O hidrogênio, o elemento mais simples e ao mesmo tempo mais abundante no universo, é incrivelmente versátil e foi recentemente aproveitado em células de combustível de hidrogênio através de um processo eletroquímico que combina hidrogênio e oxigênio para produzir água e gás. Estas células podem potencialmente resolver alguns dos problemas mais urgentes relacionados com a energia. Embora o debate continue sobre os prós e os contras das células de combustível de hidrogénio, não se discute que o hidrogénio é uma alternativa ecológica aos combustíveis fósseis que pode fornecer energia de alta densidade para muitas plantas industriais e modos de transporte.
Aqui, vamos nos aprofundar em como as células a combustível de hidrogênio podem mudar o futuro da utilização de energia e como as empresas podem se beneficiar dessa evolução.
Conteúdo
Mercado global de células a combustível de hidrogênio
Fatos que cercam as células de combustível movidas a hidrogênio
Conclusão
Mercado global de células a combustível de hidrogênio
O mercado global de células de combustível de hidrogénio valia a pena cerca de 6.6 mil milhões de dólares em 2021, e as empresas de células de combustível continuem a trabalhar para tornar as células de combustível de hidrogénio mais leves, de produção mais barata e que exijam menos peças.
Como tal, prevê-se que o mercado valha 19.5 mil milhões de dólares até 2027 e registe uma CAGR de 21% entre 2022 e 2027. A procura de energia limpa em certas regiões, particularmente na Ásia-Pacífico, está a alimentar ainda mais o crescimento do hidrogénio. mercado de células de combustível, com o Japão dominando a expansão do setor através de uma gama de aplicações. Outros países onde o crescimento futuro parece inevitável incluem a China, a Alemanha e a Coreia.
Fatos que cercam as células de combustível movidas a hidrogênio
Aqui estão os 10 fatos sobre células de combustível de hidrogênio que os diferenciam de outros sistemas de armazenamento de combustível:
As células de combustível são uma fonte de energia limpa
Células a combustível de hidrogênio se posicionar como uma fonte de energia limpa e com pouco impacto ambiental. Nenhuma combustão está envolvida no armazenamento e os subprodutos são apenas calor e água. Além disso, ao contrário da energia hidroeléctrica ou dos biocombustíveis, não há necessidade de extensas áreas de terra para produzir hidrogénio.
A NASA está até trabalhando para usar o hidrogênio como recurso, com a água produzida como subproduto sendo usada como água potável para os astronautas. Este fato demonstra como células de combustível de hidrogênio são um recurso não tóxico, o que os torna superiores ao carvão, à energia nuclear ou ao gás natural.
As células de hidrogênio têm pouca poluição sonora ou visual
Como outras fontes de energia, células de combustível de hidrogênio não gere ruído excessivo. Mesmo os veículos movidos a hidrogénio emitem menos ruído do que aqueles que utilizam motores convencionais de combustão interna. Os motores de veículos tradicionais envolvem explosões e peças mecânicas móveis, enquanto o processo eletroquímico nas células de combustível é silencioso e produz ruído mecânico mínimo. Esta é uma razão pela qual é estimado que cerca de 20% dos veículos em todo o mundo serão movidos por células de combustível até 2030.
O design simples das células de combustível reduz a necessidade de componentes mecânicos complexos que poderiam contribuir para a poluição visual. O design simplificado de células de hidrogênio melhora sua compatibilidade visual por meio de vários aplicativos.
As células de combustível são versáteis
A versatilidade de células de combustível de hidrogênio também é um fator importante em sua crescente adoção. Suas aplicações variam desde a alimentação de veículos e edifícios até dispositivos eletrônicos portáteis e estruturas de energia alternativas.
As células de combustível de hidrogénio também estão a ser exploradas nas indústrias marítima e aeroespacial. Esta inclinação para a propulsão baseada no hidrogénio visa reduzir as emissões e criar um impacto ambiental mínimo.
Células movidas a hidrogênio têm tempos de carregamento rápidos
O mais recente projetos de células de combustível de hidrogênio reduziram significativamente os tempos de carregamento. Isto foi conseguido usando uma bobina semicilíndrica como trocador de calor interno, resfriando a célula de combustível de hidrogênio sólido mais rapidamente, o que por sua vez ajuda a carregá-la mais rapidamente.
Através deste método, o tempo de carregamento de hidrogénio foi reduzido em 59% em comparação com a utilização de um permutador de calor de bobina helicoidal convencional.
As células de combustível oferecem longa duração de uso
A vida útil exata de um célula de combustível depende de seu uso porque as baterias descarregam em taxas diferentes de acordo com suas aplicações. Por exemplo, os veículos com células de combustível de hidrogénio podem percorrer uma média de 312 e 380 milhas antes de reabastecerem. As pilhas de combustível nas células são projetadas para uso vitalício, em torno de 150,000 a 200,000 milhas. Quando a vida útil termina, as células de combustível podem ser desmontadas e os componentes podem ser reciclados.
Essa duração é maior do que a oferecida pelos veículos elétricos (VEs). A temperatura externa não afeta a eficiência de uma célula de combustível. Não se deteriora em climas frios, como quando usado em veículos elétricos. Essa vantagem das células a combustível de hidrogênio é amplificada quando combinada com seus tempos de carregamento rápidos.
Células de energia de hidrogênio são mais poderosas
As células de combustível são uma fonte de energia de alta densidade com excelente eficiência energética. Geralmente, o hidrogênio tem o maior conteúdo energético de qualquer combustível comum em termos de peso. O hidrogénio líquido e os gases de alta pressão têm três vezes a densidade de energia gravimétrica do GNL e do diesel, e uma energia volumétrica semelhante à do gás natural.
A eficiência de combustível permite a produção de mais energia por quilo de combustível. Por exemplo, uma central eléctrica de combustão tradicional produz electricidade com uma eficiência de 33-35%, em contraste com 65% de outras células de combustível. O mesmo acontece com os veículos, onde células de combustível de hidrogênio implantar 40-60% da energia, oferecendo ao mesmo tempo um corte de 50% no consumo de combustível.
A tecnologia de células de hidrogênio é ideal para comunidades rurais
As centrais de energia em muitos países estão localizadas longe dos centros das cidades e são necessárias redes de distribuição para garantir que a energia seja entregue de forma constante aos consumidores. Da mesma forma, são necessárias soluções concretas para fornecer energia às comunidades rurais. Os investigadores revelaram que estender a energia a essas áreas é económica e tecnicamente inviável.
A simplicidade e a eficácia células de combustível torná-los um recurso energético adequado para as zonas rurais. Seu funcionamento é independente de quaisquer partes móveis e possui longa vida útil, que pode chegar a 40,000 horas. Além disso, eles podem ser empilhados para atender a diferentes requisitos de energia.
Aproveitando o fato de que as células a combustível geram calor e energia simultaneamente, ambas podem ser utilizadas para finalidades diferentes. Por exemplo, o calor pode ser extraído e utilizado para equipamentos de ventilação térmica e ar condicionado (HVAC). Por exemplo, na África do Sul, 13% da energia é utilizada para aquecimento ambiente, enquanto 32% é utilizada para água quente.
As células de combustível podem funcionar como energia de reserva
As células a combustível de hidrogênio tornaram-se uma tecnologia promissora para uso em aplicações de energia de reserva. Energia de reserva refere-se ao uso de fontes de energia secundárias para fornecer energia em caso de queda repentina de eletricidade. Isto é fundamental para infraestruturas como data centers, hospitais e redes de telecomunicações. Células de energia de hidrogênio fornecer energia confiável para essa infraestrutura, com alto tempo de atividade e baixos requisitos de manutenção. Muitas organizações em todo o mundo estão implantando células de combustível para aproveitar ao máximo suas vantagens.
As células de hidrogênio são portáteis
A energia portátil é uma obrigação para indivíduos e organizações que trabalham em muitas áreas, e a elevada dependência de enormes estruturas de poder pode causar restrições em termos de movimento. Felizmente, células de combustível surgiram como uma solução para essas necessidades. Os sistemas de combustível portáteis pesam menos de 10 kg e fornecem potência inferior a 5 kW.
Menor células de microcombustível podem ser usados para alimentar telefones celulares e laptops e apresentam benefícios relacionados à redução de peso e densidade de energia quando comparados às baterias de íon-lítio. Por outro lado, a energia portátil em grande escala mostra-se promissora para aplicações geograficamente remotas, como estações meteorológicas.
As células de combustível podem democratizar o poder
A dependência excessiva de combustíveis fósseis para produzir energia está a esgotar os sistemas energéticos e a poluir o ambiente. As células de combustível permitir a produção distribuída de energia que ajuda comunidades e entidades menores a gerar mais energia. Além disso, a diminuição da dependência das redes eléctricas centralizadas pode dar aos indivíduos e às comunidades locais mais controlo, ajudando a reduzir a possibilidade de os preços dos combustíveis fósseis dispararem em alturas em que os stocks se tornam escassos.
A geração descentralizada de energia com combustíveis fósseis aumenta a resiliência durante falhas na rede ou desastres naturais, e a produção localizada de energia significa que instalações e serviços críticos podem continuar a funcionar mesmo quando a rede centralizada é interrompida.
Conclusão
A pesquisa em andamento se concentra na identificação e no desenvolvimento de tecnologia de células de combustível para reduzir custos e expandir a vida útil dos componentes da pilha de células de combustível, como catalisadores, membranas, placas bipolares e conjuntos de eletrodos de membrana. Os processos de fabricação de alto volume e os baixos custos também tornarão as estruturas de células de combustível competitivas em termos de custos com as tecnologias convencionais.
Estes tipos de células de combustível melhoradas estão a ajudar cada vez mais a fornecer energia às comunidades e às indústrias necessitadas de energia. À medida que a tecnologia melhora, é provável que a vejamos ser aproveitada em ainda mais setores da sociedade.
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