¿Qué tan pronto serán factibles las celdas de combustible, ahora que los investigadores han podido (sin agregar energía adicional en ese momento) producir hidrógeno muy rápidamente a partir del agua?

Si he hecho todos los cálculos correctamente, esto pondría la densidad de energía de uso final del mundo real por kilogramo de “combustible” de silicio (aproximadamente 14 MJ / kg) a la par con el diesel (15-16 MJ / kg).

Esto compara un divisor de agua de silicio más una celda de combustible con un generador diesel. También supongo que el agua se recicla en un circuito cerrado, por lo que el único peso que tenemos que enviar es el silicio. Para algunas aplicaciones de nicho, esto podría ser interesante, pero no veo que reemplace nada más que un pequeño porcentaje de las instalaciones de generadores alimentados con diesel. Como combustible de transporte, el silicio es aún menos interesante simplemente porque es un sólido y eso plantea grandes problemas de distribución.

No creo que ningún ejecutivo de una compañía petrolera pierda el sueño por esto.

Las celdas de combustible de hidrógeno y oxígeno ya son “factibles”, pero su funcionamiento es menos económico que las tecnologías competitivas bajo ciertas condiciones. Los principales problemas que veo con las celdas de combustible de hidrógeno para aplicaciones de vehículos eléctricos son específicamente (1) la falta de un medio de almacenamiento de hidrógeno económico y de alta densidad para vehículos y (2) la falta de un núcleo de celda de combustible de hidrógeno confiable y económico.
Esta tecnología de nano silicio no resuelve ninguno de los problemas (específicamente para vehículos).
No resuelve (1) porque presumiblemente necesitaría transportar alrededor de nano silicio y agua en el vehículo, reduciendo enormemente su densidad de energía. No resuelve (2) de ninguna manera. (Existe cierto debate sobre si las tecnologías de celdas de combustible de hidrógeno basadas en nafion u otras bajarían drásticamente con el aumento de escala, pero me parece que las tecnologías disponibles no son económicamente factibles a los niveles de potencia requeridos para los vehículos).

Este nuevo descubrimiento de nanosilicio, aunque interesante, es irrelevante para los vehículos eléctricos.

Suponiendo que pueda fabricar silicio a nanoescala de manera eficiente, esto podría terminar siendo una forma bastante buena de mover esa inversión de energía. No resuelve el problema de adquirir energía, pero podría resolver el problema de llevar esa energía a un vehículo y transportarla de manera segura.

En términos generales, el proceso sería que tengas una refinería en algún lugar que purifique el silicio y lo convierta en partículas a nanoescala. Esas partículas se enviarían a las estaciones de servicio y, junto con el agua, serían el combustible que se obtiene en la ‘bomba’ en lugar de la gasolina. Luego, una máquina en su automóvil mezclaría agua y silicio para producir hidrógeno y subproductos, luego movería ese hidrógeno a una celda de combustible con una membrana de intercambio de protones para crear electricidad a partir de la mezcla del hidrógeno y el oxígeno atmosférico. La electricidad entonces conduciría un motor eléctrico. En comparación con los diseños más típicos de celdas de combustible de hidrógeno, el tanque de silicio y el tanque de agua ofrecerían un reemplazo potencialmente mucho más seguro a un tanque de gas de hidrógeno licuado, presurizado / refrigerado.

Asumiendo que existen muy pocas barreras para comercializar esta tecnología, podría eliminar uno de los mayores obstáculos para una infraestructura de energía de hidrógeno. Pero el camino desde la publicación de un estudio hasta un producto comercial es largo y lleva muchos años recorrerlo. Para tener éxito, hay muchas preguntas de ingeniería para responder. ¿Cómo se hace el silicio a nanoescala de manera eficiente (es decir, no se usa mucha más energía para crearlo que la que se obtiene en forma de combustible utilizable; si usa el doble de energía para hacerlo como proporciona, las baterías serán una alternativa competitiva a esto método)? ¿La producción de su silicio produce desechos o subproductos nocivos? ¿El uso del silicio para producir hidrógeno crea desechos nocivos? ¿Cómo transporta de manera segura el silicio de la refinería al vehículo? ¿Qué sucede si hay un derrame (solo puedo imaginar que esto sería extremadamente dañino para inhalar)? Como puede ver, hay muchos problemas que resolver antes de que esto pueda considerarse una alternativa viable.

Por el contrario, los autos eléctricos que funcionan con baterías ya están en el mercado y la infraestructura para alimentarlos está mejorando constantemente. Me parece probable que los cargadores de batería verán una mejora de orden de magnitud en sus velocidades de carga antes de que se resuelvan todos los problemas anteriores. Una vez que pueda recorrer 150 millas con una carga de 6 minutos, es probable que disminuya la ansiedad por el alcance de los autos eléctricos y las alternativas basadas en hidrógeno tendrán dificultades para competir.

100 más rápido, 1000 más rápido, muy rápido, etc., no son datos suficientes para basar ninguna predicción …

Además, aunque el silicio está ampliamente disponible (?), Los artículos no mencionan cuánto cuesta obtener partículas de 10 nm. Puede haber algunos costos adicionales relacionados con el almacenamiento: debido a su alta reactividad con el agua, supongo que el polvo sería higroscópico y se pudriría fácilmente debido a la humedad del aire. No creo que el hidrógeno emanado durante esta descomposición sea peligroso, pero ¿qué sé?

Otro pensamiento: esto no es disociación del agua: el agua de la forma 2O entra, SiO2, que es un compuesto aún más estable que el agua. En el proceso, el gas H2 está disponible para combinarse con el oxígeno de la atmósfera, liberando energía. Los artículos mencionados dicen que no se requiere energía adicional, pero ¿se liberaría alguna energía? (¡lo cual podría ser una buena idea!)

SiO2 no es tóxico, pero ¿qué pasa con un polvo muy fino, no sería peligroso?

Y aunque el uso aquí y allá no sería un gran problema, ¿qué pasa con su uso a gran escala? Mientras se quema petróleo, se libera CO2, las plantas tienden a liberar nuevamente el O de este gas. Sin embargo, al quemar Si obtenemos polvo de cuarzo, que es muy estable y nada en la naturaleza logrará disociarlo. Alimentar todos los automóviles con partículas de Nano Si agotará la atmósfera de oxígeno, incluso si el agua permanecerá en la misma cantidad en los océanos planetarios, además de un poco de arena blanca hermosa …

En conclusión
No creo que esta sea una buena solución a gran escala:

• Las partículas de nano Si pueden ser caras de producir y almacenar.
• Puede ser peligroso almacenar estas partículas.
• el polvo fino o las suspensiones de Si o SiO2 pueden ser peligrosas para la vida, incluso si no son tóxicas.
• El producto final / dolores de la reacción, el SiO2 puede ser aún más contaminante que el CO2 real.

A pequeña escala, la liberación de hidrógeno en pequeñas baterías necesitaría dispositivos especiales para almacenar y aislar las nanopartículas del agua cuando no se necesita hidrógeno, lo que hace que esos dispositivos sean bastante … desafiantes.
Sin embargo, puede ser menos desafiante que almacenar hidrógeno puro.

No hay tal cosa como un almuerzo gratis. La tasa de producción de hidrógeno no es el problema, el hecho de que realmente requiere energía sí lo es, y la dificultad de almacenar hidrógeno sí lo es.

Una mejor pregunta sobre las celdas de combustible es si pueden funcionar con combustibles líquidos.

Esto suena sospechoso. Afirman que no están aplicando energía para dividir el H2, pero no hay reactivos que no sean Si y H2O. Algo tiene que impartir energía para crear una reacción y dudo que solo por estar allí, el Si está causando que el agua se rompa en H2 y O2. Se necesita energía para forzar la división, ya sea luz, calor, entradas de energía eléctrica o algún tipo de químico con un catalizador de algún tipo.

Incluso si esto fuera cierto, no sería suficiente responder porque no conoceríamos el rendimiento de este sistema y todavía hay mucho por establecer con las propias celdas de combustible (infraestructura, diseños económicos, de producción en masa, confiables y robustos, etc.)

El silicio se consume en el proceso, por lo que si bien se obtiene hidrógeno, no se obtiene el hidrógeno de forma gratuita, se necesita un suministro continuo de silicio, que no solo es costoso, sino que se necesita más energía para refinar el silicio de lo que se necesita. Vuelve del hidrógeno.