Pirámides de eficiencia energética

Alice Friedemann. 2008. "" Escéptico 14: 48-51. Los escépticos se burlan de movimiento perpetuo, energía libre, y la fusión fría, pero ¿qué pasa con la energía a partir de hidrógeno? Antes de invertir miles de millones de dólares en la economía del hidrógeno, debemos examinar la ciencia y la pseudociencia detrás de la publicidad de hidrógeno. Vamos a comenzar por tomar un coche de hidrógeno a dar una vuelta. A pesar de que el motor de combustión interna (ICE) en su coche puede quemar hidrógeno, la esperanza es que las pilas de combustible de un día, que se basan en procesos electroquímicos en lugar de la combustión (que convierte el calor en trabajo mecánico), se hará más eficiente y menos contaminante que el ICE . Las pilas de combustible se inventaron antes de los motores de combustión en 1839 por William Grove. Sin embargo, el ICE ganó la carrera mediante el uso abundante y barata la gasolina, que es fácil de transportar y verter, y muy alta en contenido de energía. Producción diferencia de la gasolina, el hidrógeno no es una fuente de energía - es un portador de energía, como una batería. Tienes que hacer que el hidrógeno y poner energía en ella, ambos de los cualestomar la energía. El hidrógeno se ha utilizado comercialmente durante décadas, por lo que ya sabemos cómo hacer esto. Hay dos formas principales para hacer hidrógeno: el uso de gas natural como la fuente y la energía para dividir hidrógeno del carbono en el gas natural (CH4), o el uso de agua como fuente de energía renovable y para dividir el hidrógeno del oxígeno en el agua (H2O). 1) Realización de hidrógeno a partir de combustibles fósiles. Actualmente, el 96 por ciento de hidrógeno se hace a partir de combustibles fósiles, principalmente para la refinación de petróleo y aceite parcialmente hidrogenado. En los Estados Unidos, el 90 por ciento se hace a partir de gas natural, con una eficiencia del 72 por ciento, lo que significa que pierde el 28 por ciento de la energía contenida en el gas natural para que sea (y que no cuenta la energía que tomó para extraer y suministrar el gas natural a la planta de hidrógeno). Uno de los principales argumentos presentados por el cambio a una "economía del hidrógeno" es para evitar el calentamiento global que se ha atribuido a la quema de combustibles fósiles. Cuando el hidrógeno se hace a partir de gas natural, sin embargo,óxidos de nitrógeno son liberados, que son 58 veces más eficaz para atrapar el calor que el dióxido de carbono. El carbón libera grandes cantidades de CO2 y mercurio. El petróleo es demasiado potente y útil que perder en hidrógeno - es sol concentrada elaborada durante cientos de millones de años. Un galón de gasolina representa aproximadamente 196,000 libras de plantas fósiles, la cantidad en 40 acres de trigo. El gas natural como fuente de hidrógeno es demasiado valioso. Se utiliza para crear fertilizantes (tanto como fuente de materia prima y energía). Esto ha llevado a un aumento muchas veces en la producción de cultivos, permitiendo que miles de millones más a la gente a ser alimentados que de otro modo no sería. Asimismo, no tenemos suficiente gas natural izquierda para hacer una economía del hidrógeno suceda de esta fuente. La extracción de gas natural está disminuyendo en América del Norte. Se tomará por lo menos una década para siquiera comenzar a reemplazar el gas natural con gas natural licuado importado (GNL). Haciendo LNG es tan intensivo de energía que sería económica y ambientalmente loco para usarlo como fuente dehidrógeno. 2) Realización de hidrógeno del agua. Sólo cuatro por ciento de hidrógeno está hecho de agua a través de la electrólisis. Se realiza cuando el hidrógeno debe ser extremadamente pura. Dado que la mayoría de la electricidad proviene de combustibles fósiles en las plantas que son el 30 por ciento de eficiencia, y la electrólisis es del 70 por ciento de eficiencia, que terminan usando cuatro unidades de energía para crear una unidad de energía de hidrógeno: 70% de eficiencia * 30% = 21%. La producción de hidrógeno mediante el uso de combustibles fósiles como materia prima o de una fuente de energía en contra del propósito, ya que el punto es para alejarse de los combustibles fósiles. El objetivo es utilizar la energía renovable para producir hidrógeno a partir de agua mediante electrólisis. Cuando sopla el viento, las turbinas eólicas actuales pueden llevar a cabo con una eficiencia del 30-40 por ciento, la producción de hidrógeno a una tasa general de eficiencia del 25 por ciento - 3 unidades de energía eólica para obtener 1 unidad de energía de hidrógeno. Los mejores células solares disponibles a gran escala tienen una eficiencia del diez por ciento, o 9 unidades de energía para obtener 1 unidad de hidrógeno de la energía. Si utiliza algashaciendo de hidrógeno como un subproducto, la eficiencia es de aproximadamente 0,1 por ciento. No importa cómo se mire, la producción de hidrógeno a partir de agua es un sumidero de energía. Si desea una demostración más dramática, me envía por favor diez dólares y te voy a enviar de vuelta un dólar. El hidrógeno puede hacerse a partir de biomasa, pero hay numerosos problemas: es muy estacional; que contiene una gran cantidad de humedad, lo que requiere energía para almacenar y secar antes de la gasificación; hay suministros limitados; las cantidades no son grandes o lo suficientemente consistentes para la producción de hidrógeno a gran escala; Se requiere una gran cantidad de tierra ya que la biomasa cultivada aún en buen suelo tiene un bajo rendimiento - 10 toneladas por 2.4 acres; el suelo se degradará de la erosión y pérdida de fertilidad si despojado de biomasa; ninguna energía puesta en la tierra para cultivar la biomasa, como los fertilizantes y la siembra y la cosecha, se sumará a los costos de la energía; hay que añadir los gastos de envío a la planta de poder central; y no es adecuado para la producción de hidrógeno puro. PoniendoEnergía en hidrógeno No importa cómo se ha hecho, el hidrógeno no tiene energía en ella. Es la densa energía de combustible bajo en la tierra. A temperatura ambiente y presión, el hidrógeno ocupa tres mil veces más espacio que la gasolina que contiene una cantidad equivalente de energía. Para poner la energía en hidrógeno, que debe ser comprimido o licuado. Para comprimir el hidrógeno al 10,000 psi necesario es un proceso de varias etapas que cuesta un 15 por ciento adicional de la energía contenida en el hidrógeno. Si licuarlo, usted será capaz de obtener más energía de hidrógeno en un recipiente más pequeño, pero perderá el 30-40 por ciento de la energía en el proceso. Manipulación que requiere precauciones extremas, ya que es tan frío - menos 423 F. El aprovisionar de combustible normalmente se realiza mecánicamente con un brazo de robot. Almacenamiento Para el almacenamiento y transporte de hidrógeno líquido, se necesita un sistema de apoyo criogénico pesada. El tanque es suficientemente frío como para causar que las válvulas conectados y otros problemas. Si se agrega el aislamiento para evitar esto, va a aumentarel peso de un tanque de almacenamiento ya muy pesado, añadiendo gastos adicionales para el sistema. Vamos a suponer que un coche de hidrógeno puede ir 55 millas por kg. Un tanque que puede contener de 3 kg de gas comprimido va a ir a 165 millas y con un peso de 400 kg (882 lbs). Compare esto con el depósito de combustible Honda Accord que pesa 11 kg (25 libras), cuesta $ 100, y tiene 17 galones de gasolina. El peso total es de 73 kg (161 lbs, u 8 libras por galón). El campo de prácticas es de 493 millas a 29 millas por galón. Aquí es cómo se acumula un depósito de hidrógeno en contra de un tanque de gas en un Honda Accord: cantidad de peso del tanque de combustible con la conducción del combustible del tanque rango de costos de hidrógeno de 55 kg a 3000 psi 400 kg 165 millas $ 2000 Gasolina 17 galones 73 kg 493 millas $ 100 según la Administración nacional de Seguridad del tráfico en carretera (NHTSA), "la reducción de peso del vehículo es probablemente la técnica más poderosa para mejorar la economía de combustible. Cada reducción del 10 por ciento en peso mejora la economía de combustible de un nuevo diseño de vehículos en aproximadamente un ocho por ciento. "Cuanto más comprimido de hidrógeno, lamás pequeño es el depósito puede ser. Pero a medida que aumenta la presión, también hay que aumentar el espesor de la pared de acero, y por lo tanto el peso del tanque. Costo aumenta con la presión. En 2000 psi, que es de $ 400 por kg. En 8000 psi, que es de $ 2100 por kg. Y el tanque será enorme - a 5000 psi, el tanque podría tardar hasta diez veces el volumen de un tanque de gasolina que contiene el mismo contenido de energía. Las pilas de combustible son pesados. Según Rosa joven, un presidente físico y vice del desarrollo de materiales avanzados en Energy Conversion Devices en Troy, Michigan: "Un sistema de almacenamiento de hidruro metálico que puede contener 5 kg de hidrógeno, incluida la aleación, de contenedores, e intercambiadores de calor, pesaría aproximadamente 300 kg (661 libras), lo que reduciría la eficiencia de combustible del vehículo. "Pilas de combustible también son caros. En el año 2003, que cuestan $ 1 millón o más. En esta etapa, que tienen una baja fiabilidad, necesitan un catalizador mucho menos caro que el platino, pueden obstruir y perder poder si hay impurezas en el hidrógeno, no lo hacenduran más de 1000 horas, aún tienen que alcanzar una autonomía de más de 100 millas, y no pueden competir con los híbridos eléctricos como el Toyota Prius, que ya es más eficiente de la energía y baja en la generación de CO2 que las pilas de combustible proyectados. El hidrógeno es el Houdini de elementos. Tan pronto como usted ha llegado en un contenedor, que quiere salir, y ya que es el más ligero de todos los gases, se necesita mucho esfuerzo para evitar que se escapen. Los dispositivos de almacenamiento necesitan una compleja serie de sellos, juntas y válvulas. tanques de hidrógeno líquido para vehículos hierven en el 3-4 por ciento por día. El hidrógeno también tiende a hacer metal quebradizo. fragilizado de metal pueden crear fugas. En una tubería, puede causar grietas o fisuras, lo que puede provocar un fallo potencialmente catastrófico. Haciendo de metal lo suficientemente fuerte para soportar hidrógeno añade peso y costo. Las fugas también se vuelven más propensos que la presión crece más alto. Se puede escaparse de las conexiones de la ONU-soldada, líneas de combustible, y los sellos no metálicos tales como juntas, juntas tóricas, roscas de tuberíascompuestos, y envases. Un motor de pila de combustible de alta resistencia puede tener miles de focas. El hidrógeno tiene el punto de ignición más baja de cualquier combustible, 20 veces menos que la gasolina. Así que si hay una fuga, puede ser encendido por cualquier número de fuentes. Y un odorante no puede ser añadida a causa de pequeño tamaño molecular de hidrógeno (SBC). Peor aún, las fugas son invisibles - a veces la única manera de saber que hay una filtración es pobre rendimiento. Una barrera para la distribución de hidrógeno es tuberías. En este momento hay 700 millas de tuberías de hidrógeno en operación, es decir, en comparación con 1 millón de millas de tuberías de gas natural. Para ir a una utilización a nivel nacional de hidrógeno, tuberías seguras y eficaces tienen que ser desarrollados. Las pruebas tienen que ser desarrollados para la prueba de la degradación que es probable que ocurra a los metales que pueden ser causados ​​por hidrógeno debilitamiento de la tubería. Trabajando muy de cerca con los pesos del Estado y organizaciones medidas, el NIST ha mantenido durante mucho tiempo el estándar para asegurar que los consumidores reciban efectivamente un galón de gasolinacada vez que pagan por uno. Ahora, los investigadores del NIST están incorporando las propiedades del hidrógeno en las normas que apoyen el desarrollo del hidrógeno como combustible en los vehículos. Uno de los retos en el uso del hidrógeno como combustible para vehículos es la cuestión aparentemente trivial de medición del consumo de combustible. Consumidores y la industria están acostumbrados a una alta precisión en la compra de gasolina. Reabastecimiento de combustible con hidrógeno es un problema, ya que actualmente no existen mecanismos para asegurar la precisión en la bomba. El hidrógeno se dispensa a una presión muy alta, en diversos grados de temperatura y con mezclas de otros gases (S.HRG. 110-1199) camiones de transporte de bote ($ 250.000) cada uno puede llevar suficiente combustible para 60 coches. Estos camiones pesan 40.000 kg, pero entregan sólo 400 kg de hidrógeno. Para una distancia de suministro de 150 millas, la energía de entrega utilizado es casi 20 por ciento de la energía utilizable en el hidrógeno entregado. A 300 millas, es decir el 40 por ciento. La misma gasolina camión tamaño realización ofrece 10.000 galonesde combustible, suficiente para llenar unos 800 coches. Otra alternativa es tuberías. El coste medio de una tubería de gas natural es de un millón de dólares por milla, y tenemos 200.000 millas de tuberías de gas natural, que no podemos reutilizar porque están compuestos de metal que se vuelven frágiles y de fugas, así como la diámetro inadmisible para maximizar el rendimiento de hidrógeno. Si nos vamos a construir una infraestructura similar a suministrar hidrógeno costaría $ 200 mil millones. El costo de operación principal de tuberías de hidrógeno es la potencia del compresor y el mantenimiento. Compresores en la tubería de gas mantengan el movimiento, utilizando la energía del hidrógeno para empujar el gas hacia adelante. Después de 620 millas, 8 por ciento de la de hidrógeno se ha utilizado para moverlo a través de la tubería. Conclusión En algún punto de la cadena de fabricación, poniendo la energía en, almacenar y entregar el hidrógeno, que se han utilizado más energía que podemos volver, y esto no cuenta la energía utilizada para hacer que las células de combustible, tanques de almacenamiento, sistemas de entrega y vehículos. Cuando