Se leggi l'articolo sulle celle a combustibile, sai che producono elettricità da idrogeno e ossigeno ed emettono solo vapore. Il problema principale con le celle a combustibile alimentate a idrogeno riguarda lo stoccaggio e la distribuzione dell'idrogeno. Vedi come funziona l'economia dell'idrogeno per i dettagli.
Il gas idrogeno non è un combustibile molto denso di energia, il che significa che contiene poca energia per unità di volume rispetto a un combustibile liquido come benzina o metanolo. Quindi è difficile inserire abbastanza idrogeno in un'auto alimentata a celle a combustibile per darle un'autonomia ragionevole. L'idrogeno liquido ha una buona densità di energia, ma deve essere immagazzinato a temperature estremamente basse e pressioni elevate; questo rende piuttosto difficile riporlo e trasportarlo.
Combustibili comuni come gas naturale, propano e benzina, e meno comuni come metanolo ed etanolo, hanno tutti idrogeno nella loro struttura molecolare. Se esistesse una tecnologia in grado di rimuovere l'idrogeno da questi combustibili e utilizzarlo per alimentare la cella a combustibile, il problema dello stoccaggio e della distribuzione dell'idrogeno sarebbe quasi del tutto eliminato.
Quella tecnologia è in fase di sviluppo. Si chiama processore di carburante o un riformatore . In questa edizione di HowStuffWorks , impareremo come funziona il steam reformer funziona.
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Il compito del processore di carburante è fornire idrogeno relativamente puro a una cella a combustibile, utilizzando un carburante che sia prontamente disponibile o facilmente trasportabile. I trasformatori di carburante devono essere in grado di farlo in modo efficiente con un minimo di inquinamento, altrimenti, in primo luogo, annullano i vantaggi dell'utilizzo di una cella a combustibile.
Per le automobili, il problema principale è l'accumulo di energia . Per evitare di avere serbatoi a pressione grandi e pesanti, è preferibile un combustibile liquido al gas. Le aziende stanno lavorando su processori di carburante per combustibili liquidi come benzina e metanolo. Metanolo è il carburante più promettente a breve termine; può essere immagazzinato e distribuito più o meno allo stesso modo in cui lo è ora la benzina.
Per le case e la produzione stazionaria di energia, sono preferiti combustibili come il gas naturale o il propano. Molte centrali elettriche e case sono già allacciate alla fornitura di gas naturale tramite gasdotti. E alcune case che non sono collegate alle linee del gas hanno bombole di propano. Quindi ha senso convertire questi combustibili in idrogeno per l'uso in celle a combustibile stazionarie.
Sia il metanolo che il gas naturale possono essere convertiti in idrogeno in uno steam reformer .
Ci sono un paio di tipi di steam reformer, uno reforming metanolo e l'altro riformatore del gas naturale .
La formula molecolare del metanolo è CH 3 OH . L'obiettivo del riformatore è rimuovere la maggior parte dell'idrogeno (H ) possibile da questa molecola, riducendo al minimo l'emissione di inquinanti come il monossido di carbonio (CO ). Il processo inizia con la vaporizzazione del metanolo liquido e dell'acqua. Il calore prodotto nel processo di riformazione viene utilizzato per ottenere ciò. Questa miscela di metanolo e vapore acqueo viene fatta passare attraverso una camera riscaldata che contiene un catalizzatore.
Quando le molecole di metanolo colpiscono il catalizzatore, si scindono in monossido di carbonio (CO ) e idrogeno gassoso (H 2 ):
Il vapore acqueo si divide in idrogeno gassoso e ossigeno; questo ossigeno si combina con il CO per formare CO2 . In questo modo, viene rilasciata pochissima CO, poiché la maggior parte viene convertita in CO2 .
Il gas naturale, composto principalmente da metano (CH 4 ), viene elaborato utilizzando una reazione simile. Il metano nel gas naturale reagisce con il vapore acqueo formando monossido di carbonio e gas idrogeno.
Proprio come quando si riforma il metanolo, il vapore acqueo si divide in idrogeno gassoso e ossigeno, l'ossigeno si combina con la CO per formare CO2 .
Nessuna di queste reazioni è perfetta; un po' di metanolo o gas naturale e monossido di carbonio riescono a passare senza reagire. Questi vengono bruciati in presenza di un catalizzatore, con un po' d'aria per fornire ossigeno. Questo converte la maggior parte della CO rimanente in CO2 e il restante metanolo a CO2 e acqua. Vari altri dispositivi possono essere utilizzati per ripulire qualsiasi altro inquinante, come lo zolfo, che potrebbe trovarsi nel flusso di scarico.
È importante eliminare il monossido di carbonio dal flusso di scarico per due motivi:in primo luogo, se la CO passa attraverso la cella a combustibile, le prestazioni e la durata della cella a combustibile si riducono; in secondo luogo, è un inquinante regolamentato, quindi le auto possono produrne solo piccole quantità.
Per creare energia, diversi sistemi devono lavorare insieme per fornire la potenza elettrica richiesta. Un sistema tipico consisterebbe in un carico elettrico (come una casa o un motore elettrico), una cella a combustibile e un processore del carburante .
Prendiamo il caso di un'auto a celle a combustibile. Quando premi il pedale del gas (idrogeno), accadono più cose contemporaneamente:
Una sequenza simile di eventi si verifica nella tua casa quando aumenti improvvisamente la domanda elettrica. Ad esempio, quando si accende l'aria condizionata, la potenza della cella a combustibile deve aumentare rapidamente, altrimenti le luci si affievoliranno finché la cella a combustibile non sarà in grado di soddisfare la domanda.
I processori di carburante presentano anche degli svantaggi, incluso l'inquinamento e l'efficienza complessiva del carburante .
Sebbene i processori di carburante possano fornire gas idrogeno a una cella a combustibile producendo molto meno inquinamento rispetto a un motore a combustione interna, producono comunque una quantità significativa di anidride carbonica (CO2 ). Sebbene questo gas non sia un inquinante regolamentato, si sospetta che contribuisca al riscaldamento globale.
Se si utilizza idrogeno puro in una cella a combustibile, l'unico sottoprodotto è l'acqua (sotto forma di vapore). Nessun CO2 o viene emesso qualsiasi altro gas. Ma poiché le auto alimentate a celle a combustibile che utilizzano processori di carburante emettono piccole quantità di inquinanti regolamentati, come il monossido di carbonio, non si qualificheranno come veicoli a emissioni zero (ZEV) ai sensi delle leggi sulle emissioni della California. In questo momento, le principali tecnologie che si qualificano come ZEV sono l'auto elettrica a batteria e l'auto a celle a combustibile alimentate a idrogeno.
Invece di cercare di migliorare i processori di carburante al punto da non emettere inquinanti regolamentati, alcune aziende stanno lavorando a nuovi modi per immagazzinare o produrre idrogeno sul veicolo . Ovonic sta sviluppando un dispositivo di stoccaggio dell'idruro metallico che assorbe l'idrogeno un po' come una spugna assorbe l'acqua. Ciò elimina la necessità di serbatoi di stoccaggio ad alta pressione e può aumentare la quantità di idrogeno che può essere immagazzinata su un veicolo.
Powerball Technologies vuole utilizzare palline di plastica piene di idruro di sodio, che producono idrogeno quando vengono aperte e lasciate cadere nell'acqua. Il sottoprodotto di questa reazione, idrossido di sodio liquido , è una sostanza chimica industriale comunemente usata.
Un altro aspetto negativo del processore di carburante è che diminuisce l'efficienza complessiva dell'auto a celle a combustibile. Il processore del carburante utilizza il calore e la pressione per favorire le reazioni che scindono l'idrogeno. A seconda dei tipi di carburante utilizzati e dell'efficienza della cella a combustibile e del processore del carburante, il miglioramento dell'efficienza rispetto alle auto a benzina convenzionali può essere piuttosto ridotto. Guarda questo confronto tra l'efficienza di un'auto a celle a combustibile, un'auto a benzina e un'auto elettrica.
