Cometa Rossa ha scritto:
L'idrogeno non è una fonte d'energia ma un vettore d'energia, che già fa capire come serva energia per ottenerlo, ne serva tantissima per un'industrializzazione di massa.
Presenta un sacco di problemi di stoccaggio, presenta criticità in caso di difetti nello stoccaggio.
Insomma, tecnologia troppo complessa al momento; vi sono già da 10-15 anni un sacco di prototipi marcianti, ma dalla produzione di nicchia al salto industriale il passo è enorme; secondo me per almeno un 20-30 anni rimarrà tutto confinato nell'ambito dei prototipi o poco più. Alla fine, probabilmente, le batterie faranno dei passi così da gigante che il futuro a breve termine sarà elettrico, non ad idrogeno.
Molto meglio il metano, che in fondo sono 4 molecole d'idrogeno ed una di carbonio, se non ricordo male; se non che io ritengo che il metano sia un gas così valido che il sistema più stupido di sprecarlo è usarlo nell'autotrazione; molto meglio usarlo nelle centrali elettriche ed ottenere energia per le auto elettrcihe, piuttosto.
Prova a leggere questo rapporto :
Produrre e utilizzare un qualsiasi carburante consuma energia e crea emissioni. Il problema però è che bisogna prendere in considerazione tutto il ciclo di utilizzo WTW ( Well To Wheels = Materia prima alle ruote ) e non come molti erroneamente fanno WTT ( Well To Tank = Materia prima al serbatoio ). Quindi si dovrà aggiungere il ciclo TTW ( Tank To Wheels = serbatoio alle ruote )
Infatti i critici sostengono : "Ci vuole più energia per creare idrogeno di quella che se ne ricava", ma le verità è : "Considerando tutto il ciclo vitale di un combustibile, cioè WTW ( materia prima-ruote ), i veicoli a celle combustibili sono più efficienti rispetto a quelli a combustione".
Ogni combustibile o vettore di energia richiede, per fabbricarlo, più energia di quella che poi rilascerà, quindi un aspetto fondamentale è quello di considerare poi come verrà impiegato, motivo per cui è importante considerare anche l'efficienza energetica e l'inquinamento prodotto dal veicolo/apparecchio che lo utilizzerà.
Per avere un quadro generale più chiaro consideriamo ora solo il ciclo WTT ( materia prima-sebatoio ) :
Il ciclo di produzione WTT comprende : l'ottenimento della fonte di combustibile, la raffinazione o produzione, stoccaggio, trasporto ad una stazione di rifornimento. Ogni combustibile ha molte vie di produzione, ma qualunque esse siano tuttavia non saranno mai esenti da emissioni di gas serra e inquinanti.
Qui sotto sono riportate le efficienze per ogni combustibile ottenuto con le più tipiche produzioni odierne, una percentuale più alta è quindi migliore.
- 89% Gas naturale
- 85% Diesel
- 82% Benzina
- 69% Idrogeno da elettrolisi usando fonti rinnovabili
- 62% Idrogeno steam reforming cioè ottenuto da gas naturale
- 59% Etanolo
- 36% Idrogeno da elettrolisi usando corrente dalla rete
Come si può notare dai dati alcuni combustibili sono nettamente più efficienti di altri ma la produzione è solo la metà del processo perché poi devono essere utilizzati.
Vedremo adesso come varia l'efficienza totale aggiungendo al ciclo WTT ( materia prima-serbatoio ) il ciclo TTW ( serbatoio-ruote ) che compongono l'intero ciclo WTW ( materia prima-ruote ).
Questi valori indicano l'energia totale impiegata ( BTU/Miglio ) nel ciclo WTW, ovvero dalla materia prima all'impiego in un veicolo a seconda del carburante utilizzato. Più il valore è basso meglio è.
- 2.100 BTU/Miglio Veicolo Elettrico puro
- 3.000 BTU/Miglio Veicolo Elettrico/Benzina Plugin
- 3.600 BTU/Miglio Veicolo Idrogeno per elettrolisi solo da fonti rinnovabili
- 3.700 BTU/Miglio Veicolo Idrogeno per steam reforming ottenuto da gas naturale
- 5.400 BTU/Miglio Veicolo Diesel
- 5.400 BTU/Miglio Veicolo Ibrido/Benzina
- 6.300 BTU/Miglio Veicolo Gas
- 6.300 BTU/Miglio Veicolo Idrogeno per elettrolisi con energia prelevata dalla rete attuale
- 6.800 BTU/Miglio Veicolo Benzina
- 8.800 BTU/Miglio Veicolo Etanolo
Tutti i rapporti indipendenti o governativi concordano che i veicoli elettrici puri e a fuel cell nel bilancio complessivo WTW sono più efficienti dei motori a combustione.
Vedremo adesso altri 2 aspetti che ricoprono un ruolo di primissimo piano : i gas serra e gli inquinanti.
Per le emissioni Gas Serra GHG ( CO2 + N2O + CH4 + H2O ) calcolati per miglio nel ciclo WTW ( materia prima-ruote) di un veicolo a seconda del carburante utilizzato si hanno i seguenti valori. Più sono bassi meglio è.
- 0 gr/miglio Veicolo Idrogeno per elettrolisi da fonti rinnovabili
- 130 gr/miglio Veicolo Elettrico puro
- 198 gr/miglio Veicolo Idrogeno per steam reforming da gas naturale
- 235 gr/miglio Veicolo Elettrico/Benzina
- 320 gr/miglio Veicolo Ibrido/Benzina
- 330 gr/miglio Veicolo Diesel
- 340 gr/miglio Veicolo a Gas naturale
- 440 gr/miglio Veicolo Benzina
Per gli inquinanti ( Nox - Co - Vcos - PM ) calcolati per miglio nel ciclo WTW ( materia prima-ruote) di un veicolo a seconda del carburante utilizzato si hanno i seguenti valori.
Più sono bassi meglio è.
- Benzina PM 0,490 gr/miglio - Nox 0,321 gr/miglio - Vcos 0,092 gr/miglio - Co 0,485 gr/miglio
- Idrogeno da steam reforming gas naturale PM 0,228 gr/miglio - Nox 0,021 gr/miglio - Vcos 0,028 gr/miglio - Co 0,035 gr/miglio
- Ibrido Plugin PM 0,271 gr/miglio - Nox 0,014 gr/miglio - Vcos 0,021 gr/miglio - Co 0,028 gr/miglio
- Etanolo PM 2,1 gr/miglio - Nox 678 gr/miglio - Vcos 0,178 gr/miglio - Co 0,960 gr/miglio
Conclusioni :
I veicoli elettrici a celle a combustibili alimentati ad idrogeno offrono una scelta eccellente per contribuire alla qualità dell'aria, riduzione dei gas serra e per raggiungere gli obiettivi di consumo energetico . Questa tecnologia permette di avere auto che utilizzano meno carburante, che producono molto meno inquinamento allo scarico che può ridursi a zero se si utilizza una fonte rinnovabile.
http://www.fuelcelltoday.com
http://cafcp.org
http://energy.gov/eere/transportation/hy...fuel-cells
http://www.energy.ca.gov/2007publication...-004-F.PDF
Il prossimo passo è quello di analizzare come viene creato l'idrogeno, distribuito, stoccato, quali vantaggi offre spiegando perché sopratutto le industrie non automobilistiche stanno investendo in questa tecnologia.
Uno delle maggiori peculiarità dell'idrogeno è che può essere prodotto on-site, ovvero direttamente nel luogo di stoccaggio e/o utilizzo da numerose fonti primarie e attraverso una varietà di modalità di produzione. Queste fonti possono essere i combustibili fossili, biomasse rinnovabili, nonché di energia elettrica derivata da entrambi i carburanti fossili e risorse rinnovabili / non-fossili. Questo è un notevole vantaggio, come vedremo più avanti, sopratutto per la produzione di energia elettrica permettendo di eliminare le perdite di potenza della rete che vanno dal 7-8% in paesi sviluppati fino al 50% nei paesi in via di sviluppo, oltre all'indiscusso vantaggio di non avere centrali elettriche inquinanti dietro casa e staccarsi dalla rete elettrica pubblica legata al carbone. I metodi di produzione dell'idrogeno più comuni riguardano la conversione di idrocarburi o l'elettrolisi dell'acqua. Su scala industriale, l'idrogeno viene attualmente prodotto principalmente attraverso steam reforming del gas naturale. Atal proposito i critici dicono: "L'utilizzo di idrogeno dal gas naturale non migliorerà la qualità dell'aria e ridurre i gas serra". Ma la verità è : "Quando si valuta tutta la filiera WTW ( materia prima-ruote ) l'idrogeno è un vettore energetico molto pulito. Le relazioni mostrano che l'idrogeno ottenuto da gas naturale e utilizzato in un veicolo a celle a combustibile riduce i gas serra (GHG) del 55% - 65% rispetto alla benzina/diesel utilizzati in un veicolo convenzionale, e di circa il 40% rispetto alla benzina in un motore ibrido. Quando si utilizza l'idrogeno ottenuto da fonti di energia pulita, i gas serra sono pari a zero. In questo studio ho considerato la produzione di idrogeno dalle tre tecnologie principali utilizzate oggi : gas naturale o reforming , gassificazione del combustibile solido ed elettrolisi dell'acqua. Ognuno di questi processi di produzione è descritto di seguito.
Produzione di idrogeno da gas naturale Steam Reforming :
Le tecnologie di reforming consentono la produzione di idrogeno dal gas naturale o altre materie prime di idrocarburi in apparecchi che sono in genere chiamati riformatori. Gli elementi principali del sistema di produzione di idrogeno sono il gas naturale, l'aria, il riformatore e il sistema di purificazione. I vantaggi dello steam reforming sono che è un processo efficiente e il gas prodotto non è diluito con azoto . I principali svantaggi di steam reforming sono che richiede vapore per il funzionamento iniziale e richiede sofisticate attrezzature di progettazione e metallurgie di alta qualità. La produzione di idrogeno viene eseguita in più fasi : una fase di reforming con vapore seguito da una reazione con acqua e gas, l'altra la fase è di purificazione dell'idrogeno . Steam reforming comporta la reazione del gas naturale ( o altre cariche idrocarburiche ) con vapore per la produzione di CO e idrogeno . Questa reazione di reforming è rappresentata come : CH4 + H2O → CO +3 H2. La reazione di steam reforming richiede l'input di calore esterno, che però è spesso fornito dalla combustione di gas di scarico, come la combustione del gas di spurgo del sistema di purificazione dell'idrogeno . Ulteriore elaborazione del flusso di gas con vapore in un reattore di spostamento produce CO2 e idrogeno supplementare : CO + H2O → CO2 + H2. Il gas che esce dal reattore spostamento contiene principalmente H2 (da 70 a 80 per cento ) e CO2 , CH4 , H2O e piccole quantità di CO a seconda del tipo di reattore di spostamento. L'idrogeno viene poi purificato , in genere con una altalena di pressioni di assorbimento, ma può anche essere purificato con le membrane di palladio o altre tecnologie. L'idrogeno prodotto può avere una purezza di fino a 99,999 %. Una purezza del 98% è specificato nella norma ISO 14687 per celle a combustibile per il trasporto e applicazioni stazionarie. L'efficienza di conversione energetica di grandi riformatori a metano con vapore di ultima generazione è tra il 75 e il 80%, anche se le efficienze dell' 85% sono stati realizzati con recupero di calore di scarto aggiuntivo che può essere riutilizzato. Un esempio e il reforming Ballard installato nella Sede Toyota in Canada che produce 1 Megawat, calore e idrogeno. Altre aziende come AriLiquide e AirProducts forniscono tecnologie e impianti di steam reforming per la produzione di idrogeno per veicoli per progetti sia in Europa che negli Stati Uniti.
http://www.ballard.com/about-ballard/new...71201.aspx
http://www.airproducts.com/industries/En...nergy.aspx
http://www.airliquide.it/it/prodotti-e-s...ogeno.html
http://www.airliquide.it/it/prodotti-e-s...eno-e.html
http://www.airliquide.it/it/settori-di-a...o-smr.html
Produzione di idrogeno con elettrolisi.
L'elettrolisi è un'altra opzione per la produzione in loco di idrogeno in una stazione di rifornimento . L'elettrolisi utilizza solo acqua ed elettricità e ha il potenziale per la produzione di idrogeno da fonti non fossili a zero emissioni . Diverse aziende hanno costruito sistemi di produzione di idrogeno a base di elettrolisi , con una gamma di capacità di produzione per applicazioni di rifornimento sia industriali che del veicolo . I vantaggi dell'elettrolisi sono che elimina il fatto di immagazzinare grande quantità di idrogeno presso una stazione di rifornimento, la sua facilità per la produzione su scala ridotta e il funzionamento emissioni zero . Inoltre non ci sono emissioni di camion associati al trasporto. L'elettrolisi è il processo di scissione dell'acqua in idrogeno e ossigeno. La potenza elettrica necessaria per produrre un determinato flusso di idrogeno può essere calcolato dal bilancio energetico la cui efficienza reale può variare da circa il 60 al 90%, a seconda della varietà dei sistemi elettrolitici e dai dettagli di funzionamento. Pertanto l'efficienza complessiva per produrre idrogeno utilizzando un riformatore è superiore utilizzando il gas naturale per generare energia elettrica per alimentare un processo elettrolitico e produrre idrogeno. Questo è il motivo per cui quasi tutte le aziende che producono idrogeno su larga scala negli Stati Uniti è ottenuta da riformatori, e la produzione su larga scala per elettrolisi è concentrata in aree dove sono presenti e utilizzano energia da fonti rinnovabili come idroelettrica, solare, eolico. In Europa H2logic sta fornendo stazioni di produzione e rifornimento di idrogeno per veicoli mediante elettrolisi.
http://h2logic.com/com/
Riescono a costruire, piazzare e far funzionare una stazione di rifornimento di idrogeno in sole 48 ore :
http://h2logic.com/com/h2station-car-100.asp
Produzione di idrogeno da gassificazione dei combustibili solidi.
Gassificazione di biomasse, carbone o coke di petrolio è un'altra filiera di produzione di idrogeno. Un'ampia varietà di materiali di biomassa sono stati considerati come prodotti di base per la produzione di energia. In molti luoghi del mondo, i materiali forestali, residui agricoli e rifiuti di legno urbani sono stati utilizzati come combustibile per le centrali elettriche . Questi e altri materiali di biomassa, tra cui rifiuti di carta e paglia di riso sono stati considerati come prodotti di base per i processi di produzione di etanolo di cellulosa. Tali biomasse o di altri materiali, compreso il coke di petrolio o anche pneumatici, potrebbero essere utilizzati come prodotti di base per gassificatori che producono idrogeno. Mentre la scala e configurazione di sistemi di gassificazione varierebbero con diverse materie prime, il principio generale è simile. Il materiale solido viene fatto reagire con vapore, ossigeno o aria per produrre un flusso di gas di sintesi. I componenti di questo flusso di gas sono ulteriormente trasformati in idrogeno puro . La gassificazione offre la possibilità di convertire materiali solidi con basso valore economico per l'idrogeno o altri combustibili . Tuttavia le vie di gassificazione richiedono riformatori più sviluppati e rappresentano anche un aumento dei costi di capitale per unità di idrogeno. La possibilità di utilizzare questi materiali solidi come prodotti di base è largamente influenzata dal costo che si evita per trasportare o smaltire questi materiali. L'efficienza che si ottiene dalla massificazione del coke di petrolio e la gassificazione della biomassa sono rispettivamente il 75% e il 66%. Entrambi i sistemi di gassificazione richiedono anche ossigeno. Il trasporto delle materie prime e dei combustibili è una componente importante del ciclo globale del combustibile, incidendo in modo significativo sulle emissioni locali, il consumo di energia e le emissioni di gas serra. Le emissioni e i consumi energetici variano con le modalità di trasporto, distanza della consegna, capacità di carico e la modalità di utilizzo di energia specifica. Tali variabili dipendono anche dall'ubicazione dell'impianto di produzione.
Una applicazione è l'impianto di tri-generazione che è stato sviluppato nell'ambito di una collaborazione tra il Dipartimento dell'Energia, California Air Resources Board, Costa del Distretto Sud di gestione della qualità dell'aria, il Sanitation District di Orange County, Southern California Gas Company e l'industria privata. Il progetto è gestito da Air Products and Chemicals, Inc., e altri partner includono FuelCell Energy e la National Fuel Cell Research Center (NFCRC). La struttura si trova presso l'impianto di trattamento delle acque reflue del distretto di Orange County ( città della serie American Chopper ) che utilizza le celle a combustibile ad alta temperatura e biogas prodotto dalla digestione anaerobica dei rifiuti per produrre in modo efficiente l'idrogeno, elettricità e calore. L'energia elettrica e calore prodotto vengono utilizzati per alimentare e riscaldare l'impianto. L'impianto di tri-generazione produce anche fino a 100 kg di idrogeno al giorno per una vicina stazione di rifornimento di idrogeno abbastanza per alimentare 25-50 veicoli. Una delle 3 stazioni di idrogeno a Orange County che prevedono l'idrogeno per le auto FCEV, la stazione può rifornire rapidamente una FCEV in soli 3 minuti, abbastanza veloce per competere con il tempo trascorso in una qualsiasi stazione di benzina convenzionale.
http://energy.gov/articles/fueling-next-...technology
http://energy.gov/eere/transportation/hy...fuel-cells
Come ultimo argomento volevo trattare la produzione di energia elettrica direttamente dalle Fuel Cells mediante una reazione elettrochimica diretta piuttosto che con la combustione. Questo processo è altamente efficiente, non è vincolata agli stessi vincoli termodinamici per la creazione di energia elettrica e quindi consente eccezionalmente una elevata efficienza di conversione. Oggi questi sistemi, server, hanno un 60% di efficienza. Al contrario, la centrale media a carbone di potenza con oltre un secolo di R & D alle spalle converte solo il 33% della sua energia immessa in elettricità. Con il fatto che nessuno vuole una centrale a carbone nel suo "cortile di casa", l'elettricità deve essere trasportata per centinaia di chilometri di linee elettriche, che perdono una parte della potenza prodotta. Come già riferito il 7-10% nel mondo sviluppato, e fino al 50% nelle economie in via di sviluppo. Dal momento che questi server generano energia presso la sede del cliente, l'energia viene generata e fornita direttamente dove serve, evitando così del tutto le perdite. Mentre il mondo è alle prese con la transizione verso un futuro di energia rinnovabile tutt'altro che veloce, il percorso più sostenibile è quello di consumare le nostre preziose risorse in modo più efficiente. E' anche più intelligente risparmiare carburante il che significa risparmiare di denaro. Questi server convertono il combustibile in elettricità erogata al più alto livello di efficienza tra le tecnologie disponibili in commercio. Maggiore efficienza significa meno carburante consumato per produrre la stessa elettricità e che il consumo di carburante corrisponde a meno CO2 emessa. Anche rispetto alle centrali elettriche più avanzate a ciclo combinato con turbine a gas i server hanno una maggiore efficienza elettrica erogata e quindi una minore impronta di CO2. La flessibilità dei server consentono ai clienti di ridurre drasticamente le loro emissioni di anidride carbonica, pur continuando ad alimentare le loro operazioni in modo affidabile. Quando sono alimentati a biogas forniscono la generazione di energia 100% free-carbonio. Quando alimentato a gas naturale rilascia una frazione di CO2 prodotta da centrali a carbone o anche dei moderni impianti a gas naturale a ciclo combinato. Poiché questi server utilizzano la tecnologia delle celle a combustibile ad ossido solido, che converte il combustibile in elettricità attraverso una reazione elettrochimica piuttosto che con la combustione, praticamente eliminano smog che formano le particelle nocive di NOx e SOx che vengono emessi dalle centrali convenzionali. Queste emissioni invisibili causano smog, l'asma, e danneggiano la salute umana. I server generano anche solo una frazione dell'anidride carbonica prodotta da una centrale convenzionale moderno dotato delle migliori tecnologie disponibili di controllo. I grandi impianti centralizzati siano essi a gas, eolici, solari o idroelettrici, richiedono vaste aree lontano dalla maggior parte dei centri abitati. L'elettricità che producono si riduce in perdite di trasmissione e distribuzione. I server, d'altra parte, sono una soluzione compatta con unità che occupano solo un ingombro leggermente più grande di un parcheggio. Sono particolarmente adatti per ambienti urbani. I server garantiscono anche un risparmio idrico straordinario. Non usano l'acqua al di là di una iniezione di 240 litri all'avvio. In confronto, un impianto medio a carbone negli Stati Uniti usa 1.070.000 di litri ogni 200 kW all'anno; e impianti a gas naturale a ciclo combinato usano 648.240 litri per 200 kW all'anno. Un supermercato alimentato con 200 kW con un server consente di risparmiare più di 1 milione di galloni all'anno.
http://www.bloomenergy.com/fuel-cell/energy-server/
Qui trovate la lista di aziende che hanno già scelto la soluzione server per staccarsi dalla rete.
http://www.bloomenergy.com/customer-fuel-cell/
