilizand carbonul drept combustibil si acidul nitric drept oxidant. Cercetarile au fost continuate ulterior de Ostwald, Nernst,Haber s.a.

Conversia directa a energiei chimice in energie electrica evita veriga energiei termice si, deci, randamentul de transformare nu va depinde de limitele Carnot. Energia eliberata la oxidarea combustibililor conventionali, care e utilizata in general sub forma de caldura, poate fi convertita direct in energie electrica cu un randament ridicat intr-o pila de combustie. Se produc reactii redox in care are loc oxidarea combustibulului si reducerea oxidantului cu o pierdere din partea unuia si un castig de electroni pentru celalalt. Orice element galvanic implica o oxidare la polul negativ (pierdere de electroni) si o reducere la cel pozitiv (castig de electroni) iar pilele de combustie tind sa separe cele doua reactii partiale in sensul ca electronii schimbati trec printr-un circuit de utilizare exterior.