Hvad er energieffektivitetsforholdet for brintbrændselsceller?

I stedet for at brænde brændstof som konventionelle motorer fungerer brintbrændselsceller gennem en elektrokemisk proces. For at producere elektricitet ioniseres brintatomer på den ene side af en elektrolytmembran. Mens protoner glider igennem, skal elektronerne køre langt rundt gennem et eksternt kredsløb og skabe en elektrisk strøm, når de bevæger sig. Når elektronerne når den anden side og kobles sammen med protonerne, kombineres brintet med ilt i luften, hvilket resulterer i en smule varme og vand som biprodukter.

På basisniveauet er processen temmelig effektiv. Afhængigt af typen brintbrændselscelle har effektivitetsforholdet en gennemsnitlig gennemsnit på ca. 60 procent af den samlede mængde energi, der frigives ved fremgangsmåden ovenfor. Imidlertid kan brintbrændselsceller i stor skala med smeltet carbonat eller fastoxid til deres elektrolytmembran bruge både den varme og den elektricitet, der er produceret til ekstra effektivitet og blive så høj som 85 procent. I mellemtiden kommer bærbare brændselsceller som polymerelektrolytmembraner (PEM) brugt i brændselscellebiler overalt fra 50 til 60 procent effektivitet, ifølge det amerikanske energiministerium.

OK, men hvordan kan det sammenlignes med en almindelig bil? Utroligt godt. Så cool som det er at køre vores biler på det, der stort set svarer til kontrollerede eksplosioner og flydende dinosaurier, er forbrændingsmotorer alt andet end effektive. Når man ikke tæller tid brugt på tomgang, energitab langs drivlinjen, lufttræk og friktion, mister de fleste benzinmotorer omkring 62 procent af deres brændstofenergi bare for spildt varme.

Men der er altid en fangst, når du fikler med termodynamik og energieffektivitet. I brintets tilfælde er det et produktionsproblem. Hydrogen er måske det mest rigelige element i universet, men medmindre du har lyst til at falde ved solens overflade (medbring en kold drink og tykke sålesko!), Vil du ikke finde elementet overalt gratis. Brint her på Jorden er altid bundet til noget, hvilket betyder, at det skal udvindes, en proces, der er dyr, tidskrævende og tager en enorm mængde energi.

I øjeblikket produceres det meste af vores brint gennem elektrolyse eller ved stripping af det fra naturgas i en kaldet proces dampreformering. (Naturgas er også et fossilt brændstof.) Selvom dampreformering er den mest almindelige metode til industriel brintproduktion, kræver den en hel del varme og er vildt ineffektiv. Brint produceret ved dampreformering har faktisk mindre energi end den naturgas, som dampreformering begynder med. Plus, i modsætning til brintbrændselsceller, producerer processen forurening - så det er faktisk mere energieffektivt bare at bruge kulbrinterne selv som brændstof.

Der er dog håb. Selvom vi stadig ikke har fundet en levedygtig måde at få brint på billigt, bliver tingene bedre. Prisen på materialer falder, og der er flere potentielt lettere måder at opsamle det på, som at udnytte brintproducerende alger og bruge metan fra deponeringsanlæg. En brintdrevet fremtid kan være i syne, eller det er i det mindste en plet i horisonten.

relaterede artikler

• Byg en brændstofcelle i dit køkken
• Sådan fungerer brintbiler
• Er brintbrændstof farligt?

Kilder

• Suplee, Curt. "Ikke sats på en brintbil snart når som helst." Washington Post. 17. november 2009. (28. juli 2010). http://www.washingtonpost.com/wpdyn/content/article/2009/11/16/AR2009111602668.html
• US Department of Energy. "Avanceret teknologi og energieffektivitet." Vejledning til brændstoføkonomi. 2010. (22. juli 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml
• US Department of Energy. "Udfordringer." Vejledning til brændstoføkonomi. 2010. (22. juli 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/fcv_challenges.shtml
• US Department of Energy. "Køretøjer med brændselscelle." Vejledning til brændstoføkonomi. 2010. (22. juli 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/fuelcell.shtml
• US Department of Energy Hydrogen Program. "Hydrogenbrændselsceller." DOE-brændselscelle-faktaark. Oktober 2006. (22. juli 2010). www.hydrogen.energy.gov/pdfs/doe_fuelcell_factsheet.pdf