Hva er energieffektivitetsforholdet for brenselceller med hydrogen?

I stedet for å brenne brensel som konvensjonelle motorer, fungerer brenselceller med hydrogene gjennom en elektrokjemisk prosess. For å produsere elektrisitet ioniseres hydrogenatomer på den ene siden av en elektrolyttmembran. Mens protoner glir gjennom, må elektronene ta den lange veien gjennom en ekstern krets, og skape en elektrisk strøm når de beveger seg. Når elektronene når den andre siden og kobles sammen med protonene, kombineres hydrogenet med oksygen i luften, noe som resulterer i litt varme og vann som biprodukter.

På grunnleggende nivå er prosessen ganske effektiv. Avhengig av typen hydrogenbrenselcelle, har effektivitetsforholdet en gjennomsnittlig gjennomsnitt på rundt 60 prosent av den totale energimengden som frigjøres ved prosessen ovenfor. Imidlertid kan storskala hydrogenbrenselceller med smeltet karbonat eller fast oksyd for deres elektrolyttmembran bruke både varmen og elektrisiteten som er produsert for ekstra effektivitet og bli så høy som 85 prosent. I mellomtiden kommer bærbare brenselceller som polymerelektrolyttmembraner (PEM) brukt i brenselcellebiler hvor som helst fra 50 til 60 prosent effektivitet, ifølge U.S. Department of Energy.

OK, men hvordan kan det sammenlignes med en vanlig bil? Utrolig bra. Så kult som det er å kjøre bilene våre på det som i utgangspunktet utgjør kontrollerte eksplosjoner og flytende dinosaurer, er forbrenningsmotorer alt annet enn effektive. Ikke teller tid brukt på tomgang, energitap langs drivlinjen, luftdrift og friksjon, de fleste bensinmotorer mister rundt 62 prosent av drivstoffenergien bare for bortkastet varme.

Men det er alltid en fangst når du fikler med termodynamikk og energieffektivitet. I hydrogens tilfelle er det et produksjonsproblem. Hydrogen er kanskje det mest rikholdige elementet i universet, men med mindre du har lyst til å slippe ved solens overflate (ta med deg en kald drink og tykke såler!), Kommer du ikke til å finne elementet noe sted gratis. Hydrogen her på jorden er alltid bundet til noe, noe som betyr at det må tas ut, en prosess som er dyr, tidkrevende og tar enorm energi.

For tiden produseres det meste av hydrogenet vårt ved hjelp av elektrolyse eller ved å strippe det fra naturgass i en prosess som kalles dampreformering. (Naturgass er også et fossilt brensel.) Mens dampreformering er den vanligste metoden for industriell hydrogenproduksjon, krever den en god del varme og er vilt ineffektiv. Hydrogen produsert ved dampreformering har faktisk mindre energi enn naturgassen som dampreformering begynner med. I motsetning til hydrogenbrenselceller produserer prosessen forurensning - så det er faktisk mer energieffektivt bare å bruke hydrokarboner i seg selv som drivstoff.

Imidlertid er det håp. Selv om vi fremdeles ikke har funnet en levedyktig måte å få på billig, blir ting bedre. Materialkostnadene synker, og det er flere potensielt enklere måter å samle det på, som å utnytte hydrogenproduserende alger og bruke metan fra deponier. En hydrogendrevet fremtid kan være i sikte, eller det er i det minste en flekk i horisonten.

relaterte artikler

• Bygg en brennstoffcelle på kjøkkenet ditt
• Hvordan hydrogenbiler fungerer
• Er brensel farlig?

kilder

• Suplee, Curt. "Ikke sats på en hydrogenbil når som helst snart." Washington Post. 17. november 2009. (28. juli 2010). http://www.washingtonpost.com/wpdyn/content/article/2009/11/16/AR2009111602668.html
• Det amerikanske energidepartementet. "Avanserte teknologier og energieffektivitet." Fuel Economy Guide. 2010. (22. juli 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml
• Det amerikanske energidepartementet. "Utfordringer". Fuel Economy Guide. 2010. (22. juli 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/fcv_challenges.shtml
• Det amerikanske energidepartementet. "Kjøretøyer for drivstoff." Fuel Economy Guide. 2010. (22. juli 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/fuelcell.shtml
• US Department of Energy Hydrogen Program. "Hydrogen drivstoffceller." Faktaark om drivstoffcelle. Oktober 2006. (22. juli 2010). www.hydrogen.energy.gov/pdfs/doe_fuelcell_factsheet.pdf