Come funzionano le celle a combustibile

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Galleria di immagini di veicoli a carburante alternativo Gli ingegneri hanno sostituito il motore della GM HydroGen3 con una pila di celle a combustibile delle dimensioni di un forno a microonde. Guarda altre foto di veicoli a carburante alternativo.

Probabilmente ne hai sentito parlare celle a combustibile. Nel 2003, il presidente Bush ha annunciato un programma chiamato Iniziativa sull'idrogeno (HFI) durante il suo discorso sullo stato dell'Unione. Questa iniziativa, supportata dalla legislazione dell'Energy Policy Act del 2005 (EPACT 2005) e dall'Advanced Energy Initiative del 2006, mira a sviluppare l'idrogeno, le celle a combustibile e le tecnologie infrastrutturali per rendere i veicoli a celle a combustibile pratici ed economici entro il 2020. Finora gli Stati Uniti hanno dedicato più di un miliardo di dollari alla ricerca e allo sviluppo delle celle a combustibile.

Allora cos'è esattamente una cella a combustibile, comunque? Perché i governi, le imprese private e le istituzioni accademiche collaborano per svilupparli e produrli? Le celle a combustibile generano energia elettrica in modo silenzioso ed efficiente, senza inquinamento. A differenza delle fonti di energia che utilizzano combustibili fossili, i sottoprodotti di una cella a combustibile in funzione sono il calore e l'acqua. Ma come lo fa?

In questo articolo, daremo una rapida occhiata a ciascuna delle tecnologie esistenti o emergenti per le celle a combustibile. Descriveremo in dettaglio come celle a combustibile a membrana elettrolitica polimerica (PEMFC) lavorano ed esaminano il confronto tra le celle a combustibile e altre forme di generazione di energia. Esploreremo anche alcuni degli ostacoli che i ricercatori devono affrontare per rendere le celle a combustibile pratiche e convenienti per il nostro utilizzo e discuteremo delle potenziali applicazioni delle celle a combustibile.

Se vuoi essere tecnico al riguardo, una cella a combustibile è un dispositivo di conversione dell'energia elettrochimica. Una cella a combustibile converte le sostanze chimiche idrogeno e ossigeno in acqua e nel processo produce elettricità.

L'altro dispositivo elettrochimico che tutti conosciamo è la batteria. Una batteria ha tutte le sue sostanze chimiche immagazzinate all'interno e converte anche quelle sostanze chimiche in elettricità. Ciò significa che una batteria alla fine "si scarica" ​​e tu la butti via o la ricarichi.

Con una cella a combustibile, le sostanze chimiche fluiscono costantemente nella cella in modo che non muoia mai: finché c'è un flusso di sostanze chimiche nella cella, l'elettricità fluisce fuori dalla cella. La maggior parte delle celle a combustibile in uso oggi utilizza idrogeno e ossigeno come sostanze chimiche.

Nella prossima sezione esamineremo i diversi tipi di celle a combustibile.

Contenuti
  1. Tipi di celle a combustibile
  2. Celle a combustibile con membrana a scambio polimerico
  3. Efficienza delle celle a combustibile
  4. Efficienza energetica a benzina e batteria
  5. Problemi con le celle a combustibile
  6. Perché utilizzare le celle a combustibile?

La cella a combustibile competerà con molti altri dispositivi di conversione dell'energia, inclusa la turbina a gas nella centrale elettrica della tua città, il motore a benzina della tua auto e la batteria del tuo laptop. I motori a combustione come la turbina e il motore a benzina bruciano combustibili e utilizzano la pressione creata dall'espansione dei gas per svolgere lavori meccanici. Le batterie convertono l'energia chimica in energia elettrica quando necessario. Le celle a combustibile dovrebbero svolgere entrambe le attività in modo più efficiente.

Una cella a combustibile fornisce una tensione CC (corrente continua) che può essere utilizzata per alimentare motori, luci o qualsiasi numero di apparecchi elettrici.

Esistono diversi tipi di celle a combustibile, ognuna delle quali utilizza una chimica diversa. Le celle a combustibile sono generalmente classificate in base alla loro temperatura di esercizio e al tipo di elettrolita usano. Alcuni tipi di celle a combustibile funzionano bene per l'uso in impianti di generazione di energia fissi. Altri possono essere utili per piccole applicazioni portatili o per alimentare automobili. I principali tipi di celle a combustibile includono:

Cella a combustibile a membrana di scambio polimero (PEMFC)

Il Dipartimento dell'Energia (DOE) si sta concentrando sul PEMFC come il candidato più probabile per le applicazioni di trasporto. Il PEMFC ha un'elevata densità di potenza e una temperatura di esercizio relativamente bassa (che va da 60 a 80 gradi Celsius o da 140 a 176 gradi Fahrenheit). La bassa temperatura di esercizio significa che non ci vuole molto tempo prima che la cella a combustibile si riscaldi e inizi a generare elettricità. Daremo uno sguardo più da vicino al PEMFC nella prossima sezione.

Cella a combustibile a ossidi solidi (SOFC)

Queste celle a combustibile sono più adatte per generatori di energia fissi su larga scala che potrebbero fornire elettricità a fabbriche o città. Questo tipo di cella a combustibile funziona a temperature molto elevate (tra 700 e 1.000 gradi Celsius). Questa temperatura elevata rende l'affidabilità un problema, perché parti della cella a combustibile possono rompersi dopo ripetuti cicli di accensione e spegnimento. Tuttavia, le celle a combustibile a ossido solido sono molto stabili quando vengono utilizzate continuamente. In effetti, la SOFC ha dimostrato la vita operativa più lunga di qualsiasi cella a combustibile in determinate condizioni operative. L'alta temperatura ha anche un vantaggio: il vapore prodotto dalla cella a combustibile può essere convogliato nelle turbine per generare più elettricità. Questo processo è chiamato cogenerazione di calore ed energia (CHP) e migliora l'efficienza complessiva del sistema.

Cella a combustibile alcalina (AFC)

Questo è uno dei modelli più antichi di celle a combustibile; il programma spaziale degli Stati Uniti li utilizza dagli anni '60. L'AFC è molto suscettibile alla contaminazione, quindi richiede idrogeno e ossigeno puri. È anche molto costoso, quindi è improbabile che questo tipo di cella a combustibile venga commercializzato.

Cella a combustibile a carbonato fuso (MCFC)

Come il SOFC, queste celle a combustibile sono anche più adatte per grandi generatori di energia fissi. Funzionano a 600 gradi Celsius, quindi possono generare vapore che può essere utilizzato per generare più potenza. Hanno una temperatura di esercizio inferiore rispetto alle celle a combustibile a ossido solido, il che significa che non hanno bisogno di materiali così esotici. Questo rende il design un po 'meno costoso.

Cella a combustibile acido fosforico (PAFC)

La cella a combustibile acido fosforico può essere utilizzata in piccoli sistemi fissi di generazione di energia. Funziona a una temperatura più elevata rispetto alle celle a combustibile a membrana scambiatrice di polimeri, quindi ha un tempo di riscaldamento più lungo. Questo lo rende inadatto per l'uso in auto.

Cella a combustibile a metanolo diretto (DMFC)

Le celle a combustibile a metanolo sono paragonabili a una PEMFC per quanto riguarda la temperatura di esercizio, ma non sono altrettanto efficienti. Inoltre, il DMFC richiede una quantità relativamente grande di platino per agire da catalizzatore, il che rende costose queste celle a combustibile.

Nella sezione seguente, daremo uno sguardo più da vicino al tipo di cella a combustibile che il DOE intende utilizzare per alimentare i veicoli futuri: il PEMFC.

L'invenzione della cella a combustibile

Sir William Grove ha inventato la prima cella a combustibile nel 1839. Grove sapeva che l'acqua poteva essere divisa in idrogeno e ossigeno inviando una corrente elettrica attraverso di essa (un processo chiamato elettrolisi). Ha ipotizzato che invertendo la procedura si potrebbero produrre elettricità e acqua. Ha creato una cella a combustibile primitiva e l'ha chiamata a batteria voltaica a gas. Dopo aver sperimentato la sua nuova invenzione, Grove ha dimostrato la sua ipotesi. Cinquant'anni dopo, gli scienziati Ludwig Mond e Charles Langer hanno coniato il termine cella a combustibile mentre si cerca di costruire un modello pratico per produrre elettricità.

Figura 1. Le parti di una cella a combustibile PEM-

Il cella a combustibile con membrana a scambio polimerico (PEMFC) è una delle tecnologie di celle a combustibile più promettenti. Questo tipo di cella a combustibile finirà probabilmente per alimentare auto, autobus e forse anche casa tua. La PEMFC utilizza una delle reazioni più semplici di qualsiasi cella a combustibile. Per prima cosa, diamo un'occhiata a cosa c'è in una cella a combustibile PEM:

Nel Figura 1 puoi vedere che ci sono quattro elementi di base di una PEMFC:

  • Il anodo, il post negativo della cella a combustibile, ha diversi lavori. Conduce gli elettroni che vengono liberati dalle molecole di idrogeno in modo che possano essere utilizzati in un circuito esterno. Ha canali incisi in esso che disperdono il gas idrogeno in modo uguale sulla superficie del catalizzatore.
  • Il catodo, il polo positivo della cella a combustibile, ha dei canali incisi al suo interno che distribuiscono l'ossigeno alla superficie del catalizzatore. Conduce anche gli elettroni dal circuito esterno al catalizzatore, dove possono ricombinarsi con gli ioni idrogeno e l'ossigeno per formare acqua.
  • Il elettrolita è il membrana a scambio protonico. Questo materiale trattato in modo speciale, che assomiglia a un normale involucro di plastica da cucina, conduce solo ioni caricati positivamente. La membrana blocca gli elettroni. Per un PEMFC, la membrana deve essere idratata per funzionare e rimanere stabile.
  • Il catalizzatore è un materiale speciale che facilita la reazione di ossigeno e idrogeno. Di solito è costituito da nanoparticelle di platino rivestite in uno strato molto sottile su carta carbone o tessuto. Il catalizzatore è ruvido e poroso in modo che la massima area superficiale del platino possa essere esposta all'idrogeno o all'ossigeno. Il lato rivestito di platino del catalizzatore è rivolto verso il PEM.

Questo contenuto non è compatibile con questo dispositivo.

Figura 2. Animazione di una cella a combustibile funzionante

-figura 2 mostra l'idrogeno gassoso pressurizzato (H.2) entrando nella cella a combustibile dal lato dell'anodo. Questo gas è forzato attraverso il catalizzatore dalla pressione. Quando un H2 la molecola entra in contatto con il platino sul catalizzatore, si divide in due H+ ioni e due elettroni (e-). Gli elettroni vengono condotti attraverso l'anodo, dove si fanno strada attraverso il circuito esterno (facendo un lavoro utile come far girare un motore) e ritornano sul lato catodico della cella a combustibile.

Nel frattempo, sul lato catodico della cella a combustibile, il gas ossigeno (O2) viene forzato attraverso il catalizzatore, dove forma due atomi di ossigeno. Ciascuno di questi atomi ha una forte carica negativa. Questa carica negativa attrae i due H+ ioni attraverso la membrana, dove si combinano con un atomo di ossigeno e due degli elettroni dal circuito esterno per formare una molecola d'acqua (H2O).

Questa reazione in una singola cella a combustibile produce solo circa 0,7 volt. Per portare questa tensione a un livello ragionevole, molte celle a combustibile separate devono essere combinate per formare a pila di celle a combustibile. Piastre bipolari servono per collegare una cella a combustibile all'altra e sono soggette ad entrambe ossidante e riducendo condizioni e potenziali. Un grosso problema con le piastre bipolari è la stabilità. Le piastre bipolari metalliche possono corrodersi ei sottoprodotti della corrosione (ioni di ferro e cromo) possono diminuire l'efficacia delle membrane e degli elettrodi delle celle a combustibile. Utilizzo di celle a combustibile a bassa temperatura metalli leggeri, grafite e compositi carbonio / termoindurenti (il termoindurente è un tipo di plastica che rimane rigida anche se sottoposta a temperature elevate) come materiale della piastra bipolare.

Nella prossima sezione vedremo quanto possono essere efficienti i veicoli a celle a combustibile.

Chimica di una cella a combustibile Copyright 2007 della concept car Honda FCX, per gentile concessione di AutoMotoPortal.com

La riduzione dell'inquinamento atmosferico è uno degli obiettivi primari della cella a combustibile. Confrontando un'auto alimentata a celle a combustibile con un'auto a benzina e un'auto a batteria, puoi vedere come le celle a combustibile potrebbero migliorare l'efficienza delle auto oggi.

Poiché tutti e tre i tipi di auto hanno molti degli stessi componenti (pneumatici, trasmissioni, eccetera), ignoreremo quella parte dell'auto e confronteremo le efficienze fino al punto in cui viene generata la potenza meccanica. Cominciamo con l'auto a celle a combustibile. (Tutte queste efficienze sono approssimazioni, ma dovrebbero essere abbastanza vicine per fare un confronto approssimativo.)

Se la cella a combustibile è alimentata con idrogeno puro, ha il potenziale per essere efficiente fino all'80%. Cioè, converte l'80 percento del contenuto energetico dell'idrogeno in energia elettrica. Tuttavia, dobbiamo ancora convertire l'energia elettrica in lavoro meccanico. Ciò viene eseguito dal motore elettrico e dall'inverter. Un numero ragionevole per l'efficienza del motore / inverter è di circa l'80 percento. Quindi abbiamo un'efficienza dell'80% nella generazione di elettricità e dell'80% nella conversione in energia meccanica. Ciò fornisce un'efficienza complessiva di circa 64 per cento. Secondo quanto riferito, il concept car Honda FCX ha un'efficienza energetica del 60%.

Se la fonte di carburante non è l'idrogeno puro, anche il veicolo avrà bisogno di un reformer. Un reformer trasforma idrocarburi o combustibili alcolici in idrogeno. Generano calore e producono altri gas oltre all'idrogeno. Usano vari dispositivi per cercare di ripulire l'idrogeno, ma anche così, l'idrogeno che ne esce non è puro e questo abbassa l'efficienza della cella a combustibile. Poiché i riformatori influiscono sull'efficienza delle celle a combustibile, i ricercatori del DOE hanno deciso di concentrarsi sui veicoli a celle a combustibile a idrogeno puro, nonostante le sfide associate alla produzione e allo stoccaggio dell'idrogeno.

Successivamente, impareremo a conoscere l'efficienza delle auto a benzina e a batteria.

Idrogeno

L'idrogeno è l'elemento più comune nell'universo. Tuttavia, l'idrogeno non esiste naturalmente sulla Terra nella sua forma elementare. Ingegneri e scienziati devono produrre idrogeno puro dai composti dell'idrogeno, compresi i combustibili fossili o l'acqua. Per estrarre l'idrogeno da questi composti, devi esercitare energia. L'energia richiesta può venire sotto forma di calore, elettricità o anche luce.

Foto © 2007, per gentile concessione di Airstream Ford Airstream Concept

L'efficienza di un'auto a benzina è sorprendentemente bassa. Tutto il calore che esce come scarico o entra nel radiatore è energia sprecata. Il motore utilizza anche molta energia per far girare le varie pompe, ventilatori e generatori che lo mantengono in funzione. Quindi l'efficienza complessiva di un motore a gas per automobili riguarda 20 percento. Cioè, solo circa il 20 percento del contenuto di energia termica della benzina viene convertito in lavoro meccanico.

Un'auto elettrica a batteria ha un'efficienza piuttosto elevata. La batteria è efficiente circa il 90 percento (la maggior parte delle batterie genera calore o richiede riscaldamento) e il motore elettrico / inverter è efficiente circa l'80 percento. Ciò fornisce un'efficienza complessiva di circa 72 per cento.

Ma non è tutta la storia. L'elettricità utilizzata per alimentare l'auto doveva essere generata da qualche parte. Se è stato generato in una centrale elettrica che utilizzava un processo di combustione (anziché nucleare, idroelettrico, solare o eolico), solo il 40% circa del combustibile richiesto dalla centrale veniva convertito in elettricità. Il processo di ricarica dell'auto richiede la conversione della corrente alternata (CA) in corrente continua (CC). Questo processo ha un'efficienza di circa il 90 percento.

Quindi, se guardiamo all'intero ciclo, l'efficienza di un'auto elettrica è del 72% per l'auto, del 40% per la centrale elettrica e del 90% per la ricarica dell'auto. Ciò fornisce un'efficienza complessiva di 26 per cento. L'efficienza complessiva varia notevolmente a seconda del tipo di centrale elettrica utilizzata. Se l'elettricità per l'auto è generata da un impianto idroelettrico, ad esempio, è fondamentalmente gratuita (non abbiamo bruciato alcun carburante per generarla) e l'efficienza dell'auto elettrica è di circa 65 per cento.

Gli scienziati stanno ricercando e perfezionando i progetti per continuare a migliorare l'efficienza delle celle a combustibile. Un approccio consiste nel combinare veicoli a celle a combustibile e a batteria. Ford Motors e Airstream stanno sviluppando un concept veicolo alimentato da una trasmissione ibrida a celle a combustibile denominata HySeries Drive. Ford afferma che il veicolo ha un risparmio di carburante paragonabile a 41 miglia per gallone. Il veicolo utilizza una batteria al litio per alimentare l'auto, mentre la cella a combustibile ricarica la batteria.

I veicoli a celle a combustibile sono potenzialmente efficienti quanto un'auto alimentata a batteria che si basa su una centrale elettrica che non brucia carburante. Ma raggiungere quel potenziale in modo pratico e conveniente potrebbe essere difficile. Nella prossima sezione, esamineremo alcune delle sfide per trasformare in realtà un sistema energetico a celle a combustibile.

Catalizzatori d'oro

La scienza su nanoscala può fornire agli sviluppatori di celle a combustibile alcune risposte molto ricercate. Ad esempio, l'oro è solitamente un metallo non reattivo. Tuttavia, se ridotte a dimensioni nanometriche, le particelle d'oro possono essere un catalizzatore efficace quanto il platino.

Le celle a combustibile potrebbero essere la risposta ai nostri problemi di alimentazione, ma prima gli scienziati dovranno risolvere alcuni problemi principali:

Costo

Il principale tra i problemi associati alle celle a combustibile è il loro costo. Molti dei componenti di una cella a combustibile sono costosi. Per i sistemi PEMFC, le membrane a scambio protonico, i catalizzatori di metalli preziosi (solitamente platino), gli strati di diffusione del gas e le piastre bipolari costituiscono il 70% del costo di un sistema [Fonte: esigenze di ricerca di base per un'economia dell'idrogeno]. Per avere un prezzo competitivo (rispetto ai veicoli a benzina), i sistemi di celle a combustibile devono costare $ 35 per kilowatt. Attualmente, il prezzo di produzione previsto per volumi elevati è di $ 73 per kilowatt [Fonte: Garland]. In particolare, i ricercatori devono ridurre la quantità di platino necessaria per agire da catalizzatore o trovare un'alternativa.

Durevolezza

I ricercatori devono sviluppare membrane PEMFC che siano durevoli e possano funzionare a temperature superiori a 100 gradi Celsius e continuare a funzionare a temperature ambiente inferiori allo zero. È necessario un obiettivo di temperatura di 100 gradi Celsius affinché una cella a combustibile abbia una tolleranza maggiore alle impurità nel carburante. Poiché si avvia e si ferma un'auto in modo relativamente frequente, è importante che la membrana rimanga stabile in condizioni di ciclismo. Attualmente le membrane tendono a degradarsi mentre le celle a combustibile si accendono e si spengono, in particolare quando le temperature di esercizio aumentano.

Idratazione

Poiché le membrane PEMFC devono essere idratate per trasferire protoni di idrogeno, i ricercatori devono trovare un modo per sviluppare sistemi di celle a combustibile che possano continuare a funzionare a temperature sotto lo zero, ambienti a bassa umidità e alte temperature di esercizio. A circa 80 gradi Celsius, l'idratazione viene persa senza un sistema di idratazione ad alta pressione.

Il SOFC ha un problema correlato con la durata. I sistemi a ossido solido hanno problemi con la corrosione dei materiali. Anche l'integrità del sigillo è una delle principali preoccupazioni. L'obiettivo di costo per SOFC è meno restrittivo rispetto ai sistemi PEMFC a $ 400 per kilowatt, ma non ci sono mezzi ovvi per raggiungere tale obiettivo a causa degli elevati costi dei materiali. La durata SOFC soffre dopo che la cella si riscalda ripetutamente fino alla temperatura di esercizio e poi si raffredda a temperatura ambiente.

Consegna

Il Piano tecnico per le celle a combustibile del Dipartimento dell'Energia afferma che le tecnologie dei compressori d'aria attualmente disponibili non sono adatte all'uso su veicoli, il che rende problematica la progettazione di un sistema di erogazione del combustibile a idrogeno.

Infrastruttura

Affinché i veicoli PEMFC diventino una valida alternativa per i consumatori, deve esserci un'infrastruttura di generazione e consegna dell'idrogeno. Questa infrastruttura potrebbe includere condutture, trasporto di camion, stazioni di rifornimento e impianti di generazione di idrogeno. Il DOE spera che lo sviluppo di un modello di veicolo commerciabile guiderà lo sviluppo di un'infrastruttura per supportarlo.

Archiviazione e altre considerazioni

Trecento miglia sono un driving range convenzionale (la distanza che puoi percorrere in un'auto con il serbatoio pieno di benzina). Per creare un risultato comparabile con un veicolo a celle a combustibile, i ricercatori devono superare le considerazioni sullo stoccaggio dell'idrogeno, il peso e il volume del veicolo, i costi e la sicurezza.

Sebbene i sistemi PEMFC siano diventati più leggeri e più piccoli con i miglioramenti, sono ancora troppo grandi e pesanti per essere utilizzati nei veicoli standard.

Ci sono anche problemi di sicurezza legati all'uso delle celle a combustibile. I legislatori dovranno creare nuovi processi da seguire per i primi soccorritori quando devono gestire un incidente che coinvolge un veicolo o un generatore a celle a combustibile. Gli ingegneri dovranno progettare sistemi di erogazione dell'idrogeno sicuri e affidabili.

I ricercatori devono affrontare sfide considerevoli. Nella prossima sezione esploreremo il motivo per cui gli Stati Uniti e altre nazioni stanno investendo nella ricerca per superare questi ostacoli.

Membrane a base aromatica

Un'alternativa alle attuali membrane di acido perfluorosolfonico sono le membrane a base aromatica. Aromatico in questo caso non si riferisce al gradevole profumo della membrana, ma in realtà si riferisce ad anelli aromatici come il benzene, la piridina o l'indolo. Queste membrane sono più stabili a temperature più elevate, ma richiedono comunque idratazione. Inoltre, le membrane a base aromatica si gonfiano quando perdono l'idratazione, il che può influire sull'efficienza della cella a combustibile.

Perché il governo degli Stati Uniti sta collaborando con università, organizzazioni pubbliche e aziende private per superare tutte le sfide legate alla trasformazione delle celle a combustibile in una pratica fonte di energia? Più di un miliardo di dollari è stato speso in ricerca e sviluppo sulle celle a combustibile. Un'infrastruttura per l'idrogeno costerà molto di più da costruire e mantenere (alcune stime superano i 500 miliardi di dollari). Perché il presidente pensa che le celle a combustibile valgono l'investimento?

I motivi principali hanno tutto a che fare con il petrolio. L'America deve importare il 55 per cento del suo petrolio. Entro il 2025 si prevede che questa cifra raggiungerà il 68%. Due terzi del petrolio che gli americani usano ogni giorno è per il trasporto. Anche se ogni veicolo in strada fosse un'auto ibrida, entro il 2025 avremmo ancora bisogno di usare la stessa quantità di petrolio che usiamo adesso [Fonte: Fuel Cells 2000]. In effetti, l'America consuma un quarto di tutto il petrolio prodotto nel mondo, anche se solo il 4,6% della popolazione mondiale vive qui [Fonte: National Security Consequences of U.S. Oil Dependency].

Gli esperti prevedono che i prezzi del petrolio continueranno a salire nei prossimi decenni man mano che si esauriranno le fonti a basso costo. Le compagnie petrolifere dovranno cercare in ambienti sempre più difficili i giacimenti di petrolio, che faranno aumentare i prezzi del petrolio.

Le preoccupazioni vanno ben oltre la sicurezza economica. Il Council on Foreign Relations ha pubblicato un rapporto nel 2006 intitolato "Conseguenze sulla sicurezza nazionale della dipendenza dal petrolio degli Stati Uniti". Una task force ha dettagliato numerose preoccupazioni su come la crescente dipendenza dell'America dal petrolio comprometta la sicurezza della nazione. Gran parte del rapporto si è concentrato sulle relazioni politiche tra le nazioni che richiedono petrolio e le nazioni che lo forniscono. Molte di queste nazioni ricche di petrolio si trovano in aree piene di instabilità politica o ostilità. Altre nazioni violano i diritti umani o addirittura sostengono politiche come il genocidio. È nel migliore interesse degli Stati Uniti e del mondo cercare alternative al petrolio per evitare di finanziare tali politiche.

L'utilizzo di petrolio e altri combustibili fossili per l'energia produce inquinamento. I problemi di inquinamento sono stati molto nelle notizie di recente - dal film "An Inconvenient Truth" all'annuncio che il cambiamento climatico e il riscaldamento globale avrebbero contribuito a futuri aggiustamenti dell'orologio del giorno del giudizio. È nel migliore interesse che tutti trovino un'alternativa alla combustione di combustibili fossili per produrre energia.

Le tecnologie delle celle a combustibile sono un'alternativa interessante alla dipendenza dal petrolio. Le celle a combustibile non emettono inquinamento e infatti producono acqua pura come sottoprodotto. Sebbene gli ingegneri si stiano concentrando sulla produzione di idrogeno da fonti come il gas naturale a breve termine, Hydrogen Initiative ha in programma di esaminare modi rinnovabili e rispettosi dell'ambiente per produrre idrogeno in futuro. Poiché è possibile produrre idrogeno dall'acqua, gli Stati Uniti potrebbero fare sempre più affidamento su fonti nazionali per la produzione di energia.

Anche altri paesi stanno esplorando le applicazioni delle celle a combustibile. La dipendenza dal petrolio e il riscaldamento globale sono problemi internazionali. Diversi paesi stanno collaborando per far avanzare gli sforzi di ricerca e sviluppo nelle tecnologie delle celle a combustibile. Una partnership è The International Partnership for the Hydrogen Economy.

Chiaramente scienziati e produttori hanno molto lavoro da fare prima che le celle a combustibile diventino un'alternativa pratica agli attuali metodi di produzione di energia. Tuttavia, con il supporto e la cooperazione a livello mondiale, l'obiettivo di avere un sistema energetico basato su celle a combustibile può essere una realtà in un paio di decenni.

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Una cella a combustibile che funziona con i rifiuti

Gli ingegneri ambientali della Pennsylvania State University hanno sviluppato una cella a combustibile che funziona con acque reflue. La cellula utilizza i microbi per abbattere la materia organica. La materia a sua volta rilascia idrogeno ed elettroni. La cella a combustibile può abbattere circa l'80% della materia organica nelle acque reflue e, come le PEMFC, l'output è calore e acqua pura. L'energia generata dalla cella a combustibile potrebbe aiutare ad alimentare il sistema di pompaggio di un impianto di trattamento dell'acqua.

Partnership internazionale per l'economia dell'idrogeno
  • Australia
  • Brasile
  • Canada
  • Cina
  • Commissione europea
  • Francia
  • Germania
  • India
  • Italia
  • Giappone
  • Corea
  • Nuova Zelanda
  • Norvegia
  • Federazione Russa
  • Islanda
  • Regno Unito
  • stati Uniti

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Altri ottimi link

  • Ufficio di Scienze Energetiche di Base
  • Celle a combustibile 2000
  • Programma Idrogeno del Dipartimento dell'Energia
  • Efficienza energetica ed energie rinnovabili
  • Nozioni di base sulle celle a combustibile di Smithsonian

fonti

  • "Esigenze di ricerca di base per l'economia dell'idrogeno". Office of Science, Department of Energy. Http://www.sc.doe.gov/bes/hydrogen.pdf
  • Deutch, John, et al. "Conseguenze sulla sicurezza nazionale della dipendenza dal petrolio degli Stati Uniti". Rapporto della task force indipendente n. 58, http://www.cfr.org/content/publications/attachments/EnergyTFR.pdf
  • Garland, Nancy. "Panoramica del sottoprogramma delle celle a combustibile". Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. 19 dicembre 2008. (19 marzo 2009) http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress08/v_0_fuel_cells_overview.pdf 
  • Goho, Alexandra. "La micropotenza si surriscalda: la cella a combustibile a propano è molto potente". McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology.
  • Goho, Alexandra. "Trattamento speciale: la cella a combustibile trae energia dai rifiuti". McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology.
  • "Piano di postura dell'idrogeno". Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells /pdfs/hydrogen_posture_plan.pdf
  • Rose, Robert. "Domande e risposte su idrogeno e celle a combustibile". Breakthrough Technologies Institute.http: //www.fuelcells.org
  • Testimonianza di David Garman, Sottosegretario all'Energia. Commissione per l'energia e le risorse nazionali, Senato degli Stati Uniti. http://www1.eere.energy.gov/office_eere/ congressional_test_071706_senate.html
  • Programma per l'idrogeno del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti http://www.hydrogen.energy.gov



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