¿Por qué los fabricantes de automóviles se centran en motores eléctricos y no en motores de hidrógeno?

Gilker Kimmel, te da una gran respuesta. La mía es algo tangencial.

El hidrógeno es muy difícil para los automóviles porque chocan y el hidrógeno necesita un tanque presurizado.

Pero las celdas de combustible han estado en uso durante mucho tiempo. Aquí hay una foto de una pila de combustible del programa Apollo.

Todos sabemos lo que sucedió en el Apolo 13. Esta fue la primera falla bien conocida de una celda de combustible. Aquí hay una explicación de lo que sucedió. El absorbente de dióxido de carbono más famoso del mundo.

Sin embargo, el mercado de los generadores está adoptando lentamente la tecnología del hidrógeno. No puedo hablar en detalle sobre esto, pero alguien que conozco está trabajando en un proyecto para grandes motores de generación para el ejército que usan gas natural con un posible movimiento hacia el uso de la electrólisis.

Empresas como Ballard Power, Fuel Cell y Bloom Energy están utilizando la tecnología de celdas de combustible para suministros de energía estacionarios, esto parece prometedor a pesar de la reciente volatilidad en algunas acciones atribuible principalmente a la postura alcista de la administración estadounidense actual sobre el petróleo.

Alternativa, Empresa de Energía Limpia

Tecnología de celda de combustible PEM

Energía ultra limpia, eficiente y confiable

Si la industria del carbón se recupera, Fuel Cell probablemente construirá sistemas de secuestro de carbono para esa industria.

Supongo que para resumir, el hidrógeno está llegando, pero no mire a los automóviles, ya que la generación estacionaria está dando los grandes pasos para llevar esta tecnología al mercado y al uso común.

Mi uso personal de un generador de hidrógeno sería sacar un motor Honda Accord de uno de mis autos, construir un cobertizo de bloques de cemento para él, ejecutar múltiples alternadores en él y ejecutar una mezcla de 25% de gasolina y 75% de hidrógeno a partir de una electrólisis tanque. Diría mi casa fuera de la red o vendería este jugo a la red si la compañía eléctrica te lo permite. Debe estar en un cobertizo de bloques de cemento en caso de que explote. Además, la vida útil del motor se ve severamente disminuida por la electrólisis.

Esa es mi idea de científico loco.

Si hay alguna imprecisión en esta respuesta, hágamelo saber en los comentarios. Me acerco a esta área como un inversor entusiasta / aficionado, por lo que los comentarios me ayudarán a comprenderlo mejor.

Primero señalaré que los motores de automóviles de combustión interna de hidrógeno no son la mejor manera de utilizar hidrógeno. En su mayor parte, excluyendo el funcionamiento del calor, el uso de motores eléctricos es mucho más eficiente para un vehículo. Las pilas de combustible son una opción mucho mejor.

Este no es el verdadero problema con los motores de hidrógeno. La verdadera razón por la cual el desarrollo de los vehículos de hidrógeno es un callejón sin salida es que no hay clientes que actualmente tengan acceso al combustible. Para entregar gas natural a los EE. UU., Tuvimos que instalar 2.5 millones de millas de tubería. Hay 700 millas de tuberías de hidrógeno instaladas, y la mayoría de ellas son para soportar procesos industriales específicos. Solo construir una red para abastecer estaciones de servicio, usar camiones para las últimas millas, requerirá la instalación de cientos de miles de tuberías.

Ahora puede estar pensando, ¿por qué no usamos las tuberías de gas natural existentes? El problema es algo que llamamos fragilidad de hidrógeno. El hidrógeno tiende a unirse con los materiales con los que hacemos tuberías (y tanques de almacenamiento, electrodomésticos, plantas de energía de GNC …), degradando el material hasta el punto de que no puede contener hidrógeno. Tenemos materiales que pueden contener hidrógeno pero cuesta mucho más. Esas nuevas tuberías costarán billones de dólares para instalar, y alguien tiene que pagar por ello.

Para que los fabricantes de automóviles obtengan ganancias, necesitan vender una cantidad mínima de vehículos. La falta de clientes que tienen acceso al hidrógeno significa que no hay posibilidad de vender ese número mínimo. A menos que obtengamos materiales mucho más baratos que puedan almacenar y transportar hidrógeno, los consumidores estadounidenses no pagarán por tener instalada una infraestructura de hidrógeno.

Hay un lugar donde se están desarrollando motores de hidrógeno, el espacio. La etapa superior ACES de ULA planea usar un motor de combustión interna de hidrógeno para alimentar el equipo criogénico necesario para almacenar hidrógeno. En este caso, un motor de hidrógeno tiene sentido. El hidrógeno ya está en la nave espacial, y el equipo criogénico necesita energía térmica, no eléctrica.

Incluso si tuviéramos una infraestructura de hidrógeno en la Tierra, no esperaría que esta tecnología llegue a los automóviles de consumo en el corto plazo. El objetivo actual es poder almacenar hidrógeno en órbita hasta por siete (7) días. La última vez que llené mi tanque de gasolina fue en febrero, por lo que incluso los materiales más avanzados de la era espacial no están a la altura.

¿Por qué elegir una pila de combustible o un motor de combustión interna cuando se usa hidrógeno?

Fragilidad de hidrógeno

http://www.ulalaunch.com/uploads …

En primer lugar, su afirmación de que hay muchas desventajas en la electricidad que no se aplican al hidrógeno es errónea. La única ventaja que tiene el hidrógeno sobre la electricidad es que puede repostar rápidamente. Este tema ha sido impulsado por todos los que tienen alguna agenda contra los autos eléctricos, incluido Clarkson en Top Gear. La agenda principal contra los autos eléctricos es “es diferente” y lo más simple para agarrar y gritar es el alcance y el tiempo de recarga. En realidad, el rango está aumentando y el tiempo de recarga está disminuyendo con cada generación y la mayoría de los autos eléctricos actuales tienen un rango suficiente para el perfil de uso de + 95% de la población.

Siguiente punto; Motores de hidrógeno. Supongo que te refieres a los motores de combustión alimentados con hidrógeno en lugar de las celdas de combustible (los autos con celdas de combustible de hidrógeno son autos eléctricos con un tanque de hidrógeno y una pila de celdas de combustible en lugar de la batería). Esencialmente, no hay un motor para desarrollar motores de combustión de hidrógeno, ya que son menos eficientes que las celdas de combustible (los motores de combustión están limitados por el ciclo de carnot, mientras que las celdas de combustible no lo son).

Finalmente, el problema más simple es que la electricidad está disponible y ya tiene una red de distribución. El hidrógeno no está fácilmente disponible y una red de distribución para reabastecer de combustible a los automóviles es un largo camino en el futuro, si es que existe.

Cuando está produciendo un producto de consumo, necesita tener consumidores que lo compren. Hay dos cosas que los consumidores demandan en un combustible: bajo costo y disponibilidad, con una disponibilidad que supera el costo por un margen considerable. Actualmente, la electricidad está disponible en todas partes, incluida su casa (no es necesario visitar las estaciones de servicio). Con el hidrógeno es el problema del huevo y la gallina … ¿construyen autos de hidrógeno con la esperanza de que se construya una infraestructura de abastecimiento de combustible? ¿O invierte en infraestructura de reabastecimiento de hidrógeno con la esperanza de que los autos lo sigan?

PD: No he abordado la idoneidad del hidrógeno frente a la electricidad en esta respuesta, ya que es un problema secundario. Sin embargo, es un tema secundario muy importante … el hidrógeno no es un combustible primario y, por lo tanto, debe producirse utilizando otra fuente de energía (ya sea reformando el gas natural o la hidrólisis utilizando electricidad). En pocas palabras, el hidrógeno se está utilizando como portador de energía de la misma manera que se usa una batería para transportar electricidad. Las baterías son significativamente (al menos el doble) más eficientes que el hidrógeno para esta tarea.

El hidrógeno será un gran combustible para los automóviles, y más aún para los camiones de transporte de larga distancia (plataformas de remolque de tractor).

La verdadera razón por la que el hidrógeno (H2) no se considera mucho para los motores tiene que ver con la eficiencia termodinámica de los motores frente a las celdas de combustible.

1 galón de gasolina tiene un contenido energético de aproximadamente 130 megajulios (MJ).

1 kg de H2 está en el mismo rango (130-140 MJ).

A primera vista, parecería que son bastante iguales, excepto que el H2 cuesta varios dólares por kg solo para producir ($ 4.50, según el Laboratorio Nacional de Energía Renovable), que debe hacerse utilizando energía renovable como fuente de energía original si debemos obtener un beneficio real al usar el H2.

Sin embargo, un motor de combustión interna (ICE) que funciona con gasolina (ciclo Otto) o hidrógeno funciona a un nivel de eficiencia termodinámica de alrededor del 20-25%.

Por otro lado, una celda de combustible que convierte H2 y oxígeno en electricidad para alimentar un motor eléctrico funciona a un nivel de eficiencia del 60% o incluso mayor. La gasolina (o diesel) no se puede usar en una celda de combustible.

Al unir estos hechos, vemos que 1 kg de H2, usado en una celda de combustible para alimentar un motor eléctrico, es igual a 2.5 a 3 galones de gasolina, y aún mayor para las condiciones de manejo urbano.

El resultado es que el costo del combustible por milla es igual cuando el precio (en la bomba) de 1 kg de H2 es aproximadamente 3 veces mayor que el de 1 galón de gasolina.

También significa que un vehículo que hubiera requerido un tanque de gasolina de 20 galones solo necesita un tanque H2 de 7 kg, o aproximadamente 1/3 de un metro cúbico en volumen a una presión relativamente baja de 250 bar.

A mucha gente le gusta citar el “efecto Hindenburg” para los peligros del H2. En realidad, el H2 es mucho más seguro que la gasolina en muchos sentidos, y el Departamento de Transporte ha aprobado una serie de contenedores para uso de vehículos operados por consumidores. De hecho, Toyota ha presentado su primer automóvil con motor H2, el Mirai, en áreas seleccionadas de los EE. UU., Donde también han coordinado la instalación de estaciones de reabastecimiento de combustible H2.

Ergo, si tienes argumentos sobre seguridad, llévalos a ellos, ya han hecho su tarea.

Ayer en la estación de servicio de mi vecindario en Texas, el precio de la prima sin plomo fue de $ 2.90 / galón. El precio equivalente de H2 sería $ 8.60 / kg. Podemos producir fácilmente H2 con turbinas eólicas y llevarlo a la bomba y superar ese precio.

¿Sabes qué son realmente los motores de hidrógeno?

Son motores de gas natural.

La diferencia entre una celda de combustible de hidrógeno y un motor de combustión interna que funciona con gas natural es que uno es mucho más barato que el otro, pero ambos producen las mismas emisiones.

“¡Espere! ¡Espere! ¡Espere! ¡Eso no es lo que son los motores de hidrógeno! ¡El hidrógeno produce agua pura y está hecho de magia y arcoíris! Te escucho chillar.

Claro, eso es un hombre de paja. Pero honestamente, probablemente creas que producimos hidrógeno electrolizando agua. Nosotros no Eso cuesta aproximadamente dos o tres veces más que la Reforma de vapor de gas natural. Por cierto, producir hidrógeno en esto, la forma más barata, da como resultado costos de operación de un Toyota Mirai que son solo un 10% más bajos que ejecutar un Toyota Matrix con gasolina. Lo último que verá que alguien haga es pagar dos o tres veces los costos de funcionamiento de su automóvil antiguo (que era en sí mismo aproximadamente 4 veces el costo de una Matrix) para que puedan obtener pelotas calientes al salvar el mundo.

Lo siento, me salí del camino allí. Comparemos el costo de los motores de hidrógeno versus el gas natural …

“¡Espere! ¡Espere! ¡Espere!”

¿Si señor Strawman?

“¡No quiero quemar gas natural! ¡Quiero un vehículo limpio que no queme combustibles fósiles o produzca CO2! ”

Luego obtenga un automóvil eléctrico y coloque paneles solares donde lo estacione durante el día.

“¡Pero cargar un automóvil eléctrico lleva demasiado tiempo!”

Estacionarlo mientras trabaja lleva demasiado tiempo. Estacionarlo cuando duermes lleva demasiado tiempo. He tenido un automóvil eléctrico durante 4 años, y ni siquiera tiene un alcance particularmente largo. He necesitado cargarlo rápidamente unas 5 veces durante el año pasado. Este no es un gran drenaje de mi tiempo. No es como tener que encontrar un lugar fuera de mi casa una vez a la semana donde pueda obtener gasolina. O peor, encontrar un lugar fuera de mi casa donde necesito encontrar hidrógeno, que es casi tan raro como los dientes de gallina, y no es probable que mejore porque las estaciones de hidrógeno cuestan aproximadamente 4 veces más que una estación de servicio. Los cargadores rápidos de DC para mi automóvil cuestan aproximadamente 1/2 a 1/4 tanto como una estación de servicio. Se están construyendo a un ritmo mucho más rápido. No importa otros costos locos de la producción que requieren soluciones que aún no existen.

Los autos que funcionan con baterías son una buena solución para este problema. No es una solución “absolutamente perfecta”, pero teniendo en cuenta el hecho de que el hidrógeno solo parece ser una solución perfecta, además del hecho de que sería difícil encontrar un propietario de Tesla que realmente tuviera un problema con el La desventaja de su automóvil, y usted debe preguntarse por qué nos molestaría tratar de gastar un billón de dólares en una infraestructura completamente nueva para alimentar automóviles que es mucho menos eficiente y mucho más costosa que todas las alternativas.

El problema con el hidrógeno es cómo almacenarlo de manera segura. ¿Has visto fotos de Hindenburg? ¿De verdad quieres un tanque lleno de esas cosas?

Recuerde también que las celdas de combustible producen electricidad a partir del hidrógeno, no la fuerza locomativa. Por lo tanto, los automóviles de hidrógeno utilizarán motores eléctricos y tecnología relacionada que actualmente se está desarrollando y mejorando para los automóviles eléctricos. Cuando llega una forma segura de almacenar hidrógeno, la batería se cambiará por una pila de combustible y un tanque.

Tómese el tiempo de leer las siete diapositivas de este artículo de BMW Hydrogen 7. Creo que comprenderá muy rápidamente por qué se ha abandonado un motor de hidrógeno.

BMW Hydrogen 7

He descubierto que la mayoría de las personas que no conducen automóviles eléctricos piensan que la recarga es un problema. Las personas con autos eléctricos se quejan de otras cosas. Parece que cargar en casa o en el trabajo es suficiente la mayor parte del tiempo y para viajes más largos, los supercargadores parecen ser suficientes. En realidad, la gente me dice que no tener que visitar una estación de reabastecimiento de combustible es una de las ventajas de los autos con batería.

Un automóvil de hidrógeno también es un automóvil eléctrico, simplemente está recargando su batería con la pila de combustible de hidrógeno.