Usuari:Mcapdevila/Economia de l'hidrogen

L'economia de l'hidrogen és un model econòmic energètic alternatiu a l'ús de combustibles fòssils, en el qual l'energia, per al seu ús bàsic en els mitjans de transport, s'emmagatzema com dihidrogen o hidrogen molecular (H₂) o L'hidrogen s'ha proposat com a substitut dels combustibles fòssils com la gasolina i el gasoil utilitzats en automòbils i com a sistema d'emmagatzematge de energies renovables.^[1]

Desenvolupament[modifica]

Algunes companyies estan desenvolupant projectes relacionats amb els vehicles d'hidrogen i algunes d'elles fins i tot han apostat estratègicament per un futur energètic basat en les tecnologies d'hidrogen, un corrent que ha donat lloc al concepte de Societat de l'Hidrogen, que sovint s'intercanvia amb el d'economia de l'hidrogen. Per exemple, el fabricant d'automòbils japonès Honda, l'única firma que ha obtingut l'homologació per comercialitzar el seu vehicle impulsat per pila de combustible d'hidrogen, el FCX Clarity, al Japó i Estats Units, ha desenvolupat també la Home Energy Station, (HES), un sistema autònom i domèstic que permet obtenir hidrogen a partir d'energia solar per proveir vehicles de pila de combustible i aprofitar el procés per generar electricitat i aigua calenta per a la llar.

La producció de l'hidrogen és un sector industrial considerable, i és cada vegada més gran. Com que l'emmagatzematge i transport d'hidrogen és car, la major part de l'hidrogen que es produeix en l'actualitat es fa localment, i és utilitzat immediatament, generalment per la mateixa companyia productora.

Avui hi ha dues principals aplicacions per a l'hidrogen. Gairebé la meitat s'empra per produir amoníac (NH₃) mitjançant el procés d'Haver, el qual agafaria sobretot com fertilitzant, directament o indirectament. A causa que la superpoblació mundial i l'agricultura intensiva creixen, a causa d'això la demanda de l'amoníac (i per tant d'hidrogen) està creixent. L'altra meitat de la producció actual de l'hidrogen s'utilitza per convertir cadenes llargues de hidrocarburs (que són la majoria al petroli sense refinar) en fraccions més lleugeres, convenients per al seu ús com combustibles. Aquest últim procés es coneix com hydro cracking. Hydrocracking representa una àrea fins i tot de major creixement que la de l'amoníac, els increments en els preus del petroli animen a les companyies petrolieres a extreure un material més pobre, com poden ser sorres de quitrà i pissarra de petroli.

El 48% de la producció d'hidrogen és a partir del gas natural, el 30% del petroli, i el 18% del carbó, la electròlisi de l'aigua representa només 4%.^[2]

El gran mercat i l'increment també han estimulat que es creu un gran interès a buscar mètodes alternatius, més barats, per a la producció d'hidrogen.

Fonaments[modifica]

L'electricitat ha revolucionat la qualitat de la vida humana des de finals del segle dinou permetent un ús més senzill de les fonts d'energia disponibles. Els primers dispositius i aplicacions com la dinamo i la il·luminació elèctrica motivaven el corrent directa. Més endavant el alternador i la corrent altern van permetre transmetre l'energia elèctrica a gran escala.

Actualment, l'oscil·lació de la demanda energètica es cobreix mitjançant l'encès o apagat de generadors. No obstant això, l'electricitat és difícil d'emmagatzemar per usar-la més endavant. El millor sistema pel que fa a eficiència i cost es refereix i més estès a més per a l'emmagatzematge d'energia d'una xarxa a gran escala és el emmagatzematge per bombeig, que consisteix a bombar aigua fins a una presa superior i generar l'electricitat demandada mitjançant hidroelectricidad. No obstant això aquest mètode no serveix per a aplicacions mòbils d'emmagatzematge d'energia.

Existeixen alternatives més reduïdes de magatzematge com condensadors però tenen el problema de la baixa densitat d'energia. Les bateries tenen també baixa densitat d'energia ia més triguen a carregar i descarregar. L'emmagatzematge en una bateria inercial és més eficient que en les bateries de mida similar, però implica preocupacions de seguretat pel fet que pot trencar explosivament, a part del efecte giroscòpic que té.

Gairebé al mateix temps que va començar a funcionar l'electricitat, es va descobrir una font d'energia portable. Es tracta naturalment dels motors de combustió interna, els quals cremen hidrocarburs. Els motors de combustió interna van arrasar als seus competidors d'aquesta època, com ara el aire comprimit, o els automòbils elèctrics accionats per bateries, perquè van proporcionar majors possibilitats, en virtut de l'eficàcia del motor de combustió interna i de l'alta densitat energètica del combustible. L'alt quocient de potència màssica dels motors de combustió interna també va permetre construir un avió de densitat més alta que el aire.

Les actuals preocupacions pel que fa a la disponibilitat a llarg termini dels combustibles fòssils i pel escalfament global a causa de les emissions de diòxid de carboni (CO₂) han donat lloc a una recerca d'un combustible alternatiu als combustibles fòssils que no tingui aquests problemes.

Hi ha qui pensa que les cel·les de combustible d'hidrogen són l'equivalent als vells motors de combustió interna.

Fonts d'hidrogen centralitzades previstes[modifica]

L'economia de l'hidrogen utilitzaria una font energètica no basada en combustibles fòssils (energies renovables/nuclear/fusió), utilitzant diversos mètodes (electròlisi, cicle del sulfur-iode) per produir el gas d'hidrogen per al seu ús en els múltiples sectors com a font d'energia emmagatzemada. Si l'energia s'utilitza per produir hidrogen, llavors l'hidrogen es podria utilitzar com a forma d'emmagatzematge d'energia substituint el gas i el petroli causants d'emissions de gasos d'efecte hivernacle.

En una economia de l'hidrogen, els grans generadors rurals d'hidrogen d'alta eficàcia es combinarien amb un sistema de distribució (com el sistema de la distribució del gas natural però capaç de satisfer els desafiaments addicionals del transport de l'hidrogen). En la distribució d'energia l'usuari intermedi i final podria utilitzar les cel·les de combustible per satisfer les seves necessitats, substituint els actuals sistemes de generació i distribució local, i els vehicles de combustió interna. Sistemes similars s'utilitzen actualment amb el gas natural per produir electricitat, en instal·lacions urbanes amb cogeneració on a més s'aprofita la calor residual.

La font d'energia primària per produir hidrogen podia ser combustible nuclear, o fòssil. En una economia completa de l'hidrogen, fins i tot les fonts elèctriques primàries com l'energia hidràulica i l'energia eòlica es podrien utilitzar per fer l'hidrogen, en lloc de distribuir-la directament a la xarxa elèctrica (l'equilibri apropiat entre la distribució de l'hidrogen i la distribució elèctrica interurbana és una de les preguntes bàsiques a mitjà resoldre en l'economia de l'hidrogen). Els grans generadors que produïssin hidrogen de fonts d'energia fòssils generarien quantitats enormes de contaminació, però centralitzen les emissions, i les ciutats quedarien netes de pol·lució, ja que les emissions es podrien realitzar en zones despoblades, i els sistemes de control d'emissió serien més fàcils d'examinar.

Es addueix que la crema de combustibles fòssils en centrals grans és més eficient que en automòbils o petites centrals, (gairebé el 60% en les modernes centrals de cicle combinat enfront del 40% d'un motor de gasolina o un 45% dels millors motors dièsel) ^[3] però, cal tenir en compte que l'eficiència en l'obtenció d'hidrogen a partir d'electricitat està actualment en un 30%, ^[4] i l'eficiència d'una pila de combustible en un 60%, ^[3] amb el que cremar combustible fòssil en un motor dièsel té una eficiència del 45%, mentre que cremar combustible fòssil en una central, per generar electricitat, per generar hidrogen, per emprar-lo en una pila de combustible, té una eficiència final, sense comptar les pèrdues per transport, no superior al 12%. Això obligaria a cremar gairebé quatre vegades més combustibles fòssils per al mateix treball, el que anul·laria els avantatges ambientals de centralitzar les emissions, i sens dubte encariria enormement el preu de l'energia.

Probablement una visió més realista de les possibilitats a mitjà termini l'hidrogen passi per prescindir de les seves promeses d'energia "neta" (això és: obtinguda mitjançant electricitat, especialment d'energies renovables): Mitjançant descomposició química, actualment s'aconsegueix una eficiència del 72% generant hidrogen a partir de gas natural, i una mica menor si s'obté del carbó. Si se solucionen els problemes d'emmagatzematge, serà possible obtenir rendiments globals similars als dels motors de combustió interna, de manera que la tecnologia de l'hidrogen permetria en definitiva utilitzar l'energia del carbó (material molt abundant) per substituir el petroli. No obstant això, la tecnologia de l'hidrogen així plantejada, lluny de ser més neta, seria molt més contaminant, ja que el carbó és més contaminant que el petroli.

Existeixen encara moltes barreres tecnològiques que impedeixen que aquesta economia pugui dur a terme, mentre, les investigacions continuen.

Energia solar

És l'energia associada a la radiació solar. La forma d'energia que posseeix el Sol és energia nuclear interna que es transforma en l'energia que emet mitjançant processos de fusió. El Sol emet sense parar el que s'anomena energia radiant o, simplement, radiació. Es transforma en el que habitualment es denomina energia tèrmica i en energia elèctrica. Es pot realitzar directament (fotovoltaica) o indirectament.

Un avantatge important de l'energia solar en aquest model (a més de tractar-se d'una font renovable i no contaminant) és la possibilitat de funcionar de manera distribuït: en línia amb el concepte d'energia 2.0, l'energia solar permetria als consumidors generar la seva pròpia energia reduint la dependència i les pèrdues relacionades amb el transport.

Energia eòlica

És l'energia associada al vent. La forma d'energia que posseeix és l'energia cinètica del vent, que podem aprofitar en els molins, en la navegació a vela, ... Es pot transformar en energia mecànica en els molins de vents o vaixells de vela, i en energia elèctrica en els aerogenerador s.

Energia hidràulica

És l'energia associada als salts d'aigua rius i embassaments La forma d'energia que posseeix l'aigua dels embassaments és energia potencial gravitatòria, que podem aprofitar conduint i fent-la caure per efecte de la gravetat. Es pot transformar en energia mecànica en els molins d'aigua i en energia elèctrica en les centrals hidroelèctriques.

Energia nuclear de fissió

És l'energia associada a l'ús del urani. La forma d'energia que s'aprofita de l'urani és l'energia interna dels seus nuclis.

Es transforma en energia elèctrica. Una part important del subministrament d'energia elèctrica als països desenvolupats té origen nuclear.

Energia nuclear de fusió

Rep el nom de fusió nuclear la reacció en la qual dos nuclis molt lleugers (hidrogen) s'uneixen per formar un nucli més pesat i estable, amb gran despreniment d'energia.

Impacte mediambiental[modifica]

No sent l'hidrogen una font d'energia, sinó un vector energètic, l'impacte mediambiental de l'hidrogen dependrà de la font d'energia emprada per obtenir-. A data de 2010, aproximadament el 95% de la producció de l'hidrogen es realitza a través de la crema de combustibles fòssils, i per tant mantenint les emissions de gasos d'efecte hivernacle a l'atmosfera. Només al voltant d'un 5% de la producció d'hidrogen es realitza a través de la electròlisi, és a dir, de la separació de l'hidrogen que conté l'aigua mitjançant energia elèctrica. Aquest mètode és menys eficient que la utilització directa de l'electricitat, però permet l'emmagatzematge de l'energia, el que presenta grans avantatges, com la possibilitat de seguir generant energia encara que no hagi demanda en aquest moment, i de recuperar-la en moments d'escassetat. Si l'electricitat utilitzada per a la electròlisi prové de fonts renovables com l'eòlica o la solar, l'hidrogen serà un vector energètic amb molt baixes emissions de gasos d'efecte hivernacle.