Masina pe hidrogen. Celula de combustibil.

In ceea ce urmeaza o sa facem o analiza a sistemului Fuel Cell pentru propulsia automobilelor. Inainte de asta insa, haideti sa vedem ce inseamna “celula de combustibil” sau “pila de combustie”.

Contrar intelepciunii populare, o “celula de combustibil” nu este o baterie, ci un aparat capabil de a genera electricitate in urma unei reactii chimice. In cazul nostru, reactia chimica se numeste Redox si implica oxidarea, sau mai degraba schimbarea starii de oxidare a atomilor de hidrogen prin reactia chimica cu oxigenul. Practic, hidrogen+oxigen egal electricitate si apa. Ceea ce e minunat, pentru ca in reactie nu se emit niciun fel de elemente poluante sau toxice.

Concentratia tipica de energie electrica pe celula de combustibil este si ea una foarte ridicata, ceea ce inseamna ca avem putere relativ mult timp cu un volum de combustibil scazut. Ideal pentru masinile electrice. Doar ca…

Doar ca… hidrogenul nu exista singurel in natura, ci agatat de alte elemente chimice. Pentru separarea sa se folosesc mai multe procedee, dar cel mai uzual (95%) este “Steam reforming”-ul, in romana “Reformare catalitica cu vapori de apa”. Prin acest procedeu hidrogenul este extras din gaz natural sau chiar benzina. Deci din combustibil fosil.

În prima fază, prin adăugare de aburi la o temperatură de circa 450-500°C și o presiune de 25-30bar, hidrocarburile mai complexe se descompun în  metan, hidrogen, monoxid de carbon si bioxid de carbon pentru a evita colmatarea catalizatorului din ansamblul de reformare.

În faza a doua în ansamblul de reformare metanul va intra în reacție cu apa într-un catalizator de nichel la o temperatură de 800 – 900°C și o presiune de 25 – 30bar rezultând gazul de sinteză.

Toate aceste procedee au la baza combustibilul fosil pentru prelucrare si folosesc tot combustibil fosil pentru energia necesara reactiilor chimice. Haideti sa vedem asadar care sunt cifrele emisiilor pentru un automobil cu fuel cell: Toyota Mirai.

Consumul toyotei este de 1.05 litri de hidrogen pe suta de km. Pentru un kg de hidrogen se folosesc 2.5kg de metan, iar intensitatea tipica a procedeului de “steam reforming” este de 16kg CO2 / 1kg hidrogen. Pentru ca reactia este endoterma, e nevoie si de caldura pentru a o sustine. In reactie se mai emit si monoxid de carbon, care este foarte toxic, amoniac si alti compusi chimici secundari. Emisiile acestora sunt concentrate la uzina de productie, care, pentru eficienta, produce cel putin 1 milion de m3 de hidrogen pe zi.

Din punct de vedere al CO2, asadar, Toyota Mirai emite indirect cca 15kg/100km. Foarte bine fata de media de 100kg/100km a autoturismului tipic cu combustie interna, dar cel putin triplu fata de un autoturism electric alimentat de la o sursa de energie regenerabila. Emisiile unei turbine eoliene (constructie, instalare, operare) sunt de aprox. 350kg/mwh, respectiv 350gr/kwh, iar consumul unui BMW I3 este de aprox. 12-15kwh/100km, asadar adunam doar 5kg CO2/100km.