Hidrogenul+ca+sursa+de+energie


 * Hidrogenul ca sursa de energie **
 * Despre hidrogen**

Hidrogenul este cel mai simplu si mai usor element chimic, fiind un gaz usor inflamabil, fara culoare si miros. Denumirea de hidrogen provine din greaca, insemnand „a face apa”. Este principala componenta a Soarelui, intr-un procent de 73%. Capacitatea sa chimica de gaz reducator si faptul ca este puternic reactiv il indica pentru numeroase aplicatii.
 * Hidrogenul si celula de combustie**

Celula de combustie, numita si pila de combustie, este un sistem ce converteste energia chimica in energie electrica. Sursa de energie (combustibilul) este situat la anod iar oxidantul se afla la catod, cele doua reactionand in prezenta unui electrolit. Reactantii „curg” in celula, produsii de reactie „curg” din celula, in timp ce electrolitul ramane in celula. Practic celula de combustie poate functiona continuu atata timp cat curgerea necesara este mentinuta. Sunt posibile multiple combinatii de combustibil si oxidant. O celula de combustie pe baza de hidrogen va folosi hidrogenul ca si combustibil, si oxigenul (de obicei din aer) ca si oxidant. Alte sisteme folosesc hidrocarboni si alcooli drept combustibili, respectiv

Avantajele acestui tip de dispozitiv sunt numeroase. Pot fi folosite de catre orice aparat care foloseste curent electric (baterii) iar caldura aparuta ca urmare a generarii curentului electric le recomanda si ca potentiale surse de caldura. Un alt mare avantaj il reprezinta faptul ca nu polueaza, dar si eficienta de 3 ori mai mare fata de combustibilii traditionali.

O celula de combustie functioneaza prin cataliza, separand electronii si protonii din combustibil (de exemplu hidrogen) si fortand electronii sa circule printr-un circuit, rezultand curent electric. Catalizatorul este realizat de obicei din platina sau din aliaje. Un alt proces catalitic combina la loc electronii, cu protonii si cu oxidantul pentru a forma produse secundare (de obicei compusi simplii ca apa sau dioxidul de carbon). O celula obisnuita produce de la 0.6 pana la 0.7 volti, la o incarcare completa. Pentru a obtine cantitatea dorita de energie, celule se pot lega in serie sau paralel, sau se poate mari suprafeta celulei de combustie.


 * Tipuri de celule de combustie**

In functie de combustibil si oxidant exista mai multe variante de celule de combustie:


 * [[image:400px-PEM_fuelcell_svg.png align="left" caption="Schema celulei de tip PEM"]]Celula de combustie cu membrana schimbatoare de protoni (PEMFC – //Proton Exchange Membrane Fuel Cell//)**

A fost folosita pentru prima oara in proectul Gemini al NASA in anii 60’. Utilizeaza drept combustibil hidrogenul, oxigenul ca oxidant iar electrolitul este o membrana din polimer solid. Aceasta are propietatea ca, atunci cand este saturata cu apa permite trecerea protonilor (de aici si denumirea PEMFC – Proton Exchange Membrane Fuel Cell), dar nu si a electronilor. Reactiile chimice ce au loc sunt: Reacţia la anod : 2H2 → 4H+ + 4e- Reacţia la catod : O2 + 4H+ + 4e- → 2 H2O Reacţia globală : 2H2 + O2 → 2 H2O


 * Celula de combustie cu schimbare de ioni de oxigen (// Oxygen ion exchange fuel cells/ Solid oxide fuel cells// - SOFCs) [[image:180px-Solid_oxide_fuel_cell_svg.png align="right" caption="Schema Celulei"]] **

Intr-o celula de combustie cu schimbare de ioni de oxigen anodul si catodul sunt separati printr-un mediu electrolit (de obicei zircon) ce conduce ioni de oxigen, dar nu permite trecerea electronilor. La catod oxigenul reactioneaza catalizat cu electroni pentru a forma ioni de oxigen,ce trec prin electrolit spre anod. Aici ionii de oxigen reactioneaza cu hidrogenul pentru a forma apa si electroni liberi.O incarcatura legata prin exterior de anod si catod completeaza circuitul electric. Acest tip de celule de combustie este cel mai eficient, dar si cel mai felxibil in ceea ce priveste combustibilul. Astfel se face ca poate utiliza o larga varietate de combustibili obisnuiti precum gazul natural, biogaz, etanol, metanol, hidrogen, monoxid de carbon, si gaze de sinteza ale carbunelui sau gazului natural, fara a necesita un proces de purificatie necesar celulelor de combustie cu temperatura scazuta. Alte tipuri de celule de combustie mai putin utilizate: AFC - Alkaline fuel cell BE - Blue Energy (Energie Osmotica) DBFC - Direct borohydride fuel cell DCFC - Direct carbon fuel cell DEFC - Direct-ethanol fuel cell DMFC - Direct methanol fuel cell EGFC - Electro-galvanic fuel cell FAFC - Formic acid fuel cell FB - Flow battery MCFC - Molten carbonate fuel cell MFC - Microbial fuel cell MHFC - Metal hidryde fuel cell PAFC - Phosphoric acid fuel cell PCFC - Protonic cermamic fuel cell PEC - Photoelectrochemical cell RFC - Regenerative fuel cell RMFC - Reformed methanol fuel cell SOEC - Solid oxyde electrolyser cell URFC - Unitized regenerative fuel cell ZAB - Zinc-air battery


 * [[image:180px-Hydrogen_vehicle.jpg align="left" caption="Statie de realimentare cu hidrogen"]]Problemele hidrogenului**

Principala problema ridicata de folosirea hidorgenului in cantitati mari si la o scara larga este depozitarea. Pentru a putea fii depozitat, hidrogenul trebuie preseurizat la aprox. 680 de atm, sau lichefiat la aprox. -250 de grade Celsius. O alta modalitate de stocare este cea de precursor chimic, mult mai greu aplicabila. O alta problema a hidrogenului este reprezentata de reteaua de distributie, aproape inexistenta in Europa.


 * Hidrogenul si energia astazi**

Cu ajutorul celulei de combustie de tip PEM, hidrogenul este privit astazi ca una dintre cele mai viabile solutii anti-poluare pentru transportul de marfuri si persoane. Astfel intalnim in prezent diferite modele de autovehicule ce sunt propulsate de acest tip de celula de combustie.

Studiu experimental al eficientei celulei de combustie

Pentru acest studiu s-a folosit modelul demonstrative de masina ce functioneaza cu o celula de combustie PEM, numita HyRunner. Principala propietate a modelului il reprezinta reversibilitatea, putand fii folosita atat ca electrizor, cat si ca celula de combustie. Determinari experimentale : Caracteristica curent tensiune pentru electrizor Randamentul electrizorului
 * ** U(V) ** || 0.1 || 0.2 || 0.3 || 0.4 || 0.5 || 0.6 || 0.7 || 0.8 || 0.9 || 1 || 1.1 || 1.2 || 1.3 || 1.4 || 1.5 || 1.6 || 1.7 || 1.8 ||
 * ** I(mA) ** || 0.5 || 0.6 || 0.6 || 0.5 || 0.5 || 0.5 || 1 || 1.5 || 2.2 || 3 || 5 || 6 || 6 || 50 || 100 || 210 || 350 || 550 ||

Caracteristica curent – tensiune pentru celula de combustie Randamentul celulei de combustie
 * ** t (s) ** || ** V(cm3) ** || ** U(V) ** || ** I(A) ** || ** P(w) ** ||
 * 35 || 0 || 1,6 || 0,35 || 0,56 ||
 * 55 || 1 || 1,6 || 0,38 || 0,61 ||
 * 89 || 2 || 1,65 || 0,55 || 0,91 ||
 * 103 || 3 || 1,65 || 0,6 || 0,99 ||
 * 116 || 4 || 1,7 || 0,58 || 0,99 ||
 * 130 || 5 || 1,65 || 0,6 || 0,99 ||
 * 143 || 6 || 1,6 || 0,58 || 0,93 ||
 * 156 || 7 || 1,65 || 0,58 || 0,96 ||
 * 169 || 8 || 1,65 || 0,58 || 0,96 ||
 * 181 || 9 || 1,65 || 0,58 || 0,96 ||
 * 194 || 10 || 1,65 || 0,58 || 0,96 ||
 * ** R (Ω) ** || ** U(V) ** || ** I(mA) ** || ** P(mw) ** ||
 * 1000 || 1,3 || 2 || 2,6 ||
 * 470 || 1,2 || 4 || 4,8 ||
 * 100 || 1 || 20 || 20 ||
 * 7,5 || 0,7 || 100 || 70 ||
 * 2 || 0,6 || 300 || 180 ||
 * 0,2 || 0,3 || 950 || 285 ||
 * || || || ** R=2 Ω ** || ||
 * ** V(cm3) ** || ** t(s) ** || ** U(V) ** || ** I(A) ** || ** P(W) ** ||
 * 6 || 0 || 0,7 || 0,28 || 0,196 ||
 * 5 || 29 || 0,7 || 0,28 || 0,196 ||
 * 4 || 57 || 0,7 || 0,28 || 0,196 ||
 * 3 || 87 || 0,6 || 0,28 || 0,168 ||
 * 2 || 117 || 0,6 || 0,25 || 0,15 ||
 * 1 || 147 || 0,6 || 0,24 || 0,144 ||
 * 0 || 182 || 0,5 || 0,22 || 0,11 ||
 * || || || Puterea medie || ** 0,165714 ** ||

Bibliografie: [] [] Celula de combustie una din solutiile pentru transportul auto in viitor - Crica Livia, Ganea Andreea, Pandelea Sabin; Prof. Coordonatori - Serbu Florin, Bulgaru Laurentiu []