23 Desvantagens e vantagens das células de combustível de hidrogênio

As células a combustível de hidrogênio são consideradas um recurso de combustível renovável. Eles também são considerados um combustível alternativo, pois ainda hoje é uma tecnologia rara no mundo. O hidrogênio é um dos recursos mais abundantes que temos, então faz todo o sentido que as células de combustível funcionem.

As desvantagens e vantagens das células a combustível de hidrogênio nos mostram que ela pode ser uma opção de combustível versátil para muitas indústrias. É também uma opção de combustível que vem com seu próprio conjunto exclusivo de riscos.

Lista das vantagens das células a combustível de hidrogênio

1. Essas células de combustível oferecem melhor economia de combustível geral.

Quando as células de combustível de hidrogênio são testadas com carros, elas obtêm mais quilometragem por abastecimento em comparação com a gasolina padrão. Mesmo com a melhor economia de combustível, o desempenho do veículo permanece o mesmo. Para o veículo médio, a economia de combustível alcançável é duas vezes a economia atual de gasolina.

2. Não emite emissões quando usado.

Quando as células de combustível de hidrogênio são usadas para gerar energia, as únicas emissões que elas produzem são o vapor de água. Isso significa que nossas redes de transporte podem perder bilhões de toneladas de carbono do escapamento dos veículos se fizermos a transição para essa tecnologia. Nos Estados Unidos, o motorista médio produz quase 5 toneladas métricas de dióxido de carbono por ano. A realidade da célula a combustível de hidrogênio é que ela pode ter um impacto imediato nas emissões que todos nós geramos todos os dias.

3. As células a combustível de hidrogênio são muito mais seguras do que outros tipos de combustível.

A energia nuclear tem um risco de radiação com ela. A energia do carvão também carrega um risco radioativo em suas cinzas. O consumo de gasolina e óleo resulta na liberação de vários gases na atmosfera, incluindo dióxido de carbono e monóxido de carbono. Muitas formas de combustível liberam partículas que causam chuva ácida, problemas respiratórios e outros problemas de saúde. Com uma célula de combustível de hidrogênio, esses problemas de segurança desaparecem.

4. É capaz de funcionar de forma consistente em qualquer tamanho.

As células a combustível de hidrogênio são únicas, pois oferecem as mesmas taxas de desempenho durante o consumo, independentemente do tamanho das células. Isso significa que praticamente qualquer tecnologia que requeira combustível para funcionar pode usar essas células de combustível como seu principal recurso de energia. As células a combustível de hidrogênio não podiam ser usadas apenas para veículos, mas também para residências, para fins de aquecimento e refrigeração e até para geração de eletricidade.

5. Eles podem fornecer energia contínua.

Essa tecnologia não exige que as células de combustível sejam recarregadas a qualquer momento para mantê-las funcionando. O único requisito para células de combustível de hidrogênio é que elas devem ter acesso a combustível para continuar suas operações. Como as células de combustível combinam oxigênio e hidrogênio para produzir energia, que está disponível em abundância, ter acesso ao combustível necessário para mantê-las funcionando não seria um problema para a maioria dos consumidores.

6. Requer menos produtos químicos para operar em comparação com outros tipos de combustível.

Se você abastecer seu veículo com gasolina, estará se expondo a certos produtos químicos que apresentam riscos à saúde exclusivos associados a eles. O xileno, por exemplo, pode causar vômitos, tonturas e dores de cabeça. O benzeno pode causar sintomas semelhantes, mesmo se os vapores que contêm o produto químico forem inalados. No total, alguns combustíveis a gasolina podem conter mais de 150 produtos químicos, detergentes e outros ingredientes diferentes. Alguns desses elementos são conhecidos por serem cancerígenos. As células a combustível de hidrogênio não apresentam esse risco de exposição com sua fonte de combustível.

7. Células de combustível de hidrogênio podem ser combinadas com ativos de infraestrutura atuais.

Uma maneira de incorporar células de combustível de hidrogênio à rede de serviços públicos de uma comunidade é por meio do uso de biogás. Muitas estações de tratamento de águas residuais produzem altos níveis de biogás que podem ser convertidos em hidrogênio. Com uma célula de combustível de hidrogênio disponível na planta, o biogás poderia ser transformado em combustível que poderia ser usado para operar toda a instalação. Se as células de combustível fossem grandes o suficiente, a instalação poderia complementar a rede elétrica local. A instalação de controle de qualidade da água em Riverside, CA já está testando esse sistema e gera mais de 30% da energia necessária.

8. O custo das células a combustível de hidrogênio continua diminuindo.

No início do século 21, o custo estimado de uma célula a combustível de hidrogênio, por quilowatt-hora, era de mais de US $ 1.000. Hoje, o custo por quilowatt instalado é cerca de 50% do que era há apenas uma década. Isso significa que, em mais 10 anos, os custos de instalação de células de combustível de hidrogênio podem ser competitivos o suficiente para se tornar um recurso crítico para muitas comunidades.

9. Você pode direcionar energia para onde for necessária.

É a confiabilidade das células de combustível de hidrogênio que pode lhe dar uma vantagem sobre outros recursos de combustível. Quando essas células de combustível são conectadas à rede elétrica, elas têm a capacidade de direcionar sua energia para onde for necessária. Isso permite que os utilitários comecem a descentralizar suas redes, o que melhoraria sua confiabilidade, os tornaria menos vulneráveis ​​a um ataque de hackers e reduziria os riscos de outros problemas de segurança que eles também enfrentam.

10. As células a combustível de hidrogênio podem criar “microrredes” para as comunidades.

Muitas comunidades recebem eletricidade de uma usina de energia. A estação então distribui a eletricidade por meio de uma rede instalada, chegando eventualmente a residências e empresas individuais. O que acontece se uma parte dessa grade falhar? A luz se apaga. Com as tecnologias de célula de combustível de hidrogênio, as comunidades poderiam criar suas próprias microrredes para manter os níveis de energia da estação central que ela falha em fornecer por algum motivo.

11. As células de combustível de hidrogênio têm manutenção mais rápida do que outras opções de motor elétrico.

Se você levar um veículo movido a célula de combustível de hidrogênio a uma estação de serviço com combustível compatível, ele estará dentro e fora da estação em 10 minutos ou menos. Muitos proprietários podem abastecer seus veículos em 3-5 minutos. Em comparação com outras opções de veículos elétricos, não existe uma opção mais rápida. Até mesmo o Supercharger Tesla, com 120 quilowatts, requer 30 minutos para recarregar totalmente um veículo e é o carregador mais rápido disponível em março de 2018.

12. As células de combustível de hidrogênio duram mais do que nunca.

A Toyota produziu um veículo chamado “Mirai” que foi testado mais do que qualquer outra tecnologia de célula de combustível de hidrogênio na história. Eles o expuseram a condições extremas no Alasca e o levaram para o calor do Vale da Morte, na Califórnia. Seus testes mostraram que suas tecnologias atuais de células de combustível podem durar até 3.900 horas em um ambiente de trabalho. Isso significa que o Mirai deve ser o primeiro veículo a percorrer mais de 160.000 quilômetros antes de precisar ser substituído.

Embarques globais de células de combustível

Lista de desvantagens das células de combustível de hidrogênio

1. As células de combustível de hidrogênio ainda podem representar riscos à saúde.

Embora as células de combustível de hidrogênio não liberem as mesmas emissões prejudiciais que outros tipos de combustível quando consumidas, ainda existem alguns riscos de segurança que devem ser levados em consideração com essa tecnologia. Como qualquer combustível, sempre haverá o risco de inflamabilidade do hidrogênio. O hidrogênio líquido, que geralmente é usado para criar as células de combustível em primeiro lugar, é mantido em temperaturas extremamente baixas que podem causar queimaduras por congelamento, que também são potencialmente perigosas para os consumidores.

2. Não é uma tecnologia acessível para a pessoa média.

O custo médio de um veículo que usa células a combustível de hidrogênio é de cerca de US $ 50.000. Se você quiser recarregar seu veículo para continuar dirigindo, a California Fuel Cell Association relata que o preço médio é de cerca de US $ 14 por quilo. Isso é o equivalente a pagar cerca de US $ 5,60 por galão de gasolina. Como esses veículos têm o dobro do alcance, isso reduz o preço equivalente para US $ 2,80 por galão em comparação com outro veículo. Isso significa que um veículo pode custar o dobro e custar o mesmo para operar.

3. As células a combustível de hidrogênio estão disponíveis em quantidades limitadas.

Embora as células a combustível de hidrogênio tenham sido usadas como uma fonte de energia para projetos de grande escala desde a década de 1970, essa tecnologia tinha disponibilidade limitada. Mesmo com o aumento da popularidade, a pessoa comum luta para colocar as mãos em uma célula a combustível de hidrogênio. Os fabricantes de veículos produzem apenas alguns milhares de veículos para seus modelos movidos a hidrogênio a cada ano. Embora a meta seja tornar essa tecnologia comparável em custo aos sistemas elétricos até 2025, pouco progresso foi feito nesse sentido.

4. É necessário um grande investimento de capital para incorporá-lo à nossa infraestrutura.

O custo médio de instalação de apenas uma milha de um sistema de transporte de energia de célula de combustível de hidrogênio é de mais de US $ 200.000. Em locais geográficos desafiadores, o custo pode chegar a US $ 2 milhões por milha. Sem a capacidade de transportar combustível para os proprietários de células de combustível de hidrogênio, a tecnologia é essencialmente inútil. Para tirar proveito da natureza de baixa emissão dessas células de combustível, seria necessário um investimento em infraestrutura de mais de US $ 1 trilhão nos Estados Unidos para torná-las amplamente disponíveis para serem usadas pelo cidadão comum.

5. Os custos de transporte de hidrogênio são extremamente altos.

No momento, o custo de transporte de hidrogênio é cerca de 4 vezes maior do que qualquer outro recurso de energia comparável que usamos. A razão para esses altos custos é que o hidrogênio experimenta altos níveis de perda de energia quando transportado em qualquer forma. Mesmo com tecnologias modernas que evitam a perda de energia, a indústria espera uma perda evaporativa de até 20% cada vez que o hidrogênio é transportado. Durante o transporte de longa distância, até 50% do produto pode ser perdido. Sem inovação nesta categoria, pode ser impossível para algumas famílias rurais tirar proveito desta tecnologia.

6. Atualmente, as células a combustível de hidrogênio não funcionam com todas as tecnologias de que dispomos.

A maioria de nossas tecnologias é projetada para funcionar com combustíveis fósseis ou determinados recursos de energia renovável. Para aproveitar o consumo de combustível livre de emissões oferecido por essa tecnologia, precisaríamos de inovações em muitos setores para torná-la compatível com muitas tecnologias existentes. A Apple entrou com um pedido de patente que usaria células a combustível de hidrogênio em computadores e smartphones, exceto que foi em 2011 e nunca se materializou. Os mesmos desafios enfrentados pela Apple seriam em todos os setores.

7. O uso de hidrogênio não é tão seguro quanto muitos acreditam.

Embora a vantagem de uma célula a combustível de hidrogênio seja que ela produz água quando consumida, o hidrogênio como gás não é algo que desejaríamos em grandes quantidades em nossa atmosfera. Já sabemos que o hidrogênio escapa durante o processo de fabricação e instalação da célula de combustível. Se hidrogênio suficiente fosse liberado no ar, ele poderia interferir no atual equilíbrio do ozônio, que nos protege da radiação ultravioleta.

8. Requer uma zona de temperatura específica para operação constante.

As células de combustível de hidrogênio funcionam melhor quando mantidas abaixo de 212 ° F. Isso torna essas células de combustível difíceis de incorporar em certas tecnologias, incluindo as tecnologias automotivas atuais. O motor médio de um veículo opera em uma faixa de temperatura que pode exceder 220 ° F. Certos aparelhos, como um forno, também seriam incompatíveis com essa tecnologia. A menos que novos métodos sejam desenvolvidos para canalizar o calor das células de combustível, pode haver algumas opções que nunca chegam a experimentar os benefícios do que o hidrogênio pode fornecer.

9. Os combustíveis fósseis ainda são necessários para fazer células de combustível.

Embora nossa pegada de emissões fosse reduzida com a conversão em células de combustível de hidrogênio, ela não desapareceria completamente. Os derivados de petróleo são necessários na construção de uma célula a combustível de hidrogênio, o que significa que há um custo de emissão para cada item produzido. Poderíamos gerar economias líquidas em nossas emissões gerais ao longo do tempo. No entanto, para a transição, pagaríamos inicialmente um custo de emissões mais alto até que todos começassem a usar essa tecnologia. Iríamos reduzir, mas não eliminar, o consumo de combustíveis fósseis.

10. A maior parte do combustível de hidrogênio ainda é criada a partir de combustíveis fósseis.

Com a gasolina, o combustível fóssil básico usado para criá-lo é o petróleo bruto. Esse óleo é refinado até produzir o que usamos em nossos veículos. Embora o hidrogênio possa ser extraído de recursos ecológicos, a principal fonte desse tipo de energia é o gás natural. Mesmo na Califórnia, onde os postos de abastecimento de hidrogênio são mais prevalentes do que possivelmente em qualquer outro lugar do mundo, apenas um terço do combustível vendido deve vir de um recurso renovável. Isso significa que ainda estamos muito longe de nosso sonho de ter um verdadeiro combustível de emissão zero.

11. É uma tecnologia não comprovada.

Embora as células a combustível de hidrogênio forneçam um recurso de energia imediato para muitas indústrias, sua viabilidade de longo prazo como recurso de energia permanece não comprovada. Nunca houve uma produção de 10 anos de células a combustível de hidrogênio. Já sabemos que as pilhas de células de combustível dentro dessas células diminuem em eficiência com o tempo, à medida que são usadas. De acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos, as células de combustível de hidrogênio atuais funcionam por cerca de 2.500 horas, possivelmente mais. Isso equivale a cerca de 80.000 milhas percorridas antes da necessidade de substituição da célula de combustível. O Departamento de Energia quer que os veículos operem por 5,

Vendas globais de células de combustível

As desvantagens e vantagens das células a combustível de hidrogênio nos mostram que a natureza livre de emissões dessa tecnologia merece um olhar mais atento. Isso exigiria altos níveis de investimento em pesquisa e inovação contínua nos setores existentes para que se tornasse uma opção acessível para todos. Até então, aqueles que podem pagar por essa tecnologia e estão dispostos a correr certos riscos serão aqueles que poderão descobrir esses e outros benefícios possíveis.