Hoe brandstofcellen werken

  • Paul Sparks
  • 0
  • 1989
  • 345
Fotogalerij met alternatieve brandstofvoertuigen Ingenieurs vervingen de motor van de GM HydroGen3 door een brandstofcelstapel ter grootte van een magnetron. Bekijk meer foto's van voertuigen op alternatieve brandstof.

Je hebt er waarschijnlijk van gehoord brandstofcellen. In 2003 kondigde president Bush een programma aan met de naam 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 dusver 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 dat??

In dit artikel zullen we een korte blik werpen op elk van de bestaande of opkomende brandstofceltechnologieën. We zullen gedetailleerd beschrijven hoe polymeer elektrolyt membraan brandstofcellen (PEMFC) werken en onderzoeken hoe brandstofcellen zich verhouden tot andere vormen van energieopwekking. We zullen ook enkele van de obstakels onderzoeken waarmee onderzoekers worden geconfronteerd om brandstofcellen praktisch en betaalbaar voor ons gebruik te maken, en we zullen de mogelijke toepassingen van brandstofcellen bespreken..

Als je er technisch over wilt zijn, een brandstofcel is een elektrochemisch energieomzettingsapparaat. 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. Alle chemicaliën in een batterij zijn opgeslagen en zet die chemicaliën ook om in elektriciteit. Dit betekent dat een batterij uiteindelijk "leeg raakt" en u deze weggooit of oplaadt.

Bij een brandstofcel stromen chemicaliën constant de cel in, zodat deze nooit doodgaat - zolang er een stroom chemicaliën de cel in stroomt, stroomt de elektriciteit uit de cel. De meeste brandstofcellen die tegenwoordig worden gebruikt, gebruiken waterstof en zuurstof als chemicaliën.

In de volgende sectie kijken we naar de verschillende soorten brandstofcellen.

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

De brandstofcel zal concurreren met vele andere apparaten voor energieomzetting, 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 indien nodig chemische energie weer om in elektrische energie. Brandstofcellen zouden beide taken efficiënter moeten uitvoeren.

Een brandstofcel levert een DC-spanning (gelijkstroom) die kan worden gebruikt om motoren, lichten of een willekeurig aantal elektrische apparaten van stroom te voorzien.

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 energiecentrales. Andere kunnen handig 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. In de volgende sectie zullen we de PEMFC 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 na herhaaldelijk in- en uitschakelen kunnen breken. Brandstofcellen met vaste oxide zijn echter zeer stabiel bij continu gebruik. In feite heeft de SOFC onder bepaalde bedrijfsomstandigheden de langste levensduur van alle brandstofcellen aangetoond. De hoge temperatuur heeft ook een voordeel: de stoom die door de brandstofcel wordt geproduceerd, kan naar turbines worden geleid om meer elektriciteit op te wekken. Dit proces heet warmtekrachtkoppeling (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, dus het vereist pure waterstof en zuurstof. Het is ook erg duur, dus het is onwaarschijnlijk dat dit type brandstofcel op de markt komt.

Gesmolten-carbonaat-brandstofcel (MCFC)

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

Fosforzuur-brandstofcel (PAFC)

De fosforzuur-brandstofcel kan worden gebruikt in kleine stationaire stroomopwekkingssystemen. Het werkt bij een hogere temperatuur dan brandstofcellen met een polymeeruitwisselingsmembraan, dus het heeft een langere opwarmtijd. Dit maakt het ongeschikt voor gebruik in auto's.

Direct-methanol brandstofcel (DMFC)

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

In het volgende gedeelte gaan we dieper in 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 opgesplitst in waterstof en zuurstof door er een elektrische stroom doorheen te sturen (een proces dat elektrolyse). Hij veronderstelde dat je door de procedure om te keren elektriciteit en water zou kunnen produceren. Hij creëerde een primitieve brandstofcel en noemde die een gas voltaïsche batterij. 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.

Figuur 1. De onderdelen van een PEM-brandstofcel-

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 aandrijven. 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 je kunt zien dat er vier basiselementen zijn van een PEMFC:

  • De anode, de negatieve post van de brandstofcel, heeft verschillende banen. Het geleidt de elektronen die worden vrijgemaakt van de waterstofmoleculen, zodat ze kunnen worden gebruikt in een extern circuit. Er zijn kanalen in geëtst die het waterstofgas gelijkmatig over het oppervlak van de katalysator verspreiden.
  • De kathode, de positieve post van de brandstofcel, heeft kanalen erin geëtst die de zuurstof naar het oppervlak van de katalysator verdelen. Het geleidt 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 de protonenuitwisselingsmembraan. Dit speciaal behandelde materiaal, dat lijkt op gewoon keukenfolie, geleidt alleen positief geladen ionen. Het membraan blokkeert elektronen. Voor een PEMFC moet het membraan worden gehydrateerd om te 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 heel dun zijn gecoat op carbonpapier of -doek. De katalysator is ruw en poreus zodat het maximale oppervlak van het platina kan worden blootgesteld aan waterstof of zuurstof. De met platina beklede zijde van de katalysator is naar de PEM gericht.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Figuur 2. Animatie van een werkende brandstofcel

-Figuur 2 toont het waterstofgas onder druk (H.2) de brandstofcel binnenkomen aan de anodezijde. Dit gas wordt door de druk door de katalysator geperst. Wanneer een H2 molecuul komt in contact met het platina op de katalysator, het splitst zich in twee H+ ionen en twee elektronen (bijv-). De elektronen worden door de anode geleid, waar ze zich een 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 (H2O).

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 om een brandstofcelstapel. Bipolaire platen worden gebruikt om de ene brandstofcel met de andere te verbinden en worden aan beide onderworpen oxideren en verminderen voorwaarden 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. Gebruik van brandstofcellen voor lage temperaturen lichtgewicht metalen, grafiet en koolstof / thermohardende composieten (thermohardend is een soort plastic dat ook bij hoge temperaturen stijf blijft) als bipolair plaatmateriaal.

In de volgende sectie zullen we zien hoe efficiënt brandstofcelvoertuigen kunnen zijn.

Chemie van een brandstofcel Honda's FCX Concept Vehicle Photo copyright 2007, met dank aan AutoMotoPortal.com

Reductie van P-vervuiling is een van de belangrijkste doelen van de brandstofcel. Door een auto met brandstofcel te vergelijken met een auto met benzinemotor en een auto met batterijvoeding, kunt u zien hoe brandstofcellen de efficiëntie van auto's kunnen verbeteren..

Omdat 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 efficiëntieverbeteringen zijn benaderingen, maar ze moeten dichtbij genoeg zijn om een ​​grove vergelijking te maken.)

Als de brandstofcel wordt aangedreven met zuivere waterstof, kan deze tot 80 procent efficiënt zijn. Dat wil zeggen, het zet 80 procent van de energie-inhoud van waterstof om in elektrische energie. We moeten de elektrische energie echter nog omzetten in mechanisch werk. Dit wordt bereikt door de elektromotor en omvormer. Een redelijk aantal voor het rendement van de motor / inverter is ongeveer 80 procent. We hebben dus 80 procent efficiëntie bij het opwekken van elektriciteit, en 80 procent efficiëntie bij het omzetten in mechanisch vermogen. 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 ook andere gassen. Ze gebruiken verschillende apparaten om de waterstof op te ruimen, maar toch is de waterstof die eruit komt niet zuiver, en dit verlaagt de efficiëntie van de brandstofcel. Omdat hervormers invloed hebben op de efficiëntie van brandstofcellen, hebben DOE-onderzoeken besloten zich te concentreren op zuivere waterstofbrandstofcelvoertuigen, ondanks de uitdagingen die verband houden met waterstofproductie en -opslag.

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

Waterstof

Waterstof is het meest voorkomende element in het universum. Waterstof komt van nature echter 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.

Foto © 2007, met dank aan Airstream Ford's Airstream Concept

De efficiëntie van een benzineauto is verrassend laag. Alle warmte die naar buiten komt als uitlaat of naar de radiator gaat, is verspilde energie. De motor verbruikt ook veel energie door de verschillende pompen, ventilatoren en generatoren die hem draaiende te houden. Dus de algehele efficiëntie van een gasmotor voor auto's 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 werd gebruikt om de auto van stroom te voorzien, moest ergens worden opgewekt. Als het werd opgewekt in een energiecentrale die een verbrandingsproces gebruikte (in plaats van nucleair, waterkracht, zon of wind), dan werd slechts ongeveer 40 procent van de brandstof die de energiecentrale nodig had, omgezet in elektriciteit. Het opladen van de auto vereist de omzetting van wisselstroom (AC) in gelijkstroom (DC). Dit proces heeft een efficiëntie van ongeveer 90 procent.

Als we dus 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 algehele rendement varieert aanzienlijk, afhankelijk van het soort energiecentrale dat wordt gebruikt. Als de elektriciteit voor de auto bijvoorbeeld wordt opgewekt door een waterkrachtcentrale, dan is die in principe gratis (we hebben geen brandstof verbrand om deze op te wekken), en de efficiëntie van de elektrische auto is ongeveer 65 procent.

Wetenschappers onderzoeken en verfijnen ontwerpen om de efficiëntie van brandstofcellen te blijven verbeteren. Een benadering is om brandstofcel- en batterij-aangedreven voertuigen te combineren. Ford Motors en Airstream ontwikkelen een conceptauto die wordt aangedreven door een hybride brandstofcelaandrijving genaamd de HySeries-schijf. 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 in potentie net zo efficiënt als een auto op batterijen die afhankelijk is van een niet-brandstofverbrandende energiecentrale. Maar het bereiken van dat potentieel op een praktische en betaalbare manier kan moeilijk zijn. In de volgende sectie zullen we enkele van de uitdagingen onderzoeken om een ​​brandstofcel-energiesysteem te realiseren.

Golden Catalysts

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

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

Kosten

Het belangrijkste probleem van 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 systeemkosten [Bron: basisonderzoeksbehoeften voor een waterstofeconomie]. Om scherp geprijsd te zijn (in vergelijking met benzineauto's), moeten brandstofcelsystemen $ 35 per kilowatt kosten. Momenteel is de verwachte productieprijs voor grote volumes $ 73 per kilowatt [Bron: Garland]. In het bijzonder moeten onderzoekers de hoeveelheid platina verminderen die nodig is om als katalysator te werken, of een alternatief vinden.

Duurzaamheid

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

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 vochtigheid en hoge bedrijfstemperaturen. Bij ongeveer 80 graden Celsius gaat hydratatie verloren zonder een hogedruk hydratatiesysteem.

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

Levering

Het technisch plan voor brandstofcellen van het Department of Energy stelt dat de luchtcompressortechnologieën die momenteel beschikbaar zijn niet geschikt zijn voor gebruik in voertuigen, wat het ontwerpen van een waterstofbrandstoftoevoersysteem problematisch maakt.

Infrastructuur

Om ervoor te zorgen dat PEMFC-voertuigen een levensvatbaar alternatief voor consumenten worden, moet er een infrastructuur voor de opwekking en levering van waterstof zijn. Deze infrastructuur kan pijpleidingen, vrachtwagentransport, tankstations en waterstofcentrales 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 conventioneel rijbereik (de afstand die u kunt rijden in een auto met een volle tank benzine). Om een ​​vergelijkbaar resultaat te creëren met een brandstofcelvoertuig, moeten onderzoekers overwegingen met betrekking tot waterstofopslag, voertuiggewicht en -volume, kosten en veiligheid overwinnen..

Hoewel PEMFC-systemen lichter en kleiner zijn geworden naarmate 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 processen moeten creëren die eerstehulpverleners kunnen volgen wanneer ze een incident met een brandstofcelvoertuig of -generator moeten afhandelen. Ingenieurs zullen veilige, betrouwbare waterstofafgiftesystemen moeten ontwerpen.

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

Aromatische 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 eigenlijk naar aromatische ringen zoals benzeen, pyridine of indool. Deze membranen zijn stabieler bij hogere temperaturen, maar hebben nog steeds hydratatie nodig. Bovendien zwellen op aromaten gebaseerde membranen op als ze hun hydratatie verliezen, wat de efficiëntie van de brandstofcel kan beïnvloeden.

Waarom werkt de Amerikaanse overheid samen met universiteiten, openbare organisaties en particuliere bedrijven om alle uitdagingen te overwinnen om van brandstofcellen een praktische energiebron te maken? Er is meer dan een miljard dollar uitgegeven aan onderzoek en ontwikkeling op het gebied van brandstofcellen. Een waterstofinfrastructuur kost aanzienlijk meer om aan te leggen en te onderhouden (sommigen schatten meer dan 500 miljard dollar). Waarom denkt de president dat brandstofcellen de investering waard zijn??

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

Deskundigen verwachten dat de olieprijzen de komende decennia zullen blijven stijgen naarmate meer goedkope bronnen opraken. Oliemaatschappijen zullen in steeds uitdagender omgevingen moeten zoeken naar olievoorraden, waardoor de olieprijzen zullen stijgen.

Bezorgdheid reikt 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 heeft talloze zorgen gedetailleerd over hoe Amerika's groeiende afhankelijkheid van olie de veiligheid van de natie in gevaar brengt. Een groot deel van het rapport concentreerde zich op de politieke relaties tussen landen die olie vragen en de landen die deze leveren. Veel van deze olierijke landen bevinden zich in gebieden vol politieke instabiliteit of vijandigheid. Andere landen schenden de mensenrechten of steunen zelfs beleid als genocide. Het is in het belang van de Verenigde Staten en de wereld om alternatieven voor olie te onderzoeken om te voorkomen dat dergelijk beleid wordt gefinancierd.

Het gebruik van olie en andere fossiele brandstoffen voor energie veroorzaakt vervuiling. Vervuilingskwesties zijn de laatste tijd veel in het nieuws geweest - van de film "An Inconvenient Truth" tot de aankondiging dat klimaatverandering en opwarming van de aarde een rol zouden spelen in 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 te kijken naar hernieuwbare, milieuvriendelijke manieren om waterstof te produceren. Omdat je waterstof uit water kunt maken, kunnen de Verenigde Staten voor de opwekking van energie steeds meer een beroep doen op binnenlandse bronnen.

Andere landen onderzoeken ook brandstofceltoepassingen. Olieafhankelijkheid en opwarming van de aarde zijn internationale problemen. Verschillende landen werken samen om de onderzoeks- en ontwikkelingsinspanningen op het gebied van brandstofceltechnologieën te bevorderen. Een van de partnerschappen is het internationale partnerschap voor de waterstofeconomie.

Wetenschappers en fabrikanten hebben duidelijk nog veel werk te doen voordat brandstofcellen een praktisch alternatief worden voor de huidige productiemethoden voor energie. Toch kan het doel om een ​​levensvatbaar energiesysteem op basis van brandstofcellen te hebben, met wereldwijde steun en samenwerking over een paar decennia een realiteit zijn..

-

Een brandstofcel die op afval werkt

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 zijn 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, zou kunnen helpen bij het aandrijven van een pompsysteem van een waterzuiveringsinstallatie.

Internationaal partnerschap voor de waterstofeconomie
  • Australië
  • Brazilië
  • Canada
  • China
  • Europese Commissie
  • Frankrijk
  • Duitsland
  • India
  • Italië
  • Japan
  • Korea
  • Nieuw-Zeeland
  • Noorwegen
  • Russische Federatie
  • IJsland
  • Verenigd Koningkrijk
  • Verenigde Staten

Gerelateerde artikelen

  • Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
  • Hoe de waterstofeconomie werkt
  • Hoe hybride auto's werken
  • Hoe brandstofprocessors werken
  • Hoe zonnecellen werken
  • Hoe automotoren werken
  • Hoe Fusion Propulsion werkt
  • Hoe luchtaangedreven auto's zullen werken
  • Wat zijn alle verschillende manieren om energie op te slaan naast het gebruik van oplaadbare batterijen??

Meer geweldige links

  • Bureau van Basic Energy Sciences
  • Brandstofcellen 2000
  • Het waterstofprogramma van het Department of Energy
  • Energie-efficiëntie en hernieuwbare energie
  • Smithsonian's basisprincipes van brandstofcellen

Bronnen

  • "Fundamentele onderzoeksbehoeften voor de waterstofeconomie." Office of Science, Department of Energy. Http://www.sc.doe.gov/bes/hydrogen.pdf
  • Deutch, John, et al. "Gevolgen voor de nationale veiligheid van de Amerikaanse olieafhankelijkheid." Independent Task Force Report No. 58. http://www.cfr.org/content/publications/attachments/EnergyTFR.pdf
  • Garland, Nancy. "Overzicht van subprogramma voor brandstofcellen." Amerikaanse ministerie van Energie. 19 december 2008. (19 maart 2009) http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress08/v_0_fuel_cells_overview.pdf 
  • Goho, Alexandra. "Micropower warmt op: propaanbrandstofcel heeft veel kracht." McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology.
  • Goho, Alexandra. "Speciale behandeling: brandstofcel haalt energie uit afval." McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology.
  • "Waterstofhoudingsplan." Ministerie van Energie van de Verenigde Staten. http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells /pdfs/hydrogen_posture_plan.pdf
  • Rose, Robert. "Vragen en antwoorden over waterstof en brandstofcellen." Breakthrough Technologies Institute. Http://www.fuelcells.org
  • Getuigenis van David Garman, onderminister van Energie. Committee on Energy and National Resources, Senaat van Verenigde Staten. http://www1.eere.energy.gov/office_eere/ congressional_test_071706_senate.html
  • Waterstofprogramma van het Amerikaanse Department of Energy http://www.hydrogen.energy.gov



Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt