La energía del hidrógeno es la energía liberada por el hidrógeno durante los cambios físicos y químicos. La energía del hidrógeno es la energía química del hidrógeno. El hidrógeno aparece principalmente en forma de compuestos químicos en la tierra. Es la sustancia más distribuida en el universo. Constituye el 75% de la masa del universo y es una fuente de energía secundaria. Hay muchas formas de producir hidrógeno en la industria. Las más comunes incluyen la producción de hidrógeno mediante electrólisis de agua, la producción de hidrógeno mediante gasificación de carbón y la conversión catalítica de vapor de petróleo pesado y gas natural para producir hidrógeno. Sin embargo, la energía consumida por estas reacciones es mayor. la energía producida. Introducción básica Nombre chino: Energía de hidrógeno Nombre extranjero: Energía de hidrógeno Estado elemental: Estado elemental de existencia del hidrógeno: gaseoso, líquido Formas principales de existencia: estado combinado Aplicación de la energía del hidrógeno: generación de energía, vehículos eléctricos, pilas de combustible, etc. Características: combustible secundario , seguridad y protección del medio ambiente, energía de hidrógeno limpio de alta energía, introducción de la energía del hidrógeno, características, perspectivas, desarrollo, desarrollo y utilización de la industria, aspectos de utilización, dependencia de la energía del hidrógeno, vehículos propulsados por hidrógeno, generación de energía de energía del hidrógeno, pilas de combustible, fundido combustible, baterías sólidas, hidrógeno doméstico, energía del hidrógeno Características, seguridad y protección ambiental, alta temperatura y alta energía, energía térmica concentrada, regeneración automática, propiedades catalíticas, propiedades de reducción, propiedades de cambio de temperatura, amplia gama de fuentes, listo para usar, aplicación alcance, confiabilidad, eficiente y limpio, excelente desempeño, los países aumentan la inversión, estrategia energética, la clave para la ventaja estratégica, energía del hidrógeno El elemento químico hidrógeno (H-Hidrógeno), ubicado en primer lugar en la tabla periódica de elementos, es el más pequeño de todos átomos. Como todos sabemos, las moléculas de hidrógeno se combinan con las moléculas de oxígeno para formar agua. La forma elemental habitual del hidrógeno es el gas hidrógeno (H2), que es un gas diatómico incoloro, inodoro y altamente inflamable. El hidrógeno es el gas con menor densidad. En condiciones normales (0 grados Celsius y una atmósfera), el hidrógeno pesa sólo 0,0899 gramos por litro, es decir, sólo dos veintinueve veces la calidad del mismo volumen de aire. El hidrógeno es el elemento más común en el universo. El hidrógeno y sus isótopos representan el 84% de la masa total del sol. El 75% de la masa del universo es hidrógeno. El hidrógeno tiene una alta volatilidad y mucha energía, y es un portador de energía y un combustible también se utiliza ampliamente en la producción industrial. La industria utiliza actualmente 550 mil millones de metros cúbicos de hidrógeno cada año. El hidrógeno se utiliza junto con otras sustancias para producir amoníaco y fertilizantes. También se utiliza en procesos de refinación de gasolina, pulido de vidrio, soldadura de oro, detección de globos meteorológicos y en la industria alimentaria. El hidrógeno líquido se puede utilizar como combustible para cohetes. Las principales ventajas de la energía del hidrógeno son: alto poder calorífico de combustión. El calor generado al quemar la misma masa de hidrógeno es aproximadamente 3 veces mayor que el de la gasolina, 3,9 veces el del alcohol y 4,5 veces el del coque. El producto de la combustión es agua, la fuente de energía más limpia del mundo. Rico en recursos, el hidrógeno se puede producir a partir del agua, y el agua es el recurso más abundante en la tierra. Demuestra el proceso clásico de reciclaje y desarrollo sostenible de materiales naturales. Introducción a la energía del hidrógeno La energía secundaria es el vínculo intermedio entre la energía primaria y los usuarios de energía. La energía secundaria se puede dividir en "energía de proceso" y "energía energética". Hoy en día, la energía eléctrica es la "energía de proceso" más utilizada; el diésel y la gasolina son las "fuentes de energía energética" más utilizadas; Dado que actualmente la "energía de proceso" es difícil de almacenar directamente en grandes cantidades, los vehículos de transporte modernos altamente móviles, como automóviles, barcos y aviones, no pueden utilizar una gran cantidad de energía eléctrica producida por las centrales eléctricas. Sólo pueden utilizar grandes cantidades de diésel. la gasolina y el gas natural son un tipo de "energía energética". Sin embargo, con el desarrollo de los vehículos eléctricos y los vehículos híbridos, la "energía de proceso" también puede sustituir parcialmente a la "energía energética". Al mismo tiempo, la gente también se centra en la búsqueda de nuevas "energías que contengan energía". Como energía secundaria, la energía eléctrica puede producirse a partir de diversas fuentes de energía primaria, como el carbón, el petróleo, el gas natural, la energía solar y la energía eólica. , la energía hidráulica y la energía mareomotriz, la energía geotérmica, el combustible nuclear, etc. pueden producir electricidad directamente. Este no es el caso de la gasolina y el diésel como fuentes de energía secundarias. Su producción depende casi por completo de combustibles fósiles. Con el creciente consumo de combustibles fósiles, sus reservas están disminuyendo y algún día estos recursos se agotarán. Esto hace que sea urgente encontrar una nueva fuente de energía que sea independiente de los combustibles fósiles y tenga reservas abundantes. La energía del hidrógeno es exactamente una nueva energía secundaria que la gente espera con ansias cuando desarrolla nueva energía secundaria debido a la aparición de la crisis energética convencional. Características de la energía del hidrógeno El hidrógeno se encuentra en la parte superior de la tabla periódica de elementos. Su número atómico es 1. Es un gas a temperaturas y presiones normales y puede convertirse en líquido a temperaturas ultrabajas y presiones altas. Como fuente de energía, el hidrógeno tiene las siguientes características: (l) Entre todos los elementos, el hidrógeno es el más ligero.
En condiciones estándar, su densidad es de 0,0899 g/l; a -252,7 °C, puede volverse líquido si la presión se aumenta a cientos de atmósferas, el hidrógeno líquido puede convertirse en hidrógeno sólido. (2) Entre todos los gases, el hidrógeno tiene la mejor conductividad térmica, 10 veces mayor que la conductividad térmica de la mayoría de los gases. Por lo tanto, el hidrógeno es un excelente portador de transferencia de calor en la industria energética. (3) El hidrógeno es el elemento más común en la naturaleza. Se estima que constituye el 75% de la masa del universo. Además del hidrógeno contenido en el aire, se almacena principalmente en forma de compuestos en el agua. es la sustancia más común en la tierra. Se estima que si se extrae todo el hidrógeno del agua de mar, el calor total generado será 9.000 veces mayor que el calor liberado por todos los combustibles fósiles de la Tierra. (4) Excepto el combustible nuclear, el poder calorífico del hidrógeno es el más alto entre todos los combustibles fósiles, químicos y biocombustibles, con 142.351 kJ/kg, que es tres veces el poder calorífico de la gasolina. (5) El hidrógeno tiene un buen rendimiento de combustión, se enciende rápidamente, tiene un amplio rango de inflamabilidad cuando se mezcla con aire, tiene un alto punto de ignición y una velocidad de combustión rápida. (6) El hidrógeno en sí no es tóxico. En comparación con otros combustibles, el hidrógeno es el más limpio cuando se quema. A excepción del agua y una pequeña cantidad de amoníaco, no produce contaminación nociva para el medio ambiente, como monóxido de carbono, dióxido de carbono o hidrocarburos. , compuestos de plomo y partículas de polvo, una pequeña cantidad de amoníaco no contaminará el medio ambiente después de un tratamiento adecuado, y el agua generada por la combustión puede seguir produciendo hidrógeno y reciclarse repetidamente. (7) La energía del hidrógeno se puede utilizar de muchas formas: puede producir energía térmica mediante combustión, producir trabajo mecánico en un motor térmico, utilizarse como material energético para pilas de combustible o convertirse en hidrógeno sólido para utilizarlo como material estructural. El uso de hidrógeno para reemplazar el carbón y el petróleo no requiere modificaciones importantes del equipo técnico existente. Los motores de combustión interna actuales se pueden utilizar con ligeras modificaciones. (8) El hidrógeno puede aparecer como hidruro gaseoso, líquido o sólido y puede adaptarse a diferentes requisitos de almacenamiento, transporte y diversos entornos de aplicación. De las características anteriores se puede ver que el hidrógeno es una nueva fuente de energía energética ideal. En la actualidad, el hidrógeno líquido se ha utilizado ampliamente como combustible para la energía aeroespacial, pero la aplicación comercial a gran escala de la energía del hidrógeno aún necesita resolver los siguientes problemas clave: Tecnología de producción de hidrógeno barata: debido a que el hidrógeno es una energía secundaria, su producción requiere no solo consume una gran cantidad de energía y la eficiencia actual de la producción de hidrógeno es muy baja. Por lo tanto, buscar tecnología de producción de hidrógeno barata y a gran escala es una preocupación común de los científicos de todo el mundo. Métodos seguros y confiables de almacenamiento y transporte de hidrógeno: dado que el hidrógeno es fácil de gasificar, incendiarse y explotar, cómo resolver adecuadamente los problemas de almacenamiento y transporte de la energía del hidrógeno se ha convertido en la clave para desarrollar la energía del hidrógeno. Muchos científicos creen que la energía del hidrógeno tiene el potencial de convertirse en una importante fuente de energía secundaria en el escenario energético mundial en el siglo XXI. La energía del hidrógeno es una energía secundaria porque se produce utilizando otras fuentes de energía mediante ciertos métodos, a diferencia del carbón, el petróleo y el gas natural, que se pueden extraer directamente del suelo. En la naturaleza, el hidrógeno se combina fácilmente con el oxígeno para formar agua y el hidrógeno debe separarse del agua mediante electrólisis. Si el calor generado por la combustión de carbón, petróleo y gas natural se convierte en electricidad para dividir el agua y producir hidrógeno, obviamente no vale la pena. Ahora parece que la forma básica de producir hidrógeno con alta eficiencia es utilizar energía solar. Si se puede utilizar la energía solar para producir hidrógeno, equivaldrá a convertir la energía solar infinita y dispersa en energía limpia altamente concentrada, lo cual es de gran importancia. En la actualidad, los métodos de uso de energía solar para dividir agua y producir hidrógeno incluyen la división solar térmica de agua para producir hidrógeno, la generación de energía solar para electrolizar agua para producir hidrógeno, la fotólisis catalítica solar del agua para producir hidrógeno, la producción solar biológica de hidrógeno, etc. El uso de la energía solar para producir hidrógeno tiene una gran importancia práctica, pero es un tema de investigación muy difícil. Hay muchos problemas teóricos y técnicos que resolver. Sin embargo, los países de todo el mundo le conceden gran importancia. Se han invertido muchos recursos humanos, financieros y materiales. Y se han logrado avances en muchos aspectos. Por lo tanto, en el futuro, la energía del hidrógeno producida a partir de energía solar se convertirá en un combustible limpio y de alta calidad comúnmente utilizado por los humanos. Perspectiva El hidrógeno es la sustancia más ampliamente distribuida en el universo. Constituye el 75% de la masa del universo. Por lo tanto, la energía del hidrógeno se considera la fuente de energía definitiva para la humanidad. El agua es un gran "depósito" de hidrógeno. Si se extrae todo el hidrógeno del agua de mar, será 9.000 veces más caliente que todos los combustibles fósiles de la Tierra. La eficiencia de combustión del hidrógeno es muy alta. Siempre que se agregue un 4% de hidrógeno a la gasolina, el motor de combustión interna puede ahorrar un 40% de combustible. El gobierno de Estados Unidos ha propuesto claramente un plan de hidrógeno y anunció que asignará 1.700 millones de dólares en los próximos cuatro años para apoyar el desarrollo de la energía del hidrógeno. Estados Unidos planea reducir su uso de 11 millones de barriles de petróleo por día para 2040, que es exactamente la cantidad de petróleo que importa cada día. energía del hidrógeno energía producida por la reacción del hidrógeno y el oxígeno.
La energía del hidrógeno es la energía química del hidrógeno. El hidrógeno aparece principalmente en forma de compuesto químico en la tierra. Es la sustancia más distribuida en el universo y constituye el 75% de la masa del universo. Dado que el hidrógeno debe producirse a partir de sustancias que lo contienen, como agua y combustibles fósiles, es una fuente de energía secundaria. Hay muchas formas de producir hidrógeno en la industria. Las más comunes incluyen la producción de hidrógeno mediante electrólisis de agua, la producción de hidrógeno mediante gasificación de carbón y la conversión catalítica de vapor de agua a partir de petróleo pesado y gas natural. La investigación y el desarrollo mundiales sobre la energía del hidrógeno aún se encuentran en la etapa experimental. Desarrollo de la industria La energía del hidrógeno se considera la energía limpia con mayor potencial de desarrollo en el siglo XXI. La humanidad ha estado interesada en las aplicaciones de la energía del hidrógeno desde hace 200 años. Desde la década de 1970, muchos países y regiones del mundo han llevado a cabo ampliamente la energía del hidrógeno. proyectos de investigación. Ya en 1970, el Centro de Investigación Tecnológica de General Motors en Estados Unidos propuso el concepto de "economía del hidrógeno". En 1976, el Instituto de Investigación de Stanford en Estados Unidos llevó a cabo un estudio de viabilidad sobre la economía del hidrógeno. Una confluencia de factores ha aumentado el atractivo de la economía del hidrógeno desde mediados de los años noventa. Estos factores incluyen: la persistente contaminación del aire urbano, la necesidad de un transporte con bajas o nulas emisiones, la necesidad de reducir las importaciones extranjeras de petróleo, las emisiones de CO2 y el cambio climático global, y la necesidad de almacenar suministros de electricidad renovable. Como nueva energía limpia, eficiente, segura y sostenible, la energía del hidrógeno se considera la energía limpia con mayor potencial de desarrollo en el siglo XXI y la dirección estratégica de desarrollo energético de la humanidad. Ha habido una feroz competencia entre diferentes países del mundo como Islandia, China, Alemania, Japón y Estados Unidos por la comercialización del transporte de hidrógeno. Aunque son posibles otras formas de utilización (por ejemplo, calefacción, cocina, generación de energía, aviones, locomotoras), la aplicación de la energía del hidrógeno en automóviles, camiones, autobuses, taxis, locomotoras y buques comerciales ha cobrado protagonismo. La investigación y el desarrollo de la energía del hidrógeno en China se remontan a principios de la década de 1960. Para desarrollar la industria aeroespacial del país, los científicos chinos han llevado a cabo una investigación y un desarrollo extensos y eficaces sobre la producción de hidrógeno líquido como combustible para cohetes y la investigación y el desarrollo. del funcionamiento de las pilas de combustible H2/O2. El desarrollo del hidrógeno como portador de energía y como nuevo sistema energético comenzó en los años 1970. Ahora, con el fin de seguir desarrollando la energía del hidrógeno y promover el desarrollo de su utilización, la tecnología de la energía del hidrógeno se ha incluido en el "Décimo Plan Quinquenal para el Desarrollo Científico y Tecnológico y el Plan de Visión 2015 (campo energético)". Pronóstico del desarrollo de la energía del hidrógeno en China La tecnología de pilas de combustible de hidrógeno siempre se ha considerado la solución definitiva a la futura crisis energética humana mediante la utilización de energía del hidrógeno. Shanghai siempre ha sido una base importante para la investigación, el desarrollo y la aplicación de pilas de combustible de hidrógeno en China, incluidas SAIC, Shanghai Shenli, la Universidad de Tongji y otras empresas y universidades, que también han participado en la investigación y el desarrollo de pilas de combustible de hidrógeno y Vehículos de energía de hidrógeno. Con el rápido desarrollo de la economía de China, la industria del automóvil se ha convertido en una de las industrias pilares de China. En 2007, China se convirtió en el tercer productor de automóviles del mundo y el segundo mercado de automóviles. Al mismo tiempo, el consumo de combustible para automóviles también ha alcanzado los 80 millones de toneladas, lo que representa aproximadamente una cuarta parte de la demanda total de petróleo de China. Hoy en día, cuando el suministro de energía es cada vez más limitado, el desarrollo de vehículos de nueva energía es urgente. Utilizar hidrógeno como combustible para los coches es sin duda la mejor opción. Aunque las tecnologías clave de los motores de pilas de combustible básicamente se han logrado avances, la tecnología de industrialización de las pilas de combustible aún necesita mejorarse y actualizarse aún más para madurar la tecnología de industrialización. En esta etapa, es necesario aumentar la inversión en investigación y desarrollo para garantizar el nivel y la vanguardia de China en tecnologías clave de motores de pila de combustible. Esto incluye apoyar a las empresas que dominan tecnologías clave de pilas de combustible en términos de capital y capacidades financieras. Además, el Estado también debería acelerar su apoyo a la localización y producción en masa de materias primas y componentes clave para las pilas de combustible, integrar continuamente las ventajas de todos los aspectos de las pilas de combustible e impulsar la extensión de la cadena industrial de las pilas de combustible. Al mismo tiempo, *** también debería proporcionar instalaciones de apoyo relevantes para aplicaciones de demostración y apoyar el cultivo de cadenas industriales relacionadas con pilas de combustible para acelerar la formulación de regulaciones y estándares relacionados con la operación de demostración de vehículos con pilas de combustible y la construcción de Instalaciones de apoyo como estaciones de hidrogenación. Promover la operación de demostración para pasajeros de vehículos de pila de combustible. Con el fuerte apoyo del Partido Comunista de China, los vehículos impulsados por hidrógeno definitivamente se convertirán en una industria emergente. Desarrollo y utilización Aspectos de utilización Hay muchos aspectos de la utilización de la energía del hidrógeno, algunos se han realizado y algunas personas están trabajando arduamente para lograrlos. Para lograr el objetivo de una nueva energía limpia, la utilización del hidrógeno cubrirá todos los aspectos de la vida humana. También podríamos describir brevemente los principales usos de la energía del hidrógeno desde la antigüedad hasta el presente.
Basándose en la energía del hidrógeno, el famoso erudito ruso Mendeleev compiló la tabla periódica de elementos químicos en 1869. Colocó el elemento hidrógeno en la parte superior de la tabla periódica. A partir de entonces, a partir del hidrógeno, buscó la relación con el elemento hidrógeno. , sentando las bases para muchos elementos. Como resultado, la investigación y la utilización del hidrógeno por parte de las personas se han vuelto más científicas. En 1928, la compañía alemana Zeppelin utilizó la enorme flotabilidad del hidrógeno para construir el primer dirigible "LZ-127 Zeppelin" del mundo, que transportó personas desde Alemania a América del Sur por primera vez y logró cruzar el Océano Atlántico. Después de unos diez años de funcionamiento, el viaje ha recorrido más de 160.000 kilómetros, permitiendo a 13.000 personas disfrutar del sabor del cielo. Este es el milagro del hidrógeno. Sin embargo, lo que fue aún más avanzado fue que en la década de 1950, Estados Unidos utilizó hidrógeno líquido como combustible para aviones supersónicos y subsónicos, modernizando su bombardero bimotor B57 con un motor de hidrógeno y permitiendo que aviones propulsados por hidrógeno volaran hacia el cielo. En particular, el ex astronauta soviético Gagarin viajó al espacio en un satélite terrestre artificial en 1957 y una nave espacial estadounidense fue al espacio en 1963. Luego, en 1968, la nave espacial Apolo logró el primer aterrizaje humano en la Luna. Todo esto depende del combustible de hidrógeno. En el siglo XXI científico, la operación comercial de aviones y naves espaciales avanzados de hidrógeno de alta velocidad y largo alcance no está muy lejos. Los sueños de los emperadores del pasado serán realizados por la gente moderna. Los vehículos propulsados por hidrógeno utilizan hidrógeno en lugar de gasolina como combustible para los motores de los automóviles. Ha sido probado por muchas empresas automotrices en Japón, Estados Unidos, Alemania, etc. La tecnología es factible en la actualidad, el principal problema es su bajo costo. hidrógeno. El hidrógeno es un combustible eficiente. La energía producida al quemar hidrógeno por kilogramo es de 33,6 kilovatios hora, casi 2,8 veces la quema de gasolina. La combustión de hidrógeno no solo tiene un alto poder calorífico, sino que también tiene una rápida velocidad de propagación de la llama y una baja energía de ignición (fácil de encender). Por lo tanto, la eficiencia general de utilización del combustible de los vehículos de hidrógeno puede ser un 20% mayor que la de los vehículos de gasolina. Por supuesto, el principal producto de la combustión del hidrógeno es el agua, con muy poco hidruro de nitrógeno y absolutamente ningún componente nocivo que contamine el medio ambiente, como el monóxido de carbono y el dióxido de azufre que se producen cuando se quema gasolina. Los coches de hidrógeno son el medio de transporte más limpio e ideal. Vehículos de energía de hidrógeno En cuanto al problema del suministro de hidrógeno de los vehículos de energía de hidrógeno, actualmente se utiliza hidruro metálico como material de almacenamiento de hidrógeno. El calor necesario para liberar hidrógeno puede proporcionarse mediante el agua de refrigeración del motor y el calor residual del escape. Hay dos tipos de vehículos de hidrógeno, uno es un vehículo totalmente propulsado por hidrógeno y el otro es un vehículo dopado con hidrógeno que se mezcla con hidrógeno y gasolina. Con pocos o ningún cambio en el motor de un vehículo dopado con hidrógeno, se puede mejorar la eficiencia del combustible y reducir la contaminación de los gases de escape. Utilizando un automóvil dopado con aproximadamente un 5% de hidrógeno, la eficiencia térmica promedio se puede aumentar en un 15% y se puede ahorrar gasolina en aproximadamente un 30%. Por lo tanto, los vehículos propulsados por hidrógeno se utilizarán principalmente en un futuro próximo, y se promoverán los vehículos totalmente propulsados por hidrógeno una vez que se pueda suministrar hidrógeno en grandes cantidades. La alemana Mercedes-Benz Motor Company ha lanzado sucesivamente una variedad de vehículos que queman hidrógeno, incluidas furgonetas, autobuses, vehículos postales y automóviles. Tomando como ejemplo una furgoneta que quema hidrógeno, utiliza 200 kilogramos de hidruro de aleación de ferrotitanio como tanque de combustible en lugar de un tanque de gasolina de 65 litros y puede recorrer más de 130 kilómetros de forma continua. El automóvil dopado con hidrógeno fabricado por la alemana Mercedes-Benz puede circular por la autopista, y el tanque de almacenamiento de hidrógeno utilizado en el automóvil también es hidruro de ferroaleación de titanio. La característica de los automóviles BMW Hydrogen Serie 7 dopados con hidrógeno es que el combustible mixto de gasolina e hidrógeno puede funcionar en el área pobre, lo que puede mejorar las condiciones de combustión de todo el motor. En muchas ciudades de China, donde el tráfico está congestionado y los motores de los automóviles suelen funcionar con carga parcial, resulta especialmente ventajoso utilizar coches dopados con hidrógeno. En particular, algunos residuos de hidrógeno industrial (como la producción de amoníaco sintético) no pueden reciclarse. Si se utiliza como combustible dopado con hidrógeno, sus beneficios económicos y ambientales son deseables. Generación de energía con hidrógeno Las grandes centrales eléctricas, ya sean hidroeléctricas, térmicas o nucleares, envían la electricidad que generan a la red, que luego la entrega a los usuarios. Sin embargo, las cargas de los distintos usuarios de electricidad son diferentes y la red eléctrica a veces tiene picos y otras veces valles. Para ajustar la carga máxima, las centrales eléctricas de la red eléctrica a menudo necesitan ponerse en marcha rápidamente y la generación de energía con hidrógeno es la más adecuada para desempeñar esta función. Utilice hidrógeno y oxígeno para quemarlos y formar un grupo electrógeno de hidrógeno y oxígeno. Este tipo de unidad es un motor de combustión interna tipo cohete acoplado a un generador. No requiere un complicado sistema de caldera de vapor, por lo que tiene una estructura simple, fácil mantenimiento y arranque rápido. Puede arrancar cuando lo desee y detenerse cuando lo desee. quieres. Cuando la red eléctrica tiene poca carga, el exceso de electricidad puede absorberse para electrolizar el agua y producir hidrógeno y oxígeno para la generación de energía durante los períodos pico. Este efecto regulador es ventajoso para el funcionamiento de la red. Además, el hidrógeno y el oxígeno también pueden cambiar directamente las condiciones de funcionamiento de las unidades generadoras de energía térmica convencionales y mejorar la capacidad de generación de energía de la central eléctrica. Por ejemplo, se queman hidrógeno y oxígeno para formar generación de energía mediante fluido magnético, y se utiliza hidrógeno líquido para enfriar el dispositivo de generación de energía, aumentando así la potencia de la unidad. Un método más nuevo para generar energía de hidrógeno son las pilas de combustible de hidrógeno.
Este es un dispositivo que utiliza hidrógeno y oxígeno (para formar aire) para sufrir directamente una reacción electroquímica para generar energía eléctrica. En otras palabras, también es la reacción inversa del electrolizador de agua para producir hidrógeno y oxígeno. Desde la década de 1970, Japón, Estados Unidos y otros países han intensificado la investigación sobre diversas pilas de combustible y ahora han entrado en desarrollo comercial. Japón ha establecido una central eléctrica de pilas de combustible de 10.000 kilovatios y más de 30 fabricantes en Estados Unidos están desarrollandola. Pilas de combustible Alemania, Gran Bretaña, Francia Más de 20 empresas en los Países Bajos, Dinamarca, Italia y Austria también han invertido en la investigación de pilas de combustible. Este nuevo método de generación de energía ha atraído la atención mundial. El principio más simple de las pilas de combustible es convertir directamente la energía química del combustible en energía eléctrica sin quemarse. La eficiencia de conversión de energía puede alcanzar entre el 60 % y el 80 %. También genera menos contaminación y poco ruido. El dispositivo puede ser grande o pequeño. y es muy flexible. Al principio, este tipo de dispositivo de generación de energía era pequeño y costoso, y se utilizaba principalmente como fuente de energía en el sector aeroespacial. Ahora el precio se ha reducido significativamente y poco a poco se está recurriendo a la aplicación terrestre. En la actualidad, existen muchos tipos de pilas de combustible, entre las que se incluyen principalmente las siguientes: Pila de combustible de soldadura por fusión de alambre conductor de alambre esmaltado La pila de combustible de fosfato es el tipo más antiguo de pila de combustible y el proceso está básicamente maduro. Central eléctrica comercial de 4.500 kilovatios y 11 kilovatios respectivamente. La temperatura de funcionamiento de esta pila de combustible es de 200 °C, la densidad de corriente máxima puede alcanzar los 150 mA/cm² y la eficiencia de generación de energía es de aproximadamente el 45 %. El combustible es hidrógeno, metanol, etc., el oxidante es aire, pero el combustible. El catalizador es de serie platino. Actualmente, genera electricidad. El coste sigue siendo elevado, entre 40 y 50 céntimos por kilovatio hora. Combustible fundido Las pilas de combustible de carbonato fundido generalmente se denominan pilas de combustible de segunda generación. Su temperatura de funcionamiento es de unos 650°C y su eficiencia de generación de energía es de aproximadamente el 55%. La compañía japonesa Mitsubishi ha construido un dispositivo de generación de energía de 10 kilovatios. El electrolito de este tipo de pila de combustible es líquido. Debido a su alta temperatura de funcionamiento, puede soportar la presencia de monóxido de carbono. El combustible puede ser hidrógeno, monóxido de carbono, gas natural, etc. El agente oxidante es el aire. El coste de generar electricidad puede ser inferior a 40 céntimos por kilovatio hora. La pila de combustible de óxido sólido se considera la pila de combustible de tercera generación. Su temperatura de funcionamiento es de unos 1.000 °C y su eficiencia de generación de energía puede superar el 60 %. Actualmente, muchos países la están estudiando. La compañía Westinghouse de Estados Unidos está estudiando actualmente si se desarrolla, se espera que el costo de generar electricidad sea inferior a 20 centavos por kilovatio hora. Además, existen varios tipos de pilas de combustible, como las pilas de combustible alcalinas, que funcionan a aproximadamente 200 °C y tienen una eficiencia de generación de energía de hasta el 60 %. No utilizan metales preciosos como catalizadores. Suecia ha desarrollado una pila de combustible de 200 kilovatios. Un dispositivo se utiliza en submarinos. La primera pila de combustible pequeña utilizada en la nave espacial Apollo en los Estados Unidos se llama tipo americano. En realidad, es una pila de combustible de membrana de intercambio iónico. Su eficiencia de generación de energía llega al 75% y su temperatura de funcionamiento es inferior a 100°C. , pero debe utilizar oxígeno puro como oxidante. Posteriormente, Estados Unidos desarrolló una pila de combustible para vehículos de hidrógeno, que puede viajar 300 kilómetros con una sola carga de hidrógeno y alcanzar una velocidad de 100 kilómetros por hora. Se trata de una pila de combustible de membrana de intercambio de protones reversible con una eficiencia de generación de energía de hasta. 80%. El combustible ideal para las pilas de combustible es el hidrógeno porque es la reacción inversa de la electrólisis para producir hidrógeno. Además de la instalación de centrales eléctricas fijas, los usos principales de las pilas de combustible son especialmente adecuados para fuentes de energía móviles y para energía para vehículos y barcos. Por lo tanto, en el futuro también serán hermanas gemelas del aprovechamiento de la energía del hidrógeno. Hidrógeno para los hogares Con el desarrollo de la tecnología de producción de hidrógeno y la falta de energía fósil, el uso de energía del hidrógeno llegará tarde o temprano a los hogares, principalmente en las grandes ciudades desarrolladas. Puede enviarse a miles de hogares a través de gasoductos, como el gas urbano. . Cada usuario utiliza un tanque de almacenamiento de hidruro metálico para almacenar hidrógeno y luego conecta la estufa de la cocina, el baño, el congelador de hidrógeno, el aire acondicionado, etc., y lo conecta al equipo de carga de hidrógeno del automóvil en el garaje. La vida de las personas depende de un gasoducto de energía de hidrógeno, que puede sustituir los gasoductos, la calefacción e incluso los gasoductos eléctricos, eliminando incluso la necesidad de gasolineras para los coches. Un sistema de energía de hidrógeno tan limpio y conveniente creará un ambiente de vida cómodo para las personas y aliviará muchas tareas complicadas. La soldadura de joyas y el pulido de vidrio orgánico tienen una larga historia en los campos industriales (como el corte y la soldadura). En la industria procesadora, el pulido con llama de productos de vidrio orgánico, el corte de palanquillas de colada continua, el estirado y sellado de inyecciones de agua en fábricas farmacéuticas y otros campos son muy populares como nueva fuente de energía, y su seguridad ha atraído una amplia atención. Técnicamente hablando, el uso de hidrógeno es absolutamente seguro. El hidrógeno es altamente difusible en el aire. Cuando el hidrógeno se fuga o se quema, puede elevarse rápidamente verticalmente en el aire y desaparecer sin dejar rastro. El hidrógeno en sí no es tóxico y es radiactivo y no causa daño al cuerpo humano. Los científicos han realizado una gran cantidad de pruebas de seguridad energética del hidrógeno, demostrando que el hidrógeno es un combustible seguro.
Por ejemplo, en la prueba de incendio del automóvil, los tanques de combustible que contenían hidrógeno y gasolina natural se encendieron respectivamente. Como resultado, después de que el automóvil con hidrógeno como combustible se incendió, el hidrógeno ardió violentamente, pero la llama siempre se elevó, causando daños al vehículo. El automóvil fue relativamente lento y las personas en el automóvil resultaron heridas. Sin embargo, después de que un automóvil de combustible natural se incendia, debido a que el gas natural es más pesado que el aire, las llamas se propagan alrededor del automóvil y lo rodean rápidamente. perjudicando la seguridad de las personas que se encuentran dentro del vehículo. Características de la energía del hidrógeno: Seguridad y protección del medio ambiente El peso molecular del hidrógeno es 2, que es 1/14 del aire. Por lo tanto, si el hidrógeno se filtra al aire, se escapará automáticamente del suelo y no formará agregación. Otros combustibles y gases se acumularán en el suelo y representarán un peligro inflamable y explosivo. Es inodoro y no tóxico y no causa envenenamiento humano. El producto de la combustión es solo agua y no contamina el medio ambiente. Alta temperatura y alta energía El poder calorífico de 1 kg de hidrógeno es 34000 Kcal, tres veces mayor que el de la gasolina. La temperatura de la llama de hidrógeno y oxígeno alcanza los 2800 grados, que es más alta que la del gas líquido convencional. Energía térmica concentrada: la llama de hidrógeno y oxígeno es recta, la pérdida de calor es pequeña y la eficiencia de utilización es alta. Regeneración automática La energía del hidrógeno proviene del agua y se reduce a agua después de la combustión. Propiedades catalíticas: el hidrógeno es un catalizador gaseoso activo que se puede mezclar con aire para quemar catalíticamente todos los combustibles sólidos, líquidos y gaseosos. Acelere el proceso de reacción, promueva la combustión completa y logre los efectos de aumentar la temperatura de la llama, ahorrar energía y reducir las emisiones. Características de reducción: Hidrorefinación de diversas materias primas. Características de temperatura variable: La temperatura de la llama se puede ajustar según el punto de fusión del objeto calentado. Amplia gama de fuentes: El hidrógeno se puede producir mediante electrólisis del agua. El agua es inagotable y se pueden producir 1860 litros de hidrógeno y oxígeno por cada kg de agua. Lista para usar, utilizando tecnología avanzada de control automático, la máquina de hidrógeno y oxígeno suministra gas según la demanda según la configuración del usuario sin almacenar gas. Ámbito de aplicación Adecuado para todos los lugares donde se necesita gas. Fiabilidad, alta eficiencia y limpieza La energía del hidrógeno es una fuente de energía compuesta eficiente y limpia. La energía se puede dividir en dos categorías, energía primaria y energía secundaria. La energía primaria se refiere a la energía que existe en forma natural, incluida la energía eólica, hidráulica, solar, geotérmica y nuclear. La energía secundaria se refiere a la energía obtenida después del procesamiento y conversión de la energía primaria, incluida la energía eléctrica, gasolina, diésel, gas licuado de petróleo, energía del hidrógeno, etc. La energía secundaria se puede dividir en "energía de proceso" y "energía energética". La energía eléctrica es la energía de proceso más utilizada, mientras que la gasolina y el diésel son actualmente las energías energéticas más utilizadas. Código de la tabla periódica de hidrógeno H, número de serie de la tabla periódica 1, hidrógeno en inglés, peso atómico 1,0079, punto de fusión -259,14 grados, punto de ebullición -252,87 grados. El hidrógeno es el elemento de menor peso, mejor conductividad térmica y combustibilidad y combustión más limpia. La energía del hidrógeno es la energía que contiene energía más abundante y eficiente que los humanos pueden obtener de la naturaleza. Excelente rendimiento La energía del hidrógeno tiene un rendimiento excelente en todos los aspectos. Las pilas de combustible de hidrógeno pondrán fin a la era de los motores de combustión interna.
La aplicación actual de la energía del hidrógeno se realiza principalmente a través de pilas de combustible de hidrógeno. Las pilas de combustible de hidrógeno funcionan de una manera fundamentalmente diferente a los motores de combustión interna. Las pilas de combustible de hidrógeno producen electricidad a través de una reacción química para impulsar un automóvil, mientras que un motor de combustión interna produce calor a través de la combustión para impulsar un automóvil. Dado que el proceso de funcionamiento de los vehículos de pila de combustible no implica combustión, no hay pérdida mecánica ni corrosión. La energía eléctrica generada por la pila de combustible de hidrógeno se puede utilizar directamente para impulsar las cuatro ruedas del vehículo, omitiendo así el dispositivo de transmisión mecánica. Los estudios han demostrado que la eficiencia de producción de energía de las pilas de combustible de hidrógeno es más de cuatro veces mayor que la de un motor de combustión interna. Según investigaciones realizadas por organizaciones autorizadas, el proceso de conversión de la energía de la gasolina del tanque de combustible a las ruedas es menos de una quinta parte. de la energía de propulsión transmitida a las ruedas debido a la combustión, la disipación de calor, el desgaste mecánico y otras razones, mientras que los vehículos con pila de combustible de hidrógeno utilizan energía La eficiencia puede alcanzar más de tres quintas partes, en otras palabras, si se utiliza el mismo volumen de energía de hidrógeno. almacenado en el tanque de combustible de los automóviles actuales, puede recorrer más de tres veces la distancia de los automóviles actuales sin repostar. Lo interesante es que el control por computadora también puede hacer que las cuatro ruedas sean inteligentes. Propiedades especiales como estacionamiento horizontal, giro de 90 a 180 grados en el lugar y antideslizante al aplicar diferentes velocidades a las cuatro ruedas se deben a la transmisión mecánica. El dispositivo se omite y se convierte en pan comido. Además, el almacenamiento seguro de energía del hidrógeno también es mucho mayor que el del combustible. Dado que el hidrógeno es el elemento más ligero, incluso si se fuga y se quema, solo se evaporará hacia arriba y no se adherirá al cuerpo humano ni a los vehículos durante largos períodos. de tiempo como la gasolina. El factor de seguridad de la energía del hidrógeno es mucho mayor que el del combustible. Además, las emisiones de escape de los vehículos de pila de combustible de hidrógeno son agua, lo que provoca una contaminación nula del aire y del medio ambiente.
No es de extrañar que las personas con conocimientos de los países desarrollados sean muy conscientes de la tendencia inevitable de que las pilas de combustible de hidrógeno pondrán fin a la era de los motores de combustión interna. Entre los fabricantes de automóviles que han desarrollado con éxito vehículos con pilas de combustible de hidrógeno se encuentran General Motors, Ford, Toyota, Mercedes. Benz, grandes empresas como BMW y Chrysler. Los países están aumentando la inversión en la economía del hidrógeno. La economía del hidrógeno se está acelerando silenciosamente. Los países están trabajando arduamente para aumentar la inversión.
A medida que la energía del hidrógeno continúa recibiendo atención y exposición de los medios, el término Economía del Hidrógeno está siendo utilizado gradualmente. proponen políticos y estrategas. Así como la alta dependencia mundial del petróleo ha llevado a la economía petrolera, la aplicación generalizada de la energía del hidrógeno afectará todos los aspectos de la vida de todos y luego se convertirá en el factor principal que dirige la economía y la sangre de la industria. Dado que la tecnología de la energía del hidrógeno, especialmente la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno, no sólo puede impulsar automóviles, barcos y aviones, sino también proporcionar energía estable, eficiente y libre de contaminación para teléfonos móviles, computadoras, fábricas y hogares, la economía del hidrógeno en realidad tiene un alcance más amplio y impacto de mayor alcance que la economía petrolera.
La energía del hidrógeno es una fuente de energía inagotable de alta densidad que se puede obtener de muchas fuentes, incluido el petróleo crudo, el gas natural, el biogás, la paja de los cultivos y las aguas residuales orgánicas, y la mayor fuente de hidrógeno es. agua, y la descarga producida por las pilas de combustible de hidrógeno también es agua. Los ríos, lagos y mares son las mayores minas de hidrógeno. La naturaleza renovable de la energía del hidrógeno proporciona a la humanidad una energía inagotable y perfecta. La economía del hidrógeno tendrá un impacto profundo en la sociedad humana no menor que la invención y aplicación de la electricidad o los automóviles. Además de los fabricantes de automóviles que actualmente desarrollan vigorosamente vehículos con pilas de combustible de hidrógeno, las principales empresas petroleras y eléctricas también están gastando enormes sumas de dinero para aumentar la investigación y el desarrollo de la energía del hidrógeno, incluidos grupos súper multinacionales como Chrysler, BMW, General Electric y BP. , todos los cuales participan en el Patrocinador de Beijing del Foro de Energía del Hidrógeno. Tanto el presidente estadounidense Bush como el primer ministro británico Blair han expresado públicamente su apoyo a la investigación y el desarrollo de la energía del hidrógeno y han recaudado activamente fondos para la investigación y el desarrollo de la energía del hidrógeno del Congreso y de la comunidad empresarial. Japón y la Unión Europea no se quedan atrás y han aumentado la inversión. Estrategia energética La estrategia energética es la estrategia de la estrategia de cada país
La autosuficiencia petrolera de Japón es actualmente inferior al 0,5%, y la autosuficiencia petrolera de la UE es inferior al 30% de Japón y las reservas estratégicas de petróleo de la UE. Son sólo alrededor de 90 a 120 días. Japón es muy consciente de su fuerte dependencia del petróleo de Oriente Medio y está promoviendo activamente su estrategia de "oro negro", que incluye proporcionar grandes cantidades de ayuda a Rusia e Irán a cambio de derechos de exploración de yacimientos petrolíferos. Ya en la década de 1980, Estados Unidos hizo importantes ajustes a su estrategia energética. Adoptó una política de importar grandes cantidades de petróleo de Medio Oriente cada año sin costo alguno y no desarrolló grandes yacimientos petrolíferos en Alaska y en las zonas central y central. Aunque esta política resultó en la quiebra de muchas pequeñas y medianas empresas petroleras, Estados Unidos seguirá teniendo reservas de petróleo durante al menos 20 años en el futuro, incluso si está completamente aislado del mundo exterior. Junto con una poderosa armada que protege las líneas de transporte marítimo de petróleo en el Medio Oriente, se puede decir que la estrategia energética de Estados Unidos es tranquilidad. Rusia tiene vastos yacimientos petrolíferos en Siberia que aún no se han desarrollado, y no hay duda de que Rusia es autosuficiente en energía. Mirando retrospectivamente la Segunda Guerra Mundial, muchos historiadores estadounidenses señalaron que en las etapas media y tardía de la Segunda Guerra Mundial, Estados Unidos y la Unión Soviética tenían ventajas absolutas sobre Alemania y Japón en términos de producción de petróleo crudo, producción de acero y población. La razón fundamental de la victoria de Estados Unidos y la Unión Soviética en la Segunda Guerra Mundial fue la ventaja estratégica fundamental del país en energía y recursos. La clave para la ventaja estratégica: tomar la iniciativa en el pleno lanzamiento de la economía del hidrógeno es la clave para la ventaja estratégica a largo plazo de mi país.
A medida que la economía de nuestro país continúa creciendo a un ritmo rápido, la vida de nuestra gente continúa. avanzar hacia una vida moderadamente próspera y el estatus internacional de nuestro país continúa mejorando. Sin embargo, el problema de la crisis energética se ha convertido gradualmente en un cuello de botella estratégico que restringe el desarrollo a largo plazo de mi país debido a la enorme demanda de energía causada por el rápido desarrollo económico. En comparación con Estados Unidos y Rusia, la ventaja estratégica energética temporal de mi país es obviamente insuficiente. Entrar primero en la economía del hidrógeno es el mejor punto de entrada para que mi país se deshaga de su atraso tecnológico y estratégico durante un siglo.
En la actualidad, las empresas industriales de mi país, incluida la industria del automóvil, todavía están por detrás de Estados Unidos, Japón y Europa en términos de fuerza y financiación de I+D. Mi país todavía está por detrás en el desarrollo de energía y combustible de hidrógeno. tecnología celular. Nuestro país ha invertido mucho dinero y mano de obra en el desarrollo y la investigación de la energía del hidrógeno, pero la estrategia energética es de gran importancia. El gobierno central de nuestro país puede considerar utilizar las ventajas únicas de nuestro país en materia de regulación central y ejecución sólida para desarrollar la energía del hidrógeno y promover la energía del hidrógeno. La economía del hidrógeno figura como estrategia nacional de desarrollo y lanzó un Gran Salto Adelante realista y pragmático de la economía del hidrógeno. Tomar la iniciativa para lanzar con éxito la economía del hidrógeno es la clave para que mi país se deshaga gradualmente de su dependencia de las líneas de suministro de petróleo en alta mar, se deshaga de posibles bloqueos marítimos y obtenga con éxito ventajas estratégicas a largo plazo en el Estrecho de Taiwán e incluso en el mundo. .