Qual è il rapporto di efficienza energetica per le celle a combustibile a idrogeno?

Invece di bruciare carburante come i motori convenzionali, le celle a combustibile a idrogeno funzionano attraverso un processo elettrochimico. Per produrre elettricità, gli atomi di idrogeno vengono ionizzati su un lato di una membrana elettrolitica. Mentre i protoni scivolano attraverso, gli elettroni devono fare il giro lungo attraverso un circuito esterno , creando una corrente elettrica mentre si muovono. Una volta che gli elettroni raggiungono l'altro lato e si accoppiano con i protoni, l'idrogeno si combina con l'ossigeno nell'aria, producendo un po' di calore e acqua come sottoprodotti.

A livello di base, il processo è abbastanza efficiente. A seconda del tipo di cella a combustibile a idrogeno , il rapporto di efficienza tende a raggiungere una media di circa il 60 percento della quantità totale di energia rilasciata dal processo di cui sopra. Tuttavia, le celle a combustibile a idrogeno su larga scala con carbonato fuso o ossido solido per la loro membrana elettrolitica possono utilizzare sia il calore che l' elettricità prodotti per una maggiore efficienza, arrivando fino all'85%. Nel frattempo, le celle a combustibile portatili come le membrane elettrolitiche polimeriche (PEM) utilizzate nelle auto a celle a combustibile ottengono un'efficienza compresa tra il 50% e il 60%, secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti .

OK, ma come si confronta con un'auto normale? Incredibilmente bene. Per quanto sia bello far funzionare le nostre auto su ciò che fondamentalmente equivale a esplosioni controllate e dinosauri liquidi, i motori a combustione interna sono tutt'altro che efficienti. Senza contare il tempo trascorso al minimo, la perdita di energia lungo la trasmissione, la resistenza dell'aria e l'attrito, la maggior parte dei motori a benzina perde circa il 62% dell'energia del carburante solo a causa del calore sprecato.

Ma c'è sempre un problema quando si gioca con la termodinamica e l'efficienza energetica. Nel caso dell'idrogeno, è un problema di produzione. L'idrogeno può essere l'elemento più abbondante nell'universo, ma a meno che tu non abbia voglia di cadere dalla superficie del sole (porta una bibita fresca e scarpe con la suola spessa!), non troverai l'elemento da nessuna parte gratuitamente. L'idrogeno qui sulla Terra è sempre legato a qualcosa, il che significa che deve essere estratto, un processo che è costoso, richiede tempo e richiede un'enorme quantità di energia.

Attualmente, la maggior parte del nostro idrogeno viene prodotta attraverso l'elettrolisi o mediante stripping dal gas naturale in un processo chiamato steam reforming . (Anche il gas naturale è un combustibile fossile.) Sebbene il reforming a vapore sia il metodo più comune per la produzione industriale di idrogeno, richiede una buona quantità di calore ed è estremamente inefficiente. L'idrogeno prodotto dal steam reforming ha in realtà meno energia del gas naturale con cui inizia il steam reforming. Inoltre, a differenza delle celle a combustibile a idrogeno, il processo produce inquinamento, quindi in realtà è più efficiente dal punto di vista energetico solo utilizzare gli idrocarburi stessi come carburante.

Tuttavia, c'è speranza. Anche se non abbiamo ancora trovato un modo praticabile per ottenere idrogeno a buon mercato, le cose stanno migliorando. Il costo dei materiali sta diminuendo e ci sono molti modi potenzialmente più semplici per raccoglierli, come sfruttare le alghe che producono idrogeno e utilizzare il metano dalle discariche. Un futuro alimentato a idrogeno potrebbe essere in vista, o almeno è un puntino all'orizzonte.

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