Hidrogenul, cea mai moderna sursa de energie

Hidrogenul, cea mai moderna sursa de energie

Hidrogenul este un combustibil aproape ideal din care se poate obtine energie curata, care nu polueaza mediul. Se poate transporta si stoca fara a afecta mediul inconjurator. Formele de utilizare sunt multiple, de la arderea sa si obtinerea de energie termica pana la reactia in sant, principiu pe care se bazeaza functionarea bombei cu hidrogen. Acest combustibil are o mare putere calorica si poate fi transformat in toatele cele trei stari de agregare.

Deocamdata, acest combustibil are un pret de fabricatie destul de ridicat; inca nu a devenit competitiv cu alti combustibili pentru a fi utilizat la scara industriala. Obtinerea hidrogenului se poate face prin electroliza apei sau prin descompunerea hidrocarburilor. In prezent, este mai economic sa se utilizeze gazul natural extras din zacaminte, decat sa se extraga hidrogenul din el.

Deja s-au executat vehicule speciale, in special pentru transportul urban, care foloseste hidrogenul drept combustibil. In acest sens, solutia considerata optima este utilizarea celulelor fotovoltaice care sa produca energie electrica necesara procesului de electroliza a apei, in urma caruia sa se obtina hidrogenul necesar transportului urban de calatori si de marfuri. Deja sunt executate doua proiecte care functioneaza cu rezultate bune.

In Anglia, la Cambridge, o suprafata de 3500 m² de celule fotovoltaice furnizeaza 300 kW (la varf), putere electrica necesara electrolizei apei. Instalatia de electroliza produce 30 m³/h hidrogen din 144 electrolizoare. Hidrogenul este stocat in rezervoare la presiune ridicata de la care se alimenteaza autobuzele. Instalatia este in functiune din trimestrul 3 al anului 2003.

In Suedia, in insula Gotlands, 2500 m² de celule fotovoltaice produc si livreaza energia electrica pentru electrolizoare. In prezent, majoritatea energiei electrice din insula este produsa cu turbine de vant si prin arderea biomasei, astfel ca pe insula nu mai exista surse poluante. Proiectul prevede ca aceasta insula sa devina prima insula care foloseste numai surse nepoluante. Cererea de energie electrica este asigurata in prezent in proportie de 15% de turbinele de vant, urmand ca in urmatorii 5 ani cantitatea produsa in acest mod sa se dubleze. Prima faza prevede montarea de panouri solare pentru alimentarea electrolizoarelor. In faza a doua a proiectului, panourile cu celule fotovoltaice montate pe acoperisurile cladirilor vor alimenta universitatea si biblioteca municipala.

In Islanda, unde sursele de apa geotermala sunt multe, s-a finantat, in martie 2001, un proiect de realizare a unei infrastructuri care sa produca pe scara industriala a hidrogenului. Energia electrica necesara procesului de electroliza se va obtine din sursele de apa geotermala si din energia electrica obtinuta in hidrocentrale. Hidrogenul va fi folosit in transportul urban din capitala Islandei, Reykjavik.

O echipa de cercetatori chimisti a anuntat o cale eficienta de obtinere de hidrogen, din zahar. La Universitatea din Wisconson-Madison, studiind glucoza continuta in plante si animale, echipa a reusit printr-o reactie chimica sa obtina hidrogen, utilizand un catalizator de platina, cu o eficienta de 50%.

Recent, Corporatia de Energii Noi din Los Alamos - SUA, a pus la punct o tehnologie de producere de hidrogen, numita While Solarec, care se bazeaza pe o solida cunoastere a proceselor fizice. Procesul de producere a hidrogenului, dupa noua tehnologie, este compus din mai multe etape.

Prima etapa consta in realizarea unei concentratii de energie solara care sa fie capabila sa transforme dioxidul de carbon in monoxid de carbon si oxigen:

(30)

Reactia se produce la temperatura de 2400^oC, utilizand o suprafata de concentrare plata de 100 m² pentru incalzirea locului unde are loc reactia, cu ajutorul energie solare. Pentru ca cei doi compusi rezultati sunt instabili din punct de vedere chimic, se foloseste o racire rapida, cu apa, astfel ca atomii de oxigen rezultati sa nu formeze prin combinare molecule de oxigen.

Etapa a doua consta in combinatia dintre vaporii de apa si monoxidul de carbon, in conditii speciale; se obtine bioxid de carbon si hidrogen. Dioxidul de carbon se intoarce in proces, iar hidrogenul este gata pentru a fi folosit drept combustibil:

 

Reactia se petrece la 240^oC, in prezenta unor catalizatori si a apei in stare de vapori.

Sistemul este robust, capabil sa produca cantitati mari de hidrogen si utilizeaza resurse disponibile: apa, dioxid de carbon, energie electrica. Obtinerea unei concentratii a radiatiei solare, capabile sa declanseze procesul de descompunere a dioxidului de carbon, se poate realiza cu oglinzi care concentreaza razele solare intr-un punct fix, obtinandu-se astfel o temperatura de 2400^oC, temperatura la care are loc descompunerea dioxidului de carbon.

Eficienta tehnologiei este de 45%, aica 45 kW putere electrica obtinuta din 100 kW putere luminoasa absorbita de oglinzi.

Comparand costurile de productie ale hidrogenului obtinut prin folosirea diverselor tehnologii de productie, se observa ca utilizarea electrolizei apei este cel mai scump procedeu, pe cand obtinerea hidrogenului prin descompunerea gazului metan, al metanolului sau gazolinei, are pretul de productie mai mic, dar mai mare decat al procedeului descris mai sus, figura 7.

Utilizarea acestei metode de productie a hidrogenului prognozeaza o crestere a cantitatii ce se va produce pana in anul 2010 de circa 20 fata de anul 2004.

Tehnologia "Solarec" poate fi aplicata intr-o centrala electrica obisnuita, amplasata oriunde: nu necesita cerinte speciale si nu depinde de alti combustibili. In timpul zilei. Aburul necesar turbinei cu abur poate fi produs de panouri solare, care furnizeaza acest abur. In acelasi timp, prin descompunerea dioxidului de carbon cu ajutorul radiatiei solare concentrate, se produc hidrogen si oxigen, care sunt stocate. Pe timpul noptii hidrogenul din rezervoare se foloseste prin ardere la producerea aburului pentru antrenarea turbinei cu abur. Astfel se poate produce continuu energie electric necesara consumatorilor din zona apropiata centralei.

Prin acest procedeu se obtine energie electrica la un pret de 8-15 centi/kWh, pret la jumatate fata de pretul energiei produsa cu ajutorul celulelor fotovoltaice (25 centi/kWh).

O instalatie prototip, situata in Los Alamos, New Mexico, a efectuat peste 50 de teste, definitivate rezultate cu rezultate pozitive, in anii 2002 si 2003. Singura problema este inca controlul perioadei in care monoxidul de carbon si oxigenul sunt in stare atomica, stare foarte instabila din punct de vedere chimic, cu pericol de transformare a atomilor in molecule.

Punerea la punct a acestei tehnologii de producere a hidrogenului, la un pret sub jumatate fata de procedeul prin electroliza apei, poate revolutiona conceptia privind utilizarea combustibililor in productia de energia electrica si realizarea unui mediu curat, nepoluat. Astfel, dioxidul de carbon, rezultat din arderea combustibililor fosili in centrale electrice si din prelucrarea titeiului in rafinarii si stocat in subteran, isi gaseste utilizarea, nemaifiind eliminat in atmosfera, respectiv nemaifiind probleme cu stocarea lui in tancuri imense, in caverne subterane, care necesita conducte pentru transportare.