Nos últimos meses, os anúncios de projetos de investimento em hidrogênio: envolvem várias áreas, incluindo o setor de transporte. Vários fabricantes de automóveis apostam no hidrogênio e decidiram investir recursos no desenvolvimento desses modelos de automóveis; enquanto outros, por outro lado, consideram-no um tecnologia na qual não vale a pena investir. No entanto, quando se trata de hidrogênio, há um tópico muito amplo que precisa ser analisado de vários pontos de vista.
Como o hidrogênio é obtido?
O hidrogênio é o elemento químico mais abundante na terra, mas apesar disso, é quase totalmente ausente como um elemento puro, É na verdade sempre associado a outros elementos para formar várias substâncias: por exemplo, na água está ligado ao oxigênio, ou nos hidrocarbonetos ele é encontrado ligado ao carbono. Por isso, para se obter o hidrogênio puro é necessário o emprego de vários processos para separar o hidrogênio dos demais elementos: dependendo do processo utilizado e da substância da qual se separa, o hidrogênio assume nomes diferentes.
quando hidrogênio é obtido de combustíveis fósseis, sem capturar dióxido de carbono emitido durante o processo, é chamado preto se obtido do gasificazione De carbone ou outros hidrocarbonetos, e cinza se obtido de reforma do metano. Se você usar o mesmos processos, mas o dióxido de carbono é capturado de alguma forma, ohidrogênio é referido como azul: neste caso, as emissões de dióxido de carbono são reduzidas em 90%.
O hidrogênio também pode ser obtido por meio de um processo de hidrólise de água, em que a corrente elétrica é usada para separar o hidrogênio do oxigênio; se a eletricidade usada é produzida por fontes completamente renováveis, como energia solar e eólica, oidrogeno ele é chamado verde, enquanto se a eletricidade é produzida através de Central nuclear, 'Sidrogeno É dito violeta. Em ambos os casos, as emissões de dióxido de carbono são zero.
Atualmente a maior parte do hidrogênio é obtido a partir do metano sem captura de dióxido de carbono: isso se deve ao fato de que hidrogênio obtido por eletrólise é 3/4 vezes mais caro hidrogênio obtido da reforma do metano.
Armazenamento e transporte de hidrogênio
Hidrogênio, bem como eletricidade, constitui um vetor de energia e não é uma fonte primária de energia, como os combustíveis fósseis ou o sol podem ser. Uma grande vantagem do hidrogênio sobre a eletricidade é que ele pode ser armazenado em grandes quantidades com mais facilidade. Na verdade, embora a densidade de energia das baterias de íon-lítio, comumente usadas em carros elétricos, seja no máximo em torno de 0.3 kWh / kg ou 0.6 kWh / litro, hidrogênio tem uma densidade de energia de 40 kWh / kg, ainda maior do que o de gasolina e diesel igual a 13 kWh / kg ou 10 kWh / litro.
No entanto, mesmo acumular energia usando hidrogênio não é sem problemas: na verdade, o densidade do hidrogênio à pressão atmosférica e à temperatura ambiente é de cerca de 0.09 g / litro, o que corresponde a uma densidade de energia de 0.0036 kWh / litro. Já o hidrogênio comprimido a 350 bar, como no interior dos tanques dos caminhões, atinge uma densidade energética de 0.9 kWh / litro. O hidrogênio comprimido a 700 bar, como em tanques de automóveis, atinge densidade de energia de 1.4 kWh / litro; além disso, se o hidrogênio for liquefeito, atinge uma densidade de energia de 2.8 kWh / litro. Por esse motivo, o hidrogênio deve ser liquefeito ou comprimido para ser armazenado.
para liquefazer hidrogênio você precisa trazer isso para temperatura de -253 ° C, isso pode demorar um consumo de energia igual a 40% do conteúdo de energia da substância; além disso, são necessários tanques capazes de isolar termicamente o hidrogênio. Para comprimir em altas pressões em vez disso, nunca consome mais do que 5% de seu conteúdo de energia; por isso o armazenamento de hidrogênio no estado gasoso é o método mais utilizado. O problema do armazenamento no estado gasoso é a necessidade de utilizar tanques capazes de suportar altas pressões, que podem pesar até 10 vezes o hidrogênio contido neles.
Il grande desvantagem do hidrogênio em relação à corrente elétrica está relacionada ao transporte: na verdade, enquanto transportar eletricidade é muito simples uma vez que existe uma rede já desenvolvida, transportar hidrogênio exigiria uma rede de dutos dedicada que atualmente está ausente. Portanto, por enquanto, o hidrogênio pode ser transportado comprimido ou liquefeito em caminhões ou trens especiais, ou misturado ao metano, porém requerendo sistemas de separação dos dois gases na saída do duto.
Carro de hidrogênio
O hidrogênio pode ser usado como fonte de energia mover carros de duas maneiras: como combustível para alimentar um motor de combustão interna, ou para produzir eletricidade em uma célula de combustível.
O hidrogênio pode ser empregado como combustível em motores de combustão interna, usando o ciclo Otto, o mesmo usado para motores a gasolina: em comparação com a gasolina hidrogênio permite maior eficiência em todas as condições, em particular a melhoria é mais significativa em cargas baixas, onde os motores a gasolina consomem mais do que o diesel. Além disso, a utilização de hidrogênio permite eliminar quase completamente as emissões de partículas e de hidrocarbonetos não queimados; emissões nocivas podem ocorrer devido à combustão parcial das gotas de óleo. Usando o hidrogênio, uma quantidade não desprezível de NOx ainda é produzida, embora menor do que nos motores a gasolina.
A Toyota está trabalhando no uso de hidrogênio em motores de combustão interna. No entanto, oo uso de hidrogênio em carros como combustível não é ideal, visto que enquanto os valores máximos de eficiência obtidos com motores de combustão interna não ultrapassam 35%, células de combustível que usam hidrogênio não caia para valores de eficiência abaixo de 40%. Por esse motivo, os carros a hidrogênio atualmente no mercado são carros com célula de combustível.
O funcionamento desses carros é baseado na célula de combustível: em uma célula ocorre a processo de eletrólise reversa, em que o hidrogênio se combina com o oxigênio para formar água, eletricidade e calor. Enquanto o hidrogênio é retirado do tanque, o oxigênio deve ser retirado do ar. Por esta razão o ar que vai reagir deve ser filtrado para remover partículas sólidas, que podem comprometer o correto funcionamento da bateria.
A água produzida é expelida na forma de vapor d'água, enquanto a energia produzida é utilizada para movimentar os motores elétricos que acionam as rodas: rendimentos de células de combustível são em torno de 50%, mas no futuro, com o aprimoramento das tecnologias, poderão chegar a valores de até 60%
Em carros de célula de combustível de hidrogênio, é há também uma pequena bateria, em volta do 2 kWh, que permite que você regenere energia durante a frenagem. A energia armazenada é usada em combinação com a produzida pela célula de combustível para tornar a operação da célula o mais eficiente possível. Geralmente é mais eficiente se funcionar constantemente, de modo que a bateria fornece energia principalmente nas situações mais exigentes, como acelerações intensas.
FCEV vs BEV
Le carros com célula de combustível são, para todos os efeitos, carros elétricos com várias vantagens e algumas desvantagens em comparação com carros elétricos a bateria: uma primeira vantagem das células de combustível automotivas em comparação com os movidos a bateria consiste no menor peso, isso tem um impacto positivo nas habilidades dinâmicas e na autonomia.
A gama de carros com célula de combustível é geralmente maior do que a dos carros com bateria: os carros de célula a combustível percorrem em média cerca de 100 km / kg e considerando que os modelos atualmente no mercado possuem um tanque capaz de acumular 5/6 kg de hidrogênio, portanto, obtêm-se faixas de 500/600 km, mesmo que em valores superiores Poderia ser obtido. Autonomias desse tipo ainda não estão ao alcance dos carros movidos a bateria.
Outra grande vantagem de carros FCEV em comparação com BEVs é definitivamente o tempo de reabastecimento; na verdade o O processo de reabastecimento de um carro a hidrogênio é muito semelhante ao de um carro a gás ou metano, e normalmente requer não mais que 5 minutos. Os tempos podem aumentar caso muitos reabastecimentos consecutivos tenham sido feitos no mesmo posto de abastecimento.
No entanto, desvantagem da célula de combustível automotiva em comparação com carros movidos a bateria e ausência, especialmente na Itália, de uma rede de postos de abastecimento: de fato, no momento, há apenas uma estação de referência perto de Bolzano onde o custo de reabastecimento é de 13/14 euros / kg. O preço do reabastecimento de hidrogênio constitui uma segunda desvantagem para este tipo de carro em comparação com os movidos a bateria; portanto, o custo de recarga é decididamente menor e aumenta o custo de compra de carros com célula de combustível em comparação com os movidos a bateria.
Na verdade, os modelos de carros elétricos com célula de combustível atualmente no mercado, como o Toyota Mirai ou o Hyundai nexo, rondam os € 70.000, valores superiores aos dos carros elétricos a bateria do mesmo segmento. Além disso, os custos de manutenção de carros com célula de combustível podem ser maiores do que o equivalente a carros elétricos com bateria, devido à maior complexidade devido à presença da célula a combustível.
Os carros a hidrogênio são seguros?
O idrogeno, apesar de ser um gás altamente inflamável, é considerado seguro, porque para explodir é necessário que alcança uma alta concentração no ar. É muito improvável que isso aconteça: em caso de derramamento, hidrogênio sendo menos denso que o ar, 0.09 g / litro contra 1.2 g / litro à pressão atmosférica, tende a subir imediatamente para o topo e depois se dispersar rapidamente. Por esse motivo, é possível estacionar carros a hidrogênio em ambientes fechados sem problemas, como acontece com os carros a metano.
Além disso, o tanques, em que o hidrogênio é armazenado em altas pressões, eles são testados para resistir a choques e acidentes e evitar qualquer vazamento de hidrogênio; o Hyundai Nexo por exemplo conseguiu 5 estrelas em testes de colisão Euro NCAP.
O que esperar nos próximos anos?
O uso de hidrogênio sembra destinado a aumentar nos próximos anos, principalmente nos setores de transporte que exigem recargas rápidas e alta autonomia, como o transporte público; também é esperado aumento da rede de postos de abastecimento hidrogênio.
No entanto, permanece um grande ceticismo em relação à eficiência energética do hidrogênio: na verdade, embora ouso de hidrogênio azul ou verde para alimentar carros elétricos a célula de combustível permite uma redução nas emissões de dióxido de carbono, usando diretamente a eletricidade renovável produzida para recarregar carros elétricos com baterias é muito mais eficiente. Em contraste, o fabricar um carro movido a bateria requer muito mais energia do que um carro com célula de combustível.
Também pode-se hipotetizar que, no futuro, o hidrogênio produzido a partir de fontes renováveis será utilizado como base para a produção de combustíveis sintéticos, também conhecidos como e-fuels, capazes de movimentar motores de combustão interna, tendo impacto zero nas emissões de dióxido de carbono.
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