Verdict: pierderi mari de energie, eficiență de 26%!
Austria și-a propus să fie neutră din punct de vedere climatic până în 2040. Producția și importul de energie verde, care este produsă din electricitate verde, joacă un rol important pentru guvern. Hidrogenul urmează să fie utilizat în primul rând în industrie, pentru soluții speciale de transport și ca mediu de stocare a energiei. Ce înseamnă asta pentru viitorul mașinilor cu hidrogen, cât de ecologice sunt de fapt pilele de combustibil și ce provocări există în producția de hidrogen, vom încerca să aflăm din cele de mai sos.
Care sunt provocările în generarea hidrogenului?
Hidrogenul este necesar pentru a opera o mașină cu hidrogen – cunoscută și ca vehicul cu pile de combustibil (FCEV = Vehicul electric cu pile de combustie). Pentru guvernul austriac, hidrogenul reprezintă o contribuție importantă la tranziția energetică: Executivul să se îndepărteze de combustibilii fosili, precum gazul și să se îndrepte către surse de energie regenerabilă, cum ar fi biogazul sau hidrogenul verde.
Hidrogenul verde este obținut din electricitate verde (de la turbinele eoliene, de exemplu), în așa-numitele sisteme de electroliză . În aceste sisteme, electricitatea este utilizată pentru a împărți apa în hidrogen și oxigen ( electroliză). Provocarea în producția de hidrogen ecologică este aceea că o instalație de electroliză consumă cantități enorme de energie electrică. Aceasta, la rândul său, necesită o cantitate mare de electricitate verde, în Austria. Dacă există o lipsă de electricitate verde, hidrogenul este obținut de obicei din combustibili fosili. Acest hidrogen se numește “hidrogen gri”, deoarece procesul generează 10 tone de CO2 pentru a obține o tonă de hidrogen. Consecințele sunt o creștere a efectului de seră.
Cum funcționează o mașină cu hidrogen?
O mașină cu hidrogen este alimentată de o pilă de combustie. Într-o celulă de combustie, un combustibil (de exemplu, hidrogen) este furnizat continuu și reacționează cu un oxidant (de exemplu, oxigen). Aceasta produce energie electrică, apă și căldură. Un vehicul cu pile de combustibil (FCEV) folosește o celulă de combustibil cu hidrogen-oxigen. Cu toate acestea, o pilă de combustie poate funcționa și cu alți combustibili, cum ar fi butanul, gazul natural sau metanolul.
O celulă de combustie este similară ca structură și funcție cu o baterie: este formată din doi electrozi, un anod (pol pozitiv) și un catod (pol negativ). În mijloc există un electrolit sau o membrană-electrolit (de exemplu, o membrană de plastic) care este permeabilă la ioni. Moleculele de hidrogen își trimit electronii la anod, iar protonii rămași, migrează prin membrana electrolitului și reacţionează cu atomii de oxigen, care se reduc la catod, în timp ce acceptă electroni – pentru a forma apă.
Spre deosebire de baterie, pila de combustibie nu stochează energie. În practică, tensiunea generată pentru o pilă de combustibil hidrogen-oxigen este de circa 1 volt, la o temperatură de 25 de grade Celsius.
Cât de ecologice sunt pilele de combustie?
În principiu, celulele de combustie cu hidrogen ca și combustibil sunt ecologice, dar numai dacă sunt respectate anumite criterii : Hidrogenul trebuie obținut din electricitate verde (hidrogen verde), altfel, emisiile totale sunt mult mai mari; – Materialele folosite în celulele de combustie, cum ar fi metalele și materialele plastice, trebuie reciclate. Funcționarea unei celule de combustie cu hidrogen-oxigen pur este, practic, fără emisii, deoarece singurul produs rezidual este vaporii de apă. În plus, rețeaua electrică este mult mai puțin împovărată. În timpul producției, exploatării și reciclării, emisiile de gaze cu efect de seră apar în mod natural și la mașinile cu hidrogen. Potrivit unui studiu al Institutului Fraunhofer din 2019, comandat de „H2 Mobility”, amprenta de CO2 a unei mașini cu hidrogen, inclusiv rezervorul, poate fi comparată cu cea a unui vehicul electric (BEV = Battery Electric Vehicle) cu o baterie de până la 50 kWh (autonomie de circa 250 de kilometri). Potrivit acestui studiu, vehiculele cu celule de combustibil (FCEV) cu o autonomie de peste 250 de kilometri sunt mai ecologice decât vehiculele electrice (BEV). Motivul principal pentru aceasta îl constituie emisiile mai mari de CO2, care apar în timpul producției bateriei.
Care sunt avantajele și dezavantajele unei mașini cu hidrogen?
Protecția mediului, realimentarea rapidă și o gamă diversificată vorbesc în favoarea mașinilor cu hidrogen. Cu toate acestea, unul dintre cele mai mari dezavantaje ale tehnologiei cu celule de combustie este pierderea mare de energie în cursul lanțului de proces. După cum arată un studiu comandat de think-tank-ul german „Agora Verkehrswende” în 2018, există pierderi mari de conversie de la producția de hidrogen prin electroliză, prin transport, până la generarea de energie în mașină. La început, există energie electrică din energii regenerabile cu o eficiență de 100% (pierdere de energie zero), după electroliză sau producerea de hidrogen, eficiența totală este de doar 67%, după transportul la celula de combustie, s-a calculat o eficiență totală de 32%. La sfârșitul procesului, rămâne doar 26% eficiență globală. În comparație, mașina electrică are o pierdere de energie semnificativ mai mică, cu o eficiență totală de 69%Potrivit unui studiu al Institutului Fraunhofer, eficiența mai mare a mașinilor electrice nu compensează dezavantajul de gaze cu efect de seră al producției de baterii. Unii experți sunt sceptici cu privire la mașinile cu hidrogen produse în masă, din cauza dezavantajelor: Potrivit lui Manfred Schrödl de la Institutul pentru Sisteme Energetice și Acționări Electrice de la Universitatea de Tehnologie din Viena, pierderea de energie și faptul că o mare parte din hidrogen este încă produs din gaze naturale, aduce avantajul mașinilor cu hidrogen din nou, în ceea ce privește echilibrul CO2. După cum a declarat expertul într-o emisiune din 2019, o mașină electrică are nevoie de aproximativ 22 kWh de energie pentru 100 de kilometri, în timp ce o mașină cu hidrogen are nevoie de până la 52 kWh pentru 100 de kilometri, din cauza pierderilor de energie – și asta, deși doar 1,2 kilograme de hidrogen sunt utilizate pentru traseu (care corespunde unui conținut energetic de 33 până la 39 kWh).
Aparent, e ok!
Mașinile cu hidrogen sunt atractive pentru cei care vor să conducă un vehicule nepoluante, dar sunt chiar mai pretențioase decât cele electrice.
În engleză, aceste mașini sunt numite vehicule fuel-cell, iar ele funcționează cu hidrogen sau etanol. Aparent, hidrogenul acționează la fel ca benzina și motorina, singurele reziduuri care rezultă în urma arderii sunt vaporii de apă. Unde mai pui, că hidrogenul este și cel mai răspândit element chimic din univers, iar la noi pe Pământ se găsește din belșug. Atunci, dacă tot e atât de bun pentru mediu și este pentru toată lumea, pentru generații la rând, de ce nu trecem toți la mașinile pe hidrogen?! Din motive cât se poate de simple și de evidente!
Mașinile cu hidrogen nu sunt atât de prietenoase cu mediul pe cât se spune!
Cu toate că hidrogenul sau etanolul utilizat arde la fel ca benzina sau ca motorina, nu oferă și aceleași performanțe. Nu vrea nimeni o mașină care demarează greu, pe care n-ai unde să o alimentezi și care este mai nesigură decât una cu combustibil fosil. Ideea motorului cu hidrogen a apărut cu mai multe decenii în urmă și a luat avânt odată cu criza petrolului din secolul trecut. Când au mai venit și ecologiștii la sfârșitul secolului XX cu studiile alarmante despre poluare și pericolele ascunse, nevoia carburanților alternativi a devenit și mai acută. Cu toate că mașinile cu hidrogen sună bine în teorie și poate că ați văzut deja câțiva indivizi mai hipsteri care se plimbă cu cel mai nou model, realitatea este mai dură decât am dori. Ca să îmbunătățească procesul de ardere, inginerii au folosit celulele de combustie pe bază de hidrogen, care alimentează cu electricitate un motor electric, ce pune în mișcare automobilul și toate perifericele sale. Cel mai mare obstacol în calea acestor automobile este hidrogenul însuși. Acesta este un element care nu prea se regăsește în stare liberă, ci doar în substanțe compuse. El poate fi extras prin metode termochimice din gazele naturale, prin termoliză din biogazul obţinut prin putrefacţia deşeurilor sau prin electroliza apei. Toate sunt metode foarte costisitoare. Întregul sistem al unui autoturism cu hidrogen este extrem de scump, iar instalația presupune unele riscuri, având în vedere că hidrogenul, în stare pură, este deosebit de inflamabil. Aceleași metode de separare/extracție a hidrogenului necesită o cantitate foarte mare de combustibili fosili pentru a fi produs în cantități industriale. Protejezi mediul pe o parte, dar îl distrugi într-alta!
Cu etanol, că e mai ieftin!
O serie de producători auto s-au grăbit să fabrice astfel de vehicule și, evident, vorbim de nume mari: Toyota, BMW, Daimler, Hyundai, Honda, Ford, Nissan, Volkswagen. De asemenea, dacă vi se pare mic numărul stațiilor de alimentare pentru mașini electrice, pentru mașinile cu hidrogen este cu mult mai mic, la nivel global. Norvegia a fost prima țară care a instalat prima stație de alimentare cu hidrogen, dar a lăsat-o mai moale pentru că e costisitor, iar oamenii nu vor astfel de mașini din motivele mai sus menționate. În urmă cu câțiva ani, se estima că înlocuirea mașinilor clasice cu cele cu hidrogen ar costa doar Statele Unite ale Americii aproape un trilion de dolari. Ce guvern și ce companie e dispusă să plătească un asemenea preț?! Nu mai zic de persoanele fizice! O fi hidrogenul carburantul viitorului, dar, poate, într-un viitor în care umanitatea va rezolva toate problemele actuale, ca bolile incurabile, moartea prematură, încălzirea globală, foametea din Africa și altele! Astăzi, puținele mașini de acest fel nici măcar nu utilizează hidrogen, ci etanol, pentru că e mai ieftin și se produce din cereale. Etanolul este, de fapt, alcool, un fel de țuică cu un gust oribil, dar din arderea lui rezultă o cantitate foarte mică de dioxid de carbon.