Click
aici! - Donează şi vei avea mai multe! - Finanţează şi vei fi
deasupra
tuturor! - Click aici!
Energia
secundară
............
....
Generalităţi
O astfel de
energie ar putea fi energia produsă din descompunerea apei sau, mai
precis, din utilizarea hidrogenului şi a oxigenului care compun apa (H2O).
Aplicaţiile
care utilizează hidrogenul sunt reprezentate de motoarele cu combustie
internă care utilizează pentru realizarea acestei combustii arderea (de
fapt refacerea apei prin unirea dintre hidrogen şi oxigen cu rezultarea
de căldură, detentă, şi apă), motoarele hibride (echilibru între
motoarele cu combustie internă şi cele electrice) şi motoarele
electrice alimentate cu celulele cu hidrogen. Aceste aplicaţii sunt din
ce în ce mai populare, la momentul realizării acestei
documentaţii existând numeroase aşa-numite autostrăzi ale
hidrogenului (chiar dacă sunt deosebit de rare la acest moment),
caracterizate de prezenţa pe întregul lor parcurs al staţiilor de
alimentare cu hidrogen (pentru diverse forme de utilizare) şi o gamă
deosebit de largă de autovehicule şi producător care se dedică acestui
"domeniu de activitate".
Motoare cu combustie internă.
Cele mai
celebre modele de vehicule dotate cu motoare cu conbustie internă
alimentate cu hidrogen sunt reprezentate de BMW Hydrogen 7 lansat
în 2007 (care se recomandă cu un motor cu 12 cilindri de 260 cp
ce atinge 100 km/ h în 9 secunde şi este limitat electronic la
225 km/ h) cu o autonomie de peste 500 km, Mazda RX-8 RE lansată
în 2006 (dotată cu un motor rotativ şi cu performanţe relativ
reduse, de exemplu autonomie de 150 km), Mazda 5 Premacy lansată
în 2008 (cu calităţi îmbunătăţite), Ford F-250 Super Chief
lansat în 2005 (un pick-up dotat cu motor în V cu 10
cilindri care funcţionează şi cu hidrogen şi cu etanol, cu o autonomie
de aproape 1.000 km şi Ford Focus FCV lansat în 2006 (dotat cu un
motor de 87 cp, viteză maximă de 150 km/ h şi o autonomie de 350 km).
Elemente de
descriere ale motoarelor cu combustie internă alimentate cu hidrogen nu
cred că sunt necesare deoarece sunt relativ similare motoarelor
alimentate cu benzică care sunt uşor de adaptat la utilizarea GPL-ului
şi ceva mai greu de modificat pentru folosirea hidrogenului dar fără
modificări structurale mari.
Motoare cu celule cu hidrogen.
În ceea ce priveşte
motoarele electrice alimentate cu celulele cu hidrogen, o aplicaţie
foarte cunoscută,
în acest sens, a fost făcută de către tehnicienii de la Honda,
modelul Honda 2005 FCX (în exemplul prezentat de noi) dar,
anterior de mulţi, mulţi alţi specialişti cum ar fi cei de la Ford,
General Motors, Renault-Nissan, Toyota, Mercedes, Hyundai, Lotus etc.
producţia de astfel de maşini devenind încetul cu încetul
un fenomen care se generalizează.
Într-o
descriere cât mai succintă vom începe cu grupul
celulelor de putere car reprezintă "inima" acestei maşini care
funcţionează cu hidrogen. Astfel, acest grup are o putere maximă
în jur de 107 cp (86 KW) destul de "onorabilă" chiar şi pentru o
maşină de dimensiuni medii (clasă medie), dezvoltând o viteză
maximă de 155 km/ h (recordul de viteză realizat în 2008 de
vehicule alimentate cu hidrogen este de 461 km/ h şi a fost realizat de
un vehicul special denumit Buckeye Bullet 2).
Celulele de putere sunt
elementele cele mai folosite la ora actuală pentru vehiculele hibrid
care funcţionează cu hidrogen şi, din punct de vedere tehnic sunt un
fel de baterii mai mari. De fapt nu ar trebui să afirmăm că sunt
baterii cu hidrogen deoarece ele funcţionează şi cu oxigen
"beneficiind" de reacţia electrochimică care are loc între
acestea cu rezultarea de energie electrică. Această reacţie
electrochimică este "declanşată" de "dezechilibrul" determinat de
reacţia dintre o membrană de schimb de protoni şi un sistem catod-anod
susţinut de fluxurile de hidrogen la anod (confecţionat, de obicei, din
platină) şi oxigen la catod. Astfel, protonii din hidrogen "puşi
în mişcare" de anod vor trece prin membrană pentru a junge la
ionii din oxigen "puşi în mişcare" de catod (ionii nu au
posibilitatea de a trece prin membrană, aceasta permiţând doar
transferul protonilor - altfel nu s-ar mai numi "membrană de schimb de
protoni sau PEM sau proton exchange membrane). Legile care guvernează
"sarcinile electrice" vor determina ca, pe partea cu hidrogen să se
creeze un surplus de sarcină pozitivă (care, de fapt, este o zonă cu
lipsă de electroni) iar de partea cu oxigenul să se creeze un surplus
de electroni care vor avea tendinţa de a trece spre zona cu deficit de
electroni. Aici intervin elementele colectoare care vor dirija
electronii, prin elemente controlate, către zona menţionată unde va
apare aşa-numitul consumator care să "speculeze" aceste dezechilibru şi
să producă putere, lucru mecanic, etc. (prin utilizarea curentului
electric continuu astfel apărut).
Cât
despre elementele "reziduale" ale acestei reacţii putem spune că
hidrogenul plin de nevoie de electroni (protonii săi fiind luaţi cu
forţa de fluxul de trecere prin membrană către catod şi zona acestuia)
se va întâlni cu oxigenul puternic ionizat (cu electroni
disponibili) şi... se vor uni cu rezultarea de apă (H2O) şi
căldură.
Pentru a se
obţine o putere mărită, cel puţin în stadiul tehnologic actual,
este necesar să se cumuleze acţiunea mai multor astfel de celule
rezultând un grup (grupul speculează înserierea voltajului
obţinut de gruparea de microcelule dar şi speculează o suprafaţă mai
mare a elementelor colectoare care, astfel, duc la mărirea fluxurilor
electrice rezultate), realizat după anumite principii de voltaj,
putere, etc.
În
cazul prezentat de noi (Honda) motorul are o mică problemă, născută de
celulele de putere, ce constă în imposibilitatea utilizării
acestora în regim de temperaturi scăzute (celulele nu mai
funcţionează sub 15 0C). Dar, dacă luăm în calcul
faptul că motorul este deosebit de silenţios şi are vibraţii deosebit
de reduse... poate că uităm de această mică problemă de iarnă.
Evacuarea apei nu este o
problemă (chiar dacă este nevoie de un sistem de detectare a
umidităţii care să asigure funcţionarea eficientă a tuturor elementelor
electrice care, după cum bine se ştie, urăşte umiditatea) dar, apare şi
căldura, o căldură generată atât de reacţia de închidere a
procesului de producere a energie (unirea hidrogenului şi a oxigenului
cu rezultarea de apă) cât şi de elementele în mişcare
reprezentate de motor, sistem de transmisie, cale de rulare, etc. Acest
lucru determină pe oricine adoptă acest sistem să doteze maşinile cu
un generos sistem de răcire, cazul Hondei noastre fiind
"rezolvat" cu un radiator central şi două laterale funcţionând
datorită circulării de apă cu ajutorul unei pompe de răcire. De multe
ori va fi nevoie de un sistem suplimentar de răcire pe aer ce va viza
răcirea grupurilor de celule de putere.
Pentru o eficientă utilizare a
resurselor existente s-a introdus şi un capacitor care să stocheze
energiile produse (şi recuperate) în timpul încetinirilor
sau al frânării, oferind un suport binevenit în momentele
în care se solicită un plus de putere, cum ar fi momentele de
accelerare (acest sistem este folosit destul de mult la acest moment,
fiind introdus inclusiv pe maşini cu combustie internă ca un fel de
element de economie de energie şi ajutaj încărcător pentru
baterie).
Sistemele de
stocare ale gazelor (de fapt doar al hidrogenului, deoarece oxigenul
este luat direct din aer fără a fi necesar să existe elemente de
stocare ale acestuia) sunt destul de voluminoase (ceva mai voluminoase
faţă de sistemele GPL, în special datorită faptului că
hidrogenul este gazul cel mai dispersiv cu putinţă). Astfel, datorită
volumului mare şi a imposibilităţii tehnologice actuale de stocare mai
eficientă, autonomia este destul de restrânsă, posibilităţile
actuale permmiţând autonomii în jurul a 3 - 400 km
(eficienţa de utilizare dând un consum de aproximativ 2 kg
hidrogen pentru 100 km parcurşi).
Chipurile
utilizate de aceste maşini sunt destul de sofisticate deoarece ele
trebuie să "manipuleze" o gamă foarte largă de parametri cum ar fi
echilibrul de putere între generare şi utilizare, consumuri
optime, transferuri de energie, control al umidităţii, detecţie de
scăpări de gaze şi decizii legate de acestea atât în
condiţii de utilizare normală cât şi în condiţii de
accident, etc.
Toate acestea
sunt elemente care ridică valorile de achiziţie ale unor astfel de
maşini la valori prohibitive, pornind de la valori în jur
de un milion de dolari pentru prototipuri şi ajungând la valori
de 125.000 dolari pentru o maşină aşa-zis uzuală (sedanul Honda FCX
Clarity realizat în 2008 mare "full function").
Din acest
motiv, pentru mult timp de acum încolo (probabil) progresul
tehnologic ne permite doar abordarea vehiculelor electrice care
speculează doar performanţele mediilor de stocare a energiei (baterii)
sau, şi mai accesibil, utilizarea de vehicule hibrid în care să
se folosească motoarele cu conbustie internă împreună cu cele
electrice. Un exemplu în acest sens este Chevrolet Volt realizat
de General Motors care poate fi achiziţionat pentru 40.000 USD şi care
are o autonomie, la acest moment, de aproximativ 65 km pe baterii,
restul sarcinilor de deplasare fiind "onorate" de motorul cu conbustie
internă.