Auto >> Automobiel >  >> Auto zorg

Hoe brandstofcellen werken


Je hebt vast wel eens gehoord van brandstofcellen . In 2003 kondigde president Bush een programma aan genaamd het Hydrogen Fuel Initiative (HFI) tijdens zijn State of the Union-toespraak. Dit initiatief, ondersteund door wetgeving in de Energy Policy Act van 2005 (EPACT 2005) en het Advanced Energy Initiative van 2006, heeft tot doel waterstof-, brandstofcel- en infrastructuurtechnologieën te ontwikkelen om brandstofcelvoertuigen tegen 2020 praktisch en kosteneffectief te maken. De Verenigde Staten hebben tot nu toe meer dan een miljard dollar besteed aan onderzoek en ontwikkeling van brandstofcellen.

Dus wat is eigenlijk een brandstofcel eigenlijk? Waarom werken overheden, particuliere bedrijven en academische instellingen samen om ze te ontwikkelen en te produceren? Brandstofcellen wekken stil en efficiënt elektrische stroom op, zonder vervuiling. In tegenstelling tot energiebronnen die fossiele brandstoffen gebruiken, zijn de bijproducten van een werkende brandstofcel warmte en water. Maar hoe doet het dit?

In dit artikel zullen we een korte blik werpen op elk van de bestaande of opkomende brandstofceltechnologieën. We zullen in detail uitleggen hoe brandstofcellen met polymeer elektrolytmembraan (PEMFC ) werken en onderzoeken hoe brandstofcellen zich verhouden tot andere vormen van energieopwekking. We zullen ook enkele obstakels onderzoeken die onderzoekers tegenkomen om brandstofcellen praktisch en betaalbaar te maken voor ons gebruik, en we zullen de mogelijke toepassingen van brandstofcellen bespreken.

Als je technisch wilt zijn, een brandstofcel is een elektrochemisch energieconversieapparaat . Een brandstofcel zet de chemicaliën waterstof en zuurstof om in water en produceert daarbij elektriciteit.

Het andere elektrochemische apparaat dat we allemaal kennen, is de batterij. Een batterij heeft al zijn chemicaliën erin opgeslagen en zet die chemicaliën ook om in elektriciteit. Dit betekent dat een batterij uiteindelijk "dood gaat" en u deze ofwel weggooit of oplaadt.

Bij een brandstofcel stromen er constant chemicaliën de cel in, zodat deze nooit dood gaat. Zolang er chemicaliën de cel instromen, stroomt de elektriciteit de cel uit. De meeste brandstofcellen die tegenwoordig worden gebruikt, gebruiken waterstof en zuurstof als chemicaliën.

In het volgende gedeelte zullen we kijken naar de verschillende soorten brandstofcellen.

Inhoud
  1. Typen brandstofcellen
  2. Polymeeruitwisselingsmembraan brandstofcellen
  3. Efficiëntie van brandstofcellen
  4. Efficiëntie van benzine- en batterijvermogen
  5. Problemen met brandstofcellen
  6. Waarom brandstofcellen gebruiken?

>Soorten brandstofcellen

De brandstofcel zal concurreren met vele andere apparaten voor het omzetten van energie, waaronder de gasturbine in de elektriciteitscentrale van uw stad, de benzinemotor in uw auto en de batterij in uw laptop. Verbrandingsmotoren zoals de turbine en de benzinemotor verbranden brandstoffen en gebruiken de druk die wordt gecreëerd door de uitzetting van de gassen om mechanisch werk te doen. Batterijen zetten chemische energie indien nodig weer om in elektrische energie. Brandstofcellen zouden beide taken efficiënter moeten uitvoeren.

Een brandstofcel levert een gelijkstroom (gelijkstroom) die kan worden gebruikt voor het aandrijven van motoren, lampen of een willekeurig aantal elektrische apparaten.

Er zijn verschillende soorten brandstofcellen, elk met een andere chemie. Brandstofcellen worden meestal geclassificeerd op basis van hun bedrijfstemperatuur en het type elektrolyt ze gebruiken. Sommige soorten brandstofcellen werken goed voor gebruik in stationaire elektriciteitscentrales. Andere kunnen nuttig zijn voor kleine draagbare toepassingen of voor het aandrijven van auto's. De belangrijkste soorten brandstofcellen zijn:

Polymeeruitwisselingsmembraan brandstofcel (PEMFC)

Het Department of Energy (DOE) richt zich op de PEMFC als de meest waarschijnlijke kandidaat voor transporttoepassingen. De PEMFC heeft een hoge vermogensdichtheid en een relatief lage bedrijfstemperatuur (variërend van 60 tot 80 graden Celsius, of 140 tot 176 graden Fahrenheit). Door de lage bedrijfstemperatuur duurt het niet lang voordat de brandstofcel is opgewarmd en elektriciteit begint op te wekken. We zullen de PEMFC in het volgende gedeelte nader bekijken.

Vaste oxide brandstofcel (SOFC)

Deze brandstofcellen zijn het meest geschikt voor grootschalige stationaire stroomgeneratoren die elektriciteit kunnen leveren aan fabrieken of steden. Dit type brandstofcel werkt bij zeer hoge temperaturen (tussen 700 en 1.000 graden Celsius). Deze hoge temperatuur maakt de betrouwbaarheid een probleem, omdat delen van de brandstofcel kapot kunnen gaan na herhaaldelijk in- en uitschakelen. Vast oxide brandstofcellen zijn echter zeer stabiel bij continu gebruik. In feite heeft de SOFC aangetoond dat het de langste levensduur heeft van alle brandstofcellen onder bepaalde bedrijfsomstandigheden. De hoge temperatuur heeft ook een voordeel:de stoom die de brandstofcel produceert, kan naar turbines worden geleid om meer elektriciteit op te wekken. Dit proces heet WKK (WKK) en het verbetert de algehele efficiëntie van het systeem.

Alkaline brandstofcel (AFC)

Dit is een van de oudste ontwerpen voor brandstofcellen; het ruimteprogramma van de Verenigde Staten gebruikt ze sinds de jaren zestig. De AFC is erg gevoelig voor vervuiling en heeft daarom zuivere waterstof en zuurstof nodig. Het is ook erg duur, dus het is onwaarschijnlijk dat dit type brandstofcel op de markt wordt gebracht.

Gesmolten-carbonaatbrandstofcel (MCFC)

Net als de SOFC zijn deze brandstofcellen ook het meest geschikt voor grote stationaire stroomgeneratoren. Ze werken op 600 graden Celsius, zodat ze stoom kunnen genereren waarmee meer stroom kan worden opgewekt. Ze hebben een lagere bedrijfstemperatuur dan vaste oxide brandstofcellen, wat betekent dat ze zulke exotische materialen niet nodig hebben. Dit maakt het ontwerp iets goedkoper.

Fosforzuur brandstofcel (PAFC)

De fosforzuurbrandstofcel heeft potentieel voor gebruik in kleine stationaire energieopwekkingssystemen. Het werkt bij een hogere temperatuur dan brandstofcellen met polymeer-uitwisselingsmembraan, dus het heeft een langere opwarmtijd. Dit maakt het ongeschikt voor gebruik in auto's.

Direct-methanol brandstofcel (DMFC)

Methanol brandstofcellen zijn vergelijkbaar met een PEMFC wat betreft bedrijfstemperatuur, maar zijn niet zo efficiënt. Ook heeft de DMFC relatief veel platina nodig om als katalysator te werken, wat deze brandstofcellen duur maakt.

In het volgende gedeelte zullen we nader ingaan op het soort brandstofcel dat de DOE van plan is te gebruiken om toekomstige voertuigen aan te drijven -- de PEMFC .

De uitvinding van de brandstofcel

Sir William Grove vond de eerste brandstofcel uit in 1839. Grove wist dat water kon worden gesplitst in waterstof en zuurstof door er een elektrische stroom doorheen te sturen (een proces dat elektrolyse wordt genoemd) ). Hij veronderstelde dat je door het omkeren van de procedure elektriciteit en water zou kunnen produceren. Hij creëerde een primitieve brandstofcel en noemde die een voltaïsche gasbatterij . Na te hebben geëxperimenteerd met zijn nieuwe uitvinding, bewees Grove zijn hypothese. Vijftig jaar later bedachten wetenschappers Ludwig Mond en Charles Langer de term brandstofcel terwijl we probeerden een praktisch model te bouwen om elektriciteit te produceren.

>Polymeeruitwisselingsmembraan brandstofcellen


De polymeer uitwisselingsmembraan brandstofcel (PEMFC) is een van de meest veelbelovende brandstofceltechnologieën. Dit type brandstofcel zal waarschijnlijk auto's, bussen en misschien zelfs uw huis van stroom voorzien. De PEMFC gebruikt een van de eenvoudigste reacties van elke brandstofcel. Laten we eerst eens kijken wat er in een PEM-brandstofcel zit:

In Figuur 1 u kunt zien dat er vier basiselementen van een PEMFC zijn:

  • De anode , de negatieve post van de brandstofcel, heeft meerdere banen. Het geleidt de elektronen die vrijkomen van de waterstofmoleculen zodat ze in een extern circuit kunnen worden gebruikt. Er zijn kanalen in geëtst die het waterstofgas gelijkmatig over het oppervlak van de katalysator verspreiden.
  • De kathode , de positieve pool van de brandstofcel, heeft kanalen erin geëtst die de zuurstof naar het oppervlak van de katalysator verdelen. Het leidt ook de elektronen terug van het externe circuit naar de katalysator, waar ze kunnen recombineren met de waterstofionen en zuurstof om water te vormen.
  • De elektrolyt is het protonenuitwisselingsmembraan . Dit speciaal behandelde materiaal, dat eruitziet als gewone keukenfolie, geleidt alleen positief geladen ionen. Het membraan blokkeert elektronen. Voor een PEMFC moet het membraan gehydrateerd zijn om te kunnen functioneren en stabiel te blijven.
  • De katalysator is een speciaal materiaal dat de reactie van zuurstof en waterstof vergemakkelijkt. Het is meestal gemaakt van platina-nanodeeltjes die zeer dun op carbonpapier of doek zijn aangebracht. De katalysator is ruw en poreus, zodat het maximale oppervlak van het platina kan worden blootgesteld aan waterstof of zuurstof. De met platina gecoate zijde van de katalysator is gericht naar de PEM.

Afbeelding waterstofgas onder druk (H2 ) die de brandstofcel aan de anodezijde binnenkomt. Dit gas wordt door de druk door de katalysator geperst. Wanneer een H2 molecuul in contact komt met het platina op de katalysator, splitst het in twee H + ionen en twee elektronen (e - ). De elektronen worden door de anode geleid, waar ze hun weg banen door het externe circuit (nuttig werk doen zoals het draaien van een motor) en terugkeren naar de kathodezijde van de brandstofcel.

Ondertussen, aan de kathodezijde van de brandstofcel, zuurstofgas (O2 ) wordt door de katalysator geperst, waar het twee zuurstofatomen vormt. Elk van deze atomen heeft een sterke negatieve lading. Deze negatieve lading trekt de twee H + . aan ionen door het membraan, waar ze zich combineren met een zuurstofatoom en twee van de elektronen uit het externe circuit om een ​​watermolecuul te vormen (H2 O).

Deze reactie in een enkele brandstofcel levert slechts ongeveer 0,7 volt op. Om deze spanning op een redelijk niveau te krijgen, moeten veel afzonderlijke brandstofcellen worden gecombineerd tot een brandstofcelstapel . Bipolaire platen worden gebruikt om de ene brandstofcel met de andere te verbinden en zijn onderhevig aan zowel oxiderende en verminderen omstandigheden en mogelijkheden. Een groot probleem met bipolaire platen is stabiliteit. Metalen bipolaire platen kunnen corroderen en de bijproducten van corrosie (ijzer- en chroomionen) kunnen de effectiviteit van brandstofcelmembranen en elektroden verminderen. Lage temperatuur brandstofcellen gebruiken lichtgewicht metalen , grafiet en koolstof/thermohard composieten (thermoset is een soort plastic dat ook bij hoge temperaturen stijf blijft) als bipolair plaatmateriaal.

In het volgende gedeelte zullen we zien hoe efficiënt brandstofcelvoertuigen kunnen zijn.

Chemie van een brandstofcel

Anodezijde :2H₂ → 4H⁺ + 4e⁻

Kathodezijde :O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O

Netto reactie :2H₂ + O₂ → 2H₂O

Lees meer>

>Efficiëntie van brandstofcellen


Het verminderen van vervuiling is een van de hoofddoelen van de brandstofcel. Door een auto op brandstofcel te vergelijken met een auto met benzinemotor en een auto op batterijen, kun je zien hoe brandstofcellen de efficiëntie van auto's van vandaag kunnen verbeteren.

Aangezien alle drie de typen auto's veel van dezelfde componenten hebben (banden, transmissies, enzovoort), negeren we dat deel van de auto en vergelijken we de efficiëntie tot het punt waarop mechanische kracht wordt gegenereerd. Laten we beginnen met de brandstofcelauto. (Al deze efficiënties zijn benaderingen, maar ze zouden dicht genoeg moeten zijn om een ​​ruwe vergelijking te maken.)

Als de brandstofcel wordt aangedreven door pure waterstof, kan deze tot 80 procent efficiënt zijn. Dat wil zeggen, het zet 80 procent van de energie-inhoud van de waterstof om in elektrische energie. We moeten de elektrische energie echter nog steeds omzetten in mechanisch werk. Dit wordt bereikt door de elektromotor en de omvormer. Een redelijk getal voor het rendement van de motor/omvormer is ongeveer 80 procent. We hebben dus 80 procent efficiëntie bij het opwekken van elektriciteit en 80 procent efficiëntie bij het omzetten in mechanische energie. Dat geeft een algehele efficiëntie van ongeveer 64 procent . Honda's FCX-conceptvoertuig heeft naar verluidt 60 procent energie-efficiëntie.

Als de brandstofbron geen zuivere waterstof is, heeft het voertuig ook een reformer nodig. Een reformer zet koolwaterstof- of alcoholbrandstoffen om in waterstof. Ze genereren warmte en produceren naast waterstof nog andere gassen. Ze gebruiken verschillende apparaten om te proberen de waterstof op te ruimen, maar toch is de waterstof die eruit komt niet zuiver en dit verlaagt de efficiëntie van de brandstofcel. Omdat reformers de efficiëntie van brandstofcellen beïnvloeden, hebben DOE-onderzoeken besloten zich te concentreren op voertuigen met zuivere waterstofbrandstofcellen, ondanks de uitdagingen in verband met de productie en opslag van waterstof.

Vervolgens leren we over de efficiëntie van auto's op benzine en batterijen.

Waterstof

Waterstof is het meest voorkomende element in het heelal. Waterstof komt echter van nature niet voor op aarde in zijn elementaire vorm. Ingenieurs en wetenschappers moeten zuivere waterstof produceren uit waterstofverbindingen, inclusief fossiele brandstoffen of water. Om waterstof uit deze verbindingen te halen, moet je energie gebruiken. De benodigde energie kan komen in de vorm van warmte, elektriciteit of zelfs licht.

>Efficiëntie van benzine- en batterijvermogen


Het rendement van een auto op benzine is verrassend laag. Alle warmte die eruit komt als uitlaat of in de radiator gaat, is verspilde energie. De motor verbruikt ook veel energie voor het draaien van de verschillende pompen, ventilatoren en generatoren die hem draaiende houden. Dus de algehele efficiëntie van een autogasmotor is ongeveer 20 procent . Dat wil zeggen, slechts ongeveer 20 procent van de thermische energie-inhoud van de benzine wordt omgezet in mechanisch werk.

Een elektrische auto op batterijen heeft een vrij hoog rendement. De batterij is ongeveer 90 procent efficiënt (de meeste batterijen genereren wat warmte of hebben verwarming nodig), en de elektromotor/omvormer is ongeveer 80 procent efficiënt. Dit geeft een algehele efficiëntie van ongeveer 72 procent .

Maar dat is niet het hele verhaal. De elektriciteit die gebruikt werd om de auto van stroom te voorzien, moest ergens worden opgewekt. Als het werd opgewekt in een elektriciteitscentrale die een verbrandingsproces gebruikte (in plaats van nucleair, waterkracht, zonne-energie of wind), dan werd slechts ongeveer 40 procent van de brandstof die nodig was voor de elektriciteitscentrale omgezet in elektriciteit. Het proces van het opladen van de auto vereist de omzetting van wisselstroom (AC) naar gelijkstroom (DC). Dit proces heeft een efficiëntie van ongeveer 90 procent.

Dus als we naar de hele cyclus kijken, is het rendement van een elektrische auto 72 procent voor de auto, 40 procent voor de energiecentrale en 90 procent voor het opladen van de auto. Dat geeft een algehele efficiëntie van 26 procent . Het totale rendement varieert aanzienlijk, afhankelijk van het soort elektriciteitscentrale dat wordt gebruikt. Als de elektriciteit voor de auto bijvoorbeeld wordt opgewekt door een waterkrachtcentrale, dan is het in principe gratis (we hebben geen brandstof verbrand om het op te wekken), en het rendement van de elektrische auto is ongeveer 65 procent .

Wetenschappers onderzoeken en verfijnen ontwerpen om de efficiëntie van brandstofcellen te blijven verhogen. Een benadering is het combineren van brandstofcel- en batterijaangedreven voertuigen. Ford Motors en Airstream ontwikkelen een conceptvoertuig aangedreven door een hybride brandstofcelaandrijflijn genaamd de HySeries Drive . Ford beweert dat het voertuig een brandstofverbruik heeft dat vergelijkbaar is met 41 mijl per gallon. Het voertuig gebruikt een lithiumbatterij om de auto van stroom te voorzien, terwijl de brandstofcel de batterij oplaadt.

Brandstofcelvoertuigen zijn potentieel net zo efficiënt als een auto op batterijen die afhankelijk is van een energiecentrale die geen brandstof verbruikt. Maar het kan moeilijk zijn om dat potentieel op een praktische en betaalbare manier te bereiken. In het volgende gedeelte zullen we enkele van de uitdagingen onderzoeken om een ​​brandstofcel-energiesysteem te realiseren.

Gouden Katalysatoren

Wetenschap op nanoschaal kan ontwikkelaars van brandstofcellen een aantal veelgevraagde antwoorden bieden. Goud is bijvoorbeeld meestal een niet-reactief metaal. Wanneer gouddeeltjes echter worden verkleind tot nanometergrootte, kunnen ze een even effectieve katalysator zijn als platina.

>Problemen met brandstofcellen

Brandstofcellen zijn misschien het antwoord op onze stroomproblemen, maar eerst zullen wetenschappers een paar grote problemen moeten oplossen:

Kosten

Een van de problemen die verband houden met brandstofcellen, is hoe duur ze zijn. Veel van de onderdelen van een brandstofcel zijn kostbaar. Voor PEMFC-systemen vormen protonenuitwisselingsmembranen, edelmetaalkatalysatoren (meestal platina), gasdiffusielagen en bipolaire platen 70 procent van de kosten van een systeem [Bron:fundamentele onderzoeksbehoeften voor een waterstofeconomie]. Om concurrerend geprijsd te zijn (vergeleken met benzine-aangedreven voertuigen), moeten brandstofcelsystemen $ 35 per kilowatt kosten. Momenteel is de verwachte productieprijs voor grote volumes $ 73 per kilowatt [Bron:Garland]. In het bijzonder moeten onderzoekers ofwel de hoeveelheid platina verminderen die nodig is om als katalysator te werken, ofwel een alternatief vinden.

Duurzaamheid

Onderzoekers moeten PEMFC-membranen ontwikkelen die duurzaam zijn en kunnen werken bij temperaturen van meer dan 100 graden Celsius en nog steeds functioneren bij omgevingstemperaturen onder het vriespunt. Een temperatuurdoelstelling van 100 graden Celsius is vereist om ervoor te zorgen dat een brandstofcel een hogere tolerantie heeft voor onzuiverheden in brandstof. Omdat je relatief vaak een auto start en stopt, is het belangrijk dat het membraan onder fietsomstandigheden stabiel blijft. Momenteel hebben membranen de neiging om te degraderen terwijl brandstofcellen aan en uit gaan, vooral als de bedrijfstemperatuur stijgt.

Hydratatie

Omdat PEMFC-membranen moeten worden gehydrateerd om waterstofprotonen over te brengen, moeten onderzoekers een manier vinden om brandstofcelsystemen te ontwikkelen die kunnen blijven werken bij temperaturen onder het vriespunt, lage luchtvochtigheid en hoge bedrijfstemperaturen. Bij ongeveer 80 graden Celsius gaat de hydratatie verloren zonder een hogedrukhydratatiesysteem.

De SOFC heeft een gerelateerd probleem met duurzaamheid. Vast oxide systemen hebben problemen met materiaalcorrosie. De integriteit van de afdichting is ook een belangrijk punt van zorg. Het kostendoel voor SOFC's is minder beperkend dan voor PEMFC-systemen met $ 400 per kilowatt, maar er zijn geen voor de hand liggende middelen om dat doel te bereiken vanwege de hoge materiaalkosten. SOFC-duurzaamheid lijdt eronder nadat de cel herhaaldelijk is opgewarmd tot bedrijfstemperatuur en vervolgens afkoelt tot kamertemperatuur.

Bezorging

In het technisch plan voor brandstofcellen van het ministerie van Energie staat dat de momenteel beschikbare luchtcompressortechnologieën niet geschikt zijn voor gebruik in voertuigen, wat het ontwerpen van een waterstoftoevoersysteem problematisch maakt.

Infrastructuur

Om ervoor te zorgen dat PEMFC-voertuigen een levensvatbaar alternatief worden voor consumenten, moet er een infrastructuur voor waterstofopwekking en -levering zijn. Deze infrastructuur kan pijpleidingen, vrachtwagenvervoer, tankstations en waterstofopwekkingsinstallaties omvatten. De DOE hoopt dat de ontwikkeling van een verkoopbaar voertuigmodel de ontwikkeling van een infrastructuur zal stimuleren om dit te ondersteunen.

Opslag en andere overwegingen

Driehonderd mijl is een conventionele driving range (de afstand die je kunt rijden in een auto met een volle tank benzine). Om een ​​vergelijkbaar resultaat te krijgen met een brandstofcelvoertuig, moeten onderzoekers rekening houden met waterstofopslagoverwegingen, voertuiggewicht en -volume, kosten en veiligheid.

Hoewel PEMFC-systemen lichter en kleiner zijn geworden naarmate er verbeteringen worden aangebracht, zijn ze nog steeds te groot en te zwaar voor gebruik in standaardvoertuigen.

Er zijn ook veiligheidsproblemen met betrekking tot het gebruik van brandstofcellen. Wetgevers zullen nieuwe procedures moeten creëren die eerstehulpverleners moeten volgen wanneer ze een incident met een brandstofcelvoertuig of generator moeten afhandelen. Ingenieurs zullen veilige, betrouwbare waterstoftoevoersystemen moeten ontwerpen.

Onderzoekers staan ​​voor grote uitdagingen. In het volgende gedeelte zullen we onderzoeken waarom de Verenigde Staten en andere landen investeren in onderzoek om deze obstakels te overwinnen.

Op aroma's gebaseerde membranen

Een alternatief voor de huidige perfluorsulfonzuurmembranen zijn op aromaten gebaseerde membranen. Aromatisch verwijst in dit geval niet naar de aangename geur van het membraan - het verwijst in feite naar aromatische ringen zoals benzeen, pyridine of indol. Deze membranen zijn stabieler bij hogere temperaturen, maar hebben nog steeds hydratatie nodig. Bovendien zwellen op aromaten gebaseerde membranen wanneer ze hun hydratatie verliezen, wat de efficiëntie van de brandstofcel kan beïnvloeden.

>Waarom brandstofcellen gebruiken?

Waarom werkt de Amerikaanse regering samen met universiteiten, openbare organisaties en particuliere bedrijven om alle uitdagingen te overwinnen om brandstofcellen tot een praktische energiebron te maken? Er is meer dan een miljard dollar uitgegeven aan onderzoek en ontwikkeling van brandstofcellen. Een waterstofinfrastructuur zal aanzienlijk meer kosten om te bouwen en te onderhouden (sommige schattingen bedragen 500 miljard dollar). Waarom denkt de president dat brandstofcellen de investering waard zijn?

De belangrijkste redenen hebben alles met olie te maken. Amerika moet 55 procent van zijn olie importeren. In 2025 zal dit naar verwachting groeien tot 68 procent. Tweederde van de olie die Amerikanen elke dag gebruiken, is voor transport. Zelfs als elk voertuig op straat een hybride auto zou zijn, zouden we in 2025 nog steeds dezelfde hoeveelheid olie moeten gebruiken als nu [Bron:Fuel Cells 2000]. Amerika verbruikt zelfs een kwart van alle olie die in de wereld wordt geproduceerd, hoewel hier slechts 4,6 procent van de wereldbevolking woont [Bron:National Security Consequences of U.S. Oil Dependency].

Experts verwachten dat de olieprijzen de komende decennia zullen blijven stijgen naarmate meer goedkope bronnen uitgeput raken. Oliemaatschappijen zullen in steeds uitdagendere omgevingen moeten zoeken naar olievoorraden, waardoor de olieprijzen zullen stijgen.

De zorgen reiken veel verder dan economische zekerheid. De Council on Foreign Relations bracht in 2006 een rapport uit met de titel "National Security Consequences of U.S. Oil Dependency". Een taskforce bracht talrijke zorgen naar voren over hoe Amerika's groeiende afhankelijkheid van olie de veiligheid van de natie in gevaar brengt. Een groot deel van het rapport was gericht op de politieke relaties tussen landen die olie vragen en de landen die olie leveren. Veel van deze olierijke landen bevinden zich in gebieden waar politieke instabiliteit of vijandigheid heerst. Andere landen schenden de mensenrechten of ondersteunen zelfs beleid zoals genocide. Het is in het belang van de Verenigde Staten en de wereld om alternatieven voor olie te onderzoeken om financiering van dergelijk beleid te voorkomen.

Het gebruik van olie en andere fossiele brandstoffen voor energie veroorzaakt vervuiling. Vervuilingskwesties zijn de laatste tijd veel in het nieuws - van de film "An Inconvenient Truth" tot de aankondiging dat klimaatverandering en de opwarming van de aarde een rol zouden spelen bij toekomstige aanpassingen van de Doomsday Clock. Het is in het belang van iedereen om een ​​alternatief te vinden voor het verbranden van fossiele brandstoffen voor energie.

Brandstofceltechnologieën zijn een aantrekkelijk alternatief voor olieafhankelijkheid. Brandstofcellen geven geen vervuiling af en produceren in feite zuiver water als bijproduct. Hoewel ingenieurs zich concentreren op de productie van waterstof uit bronnen zoals aardgas voor de korte termijn, heeft het Hydrogen Initiative plannen om in de toekomst hernieuwbare, milieuvriendelijke manieren te onderzoeken om waterstof te produceren. Omdat je waterstof uit water kunt maken, zouden de Verenigde Staten in toenemende mate kunnen vertrouwen op binnenlandse bronnen voor energieproductie.

Andere landen onderzoeken ook brandstofceltoepassingen. Afhankelijkheid van olie en opwarming van de aarde zijn internationale problemen. Verschillende landen werken samen om onderzoeks- en ontwikkelingsinspanningen op het gebied van brandstofceltechnologieën te bevorderen. Een van de partnerschappen is The International Partnership for the Hydrogen Economy.

Het is duidelijk dat wetenschappers en fabrikanten nog veel werk te doen hebben voordat brandstofcellen een praktisch alternatief worden voor de huidige methoden voor energieproductie. Toch kan, met wereldwijde steun en samenwerking, het doel om een ​​levensvatbaar energiesysteem op basis van brandstofcellen te hebben binnen een paar decennia werkelijkheid zijn.

Een brandstofcel die draait op afval

Milieu-ingenieurs van de Pennsylvania State University hebben een brandstofcel ontwikkeld die op afvalwater werkt. De cel gebruikt microben om organisch materiaal af te breken. De materie maakt op haar beurt waterstof en elektronen vrij. De brandstofcel kan ongeveer 80 procent van de organische stof in afvalwater afbreken, en net als PEMFC's is de output warmte en zuiver water. De energie die door de brandstofcel wordt gegenereerd, kan een pompsysteem van een waterzuiveringsinstallatie van stroom voorzien.

Internationaal partnerschap voor de waterstofeconomie

  • Australië
  • Brazilië
  • Canada
  • China
  • European Commission
  • France
  • Germany
  • India
  • Italy
  • Japan
  • Korea
  • New Zealand
  • Norway
  • Russian Federation
  • Iceland
  • United Kingdom
  • United States
Lees meer>

AutoFuel EconomyHoe de prijsstelling van alternatieve brandstoffen werktAutoAlternative FuelsAlternative FuelAutoAlternative Fuels10 Ideeën voor alternatieve brandstoffen die nooit uit het lab zijn gekomenAutoHybrid TechnologyWat zijn de moeilijkste normen waaraan moet worden voldaan voor een auto op alternatieve brandstof?AutoHybrid TechnologyHoe tankstations voor alternatieve brandstof werkenAutoHybrid TechnologyWat is 's werelds goedkoopste auto op alternatieve brandstof? AutoBiofuelsIs biobrandstof uit algen een levensvatbaar alternatief voor olie?AutoBiofuelsPromoot oliemaatschappijen alternatieve energie?Autohybride technologieTop 10 alternatieve brandstoffen op de weg op dit momentAutoBiofuelsIs biobrandstof een redelijk (en veilig) alternatief voor vliegtuigbrandstof?AutoAlternative FuelsAlternative Fuel Vehicle PicturesAutoAlternative FuelsNatural Gas Vehicles:A Clean AlternativeAutoAlternative FuelsHoe Brandstofcellen werkenAutoalternatieve brandstoffenHoe biodiesel werktAutoalternatieve brandstoffenIs ethanol echt milieuvriendelijker dan gas?Autoalternatieve brandstoffenHoeveel maïs voor ethanolAutoalternatieve brandstoffenKan zout water ca. rs?Auto-alternatieve brandstoffenHoe aardgasvoertuigen werkenAuto-alternatieve brandstoffenE85 Ethanol Flex Fuel-overzichtAuto-alternatieve brandstoffenKan ethanol uw motor beschadigen?Auto-alternatieve brandstoffenWat is topbrandstof en wat is het verschil met benzine?Auto-alternatieve brandstoffenKan een auto op kernenergie rijden? Wetenschap Energieproductie Wat is het goedkoopste alternatief voor nieuwe energie? Wetenschap Groene wetenschap Wat is de goedkoopste nieuwe alternatieve energie? Wetenschap Groene wetenschap10 gekke vormen van alternatieve energie Wetenschap Groene wetenschap Zullen alternatieve brandstoffen de wereldwijde graanvoorraad uitputten?

>Veel meer informatie

Verwante artikelen

  • H­ow the Hydrogen Economy Works
  • Hoe hybride auto's werken
  • How Fuel Processors Work
  • Hoe zonnecellen werken
  • Hoe automotoren werken
  • How Fusion Propulsion Will Work
  • How Air-Powered Cars Will Work
  • What are all the different ways to store energy besides using rechargeable batteries?

Meer geweldige links

  • Office of Basic Energy Sciences
  • Fuel Cells 2000
  • The Department of Energy's Hydrogen Program
  • Energy Efficiency and Renewable Energy

>Bronnen

  • "Basic Research Needs for the Hydrogen Economy." Office of Science, Department of Energy.http://www.sc.doe.gov/bes/hydrogen.pdf
  • Deutch, John, et al. "National Security Consequences of U.S. Oil Dependency." Independent Task Force Report No. 58.http://www.cfr.org/content/publications/attachments/EnergyTFR.pdf
  • Garland, Nancy. "Fuel Cells Sub-Program Overview." Amerikaanse ministerie van Energie. Dec. 19, 2008. (March 19, 2009)http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress08/v_0_fuel_cells_overview.pdf 
  • Goho, Alexandra. "Micropower Heats Up:Propane fuel cell packs a lot of punch." McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology.
  • Goho, Alexandra. "Special Treatment:Fuel cell draws energy from waste." McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology.
  • "Hydrogen Posture Plan." United States Department of Energy. http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells /pdfs/hydrogen_posture_plan.pdf
  • Rose, Robert. "Questions and Answers about Hydrogen and Fuel Cells." Breakthrough Technologies Institute.http://www.fuelcells.org
  • Testimony of David Garman, Under-Secretary of Energy. Committee on Energy and National Resources, United States Senate. http://www1.eere.energy.gov/office_eere/ congressional_test_071706_senate.html
  • VS Department of Energy Hydrogen Programhttp://www.hydrogen.energy.gov