Cercetări privind utilizarea hidrogenului la motoarele cu aprindere prin scânteie

INTRODUCERE

Pentru a evita efectele periculoase ale schimbarilor climatice, UE si-a propus sa limiteze cresterea temperaturii globale la 2°C, obiectiv inclus in Acordul de la Copenhaga.

Tranzitia spre o economie cu emisii reduse de dioxid de carbon are consecinte importante pentru utilizarea durabila a altor resurse decat cele energetice si, prin urmare, pentru initiativa emblematica privind utilizarea eficienta a resurselor din cadrul strategiei Europa 2020. Reducerea emisiilor de gaze cu efect de sera din sectorul energiei coincide cu reducerea considerabila a altor poluanti atmosferici, cu beneficii conexe in materie de sanatate.

Analiza previziunilor din cadrul diferitelor scenarii de decarbonizare la nivelul UE arata ca o reducere interna de 80% in UE pana in 2050 fata de nivelurile din 1990 este fezabila din punct de vedere tehnic, cu ajutorul tehnologiilor verificate, daca se aplica in toate sectoarele un stimulent suficient de puternic in materie de pret al carbonului (intre aproximativ 100 EUR si 370 EUR pe tona echivalent CO2 pana in 2050). Pentru aceasta va fi necesar un proces de inovare constant si substantial in domeniul tehnologiilor existente, insa se poate realiza fara tehnologii de varf, cum ar fi fuziunea nucleara, pilele cu hidrogen si celulele de combustie sau o retea electrica cu stocare de energie distribuita aplicata la scara larga, si fara schimbari majore ale stilului de viata (de exemplu, modificarea obiceiurilor alimentare, modificarea considerabila a modelelor de mobilitate). [1]

Hidrogen

Combustibilii alternativi reprezinta substante sau material utilizate drept combustibili, altele decat combustibilii fosili conventionali cum ar fi petrol, carbune sau gaze naturale. Printre cei mai cunsocuti combustibili alternativi se numara:

- Biodiesel

- Bioalcool (metanol, etanol)

- Energie electrica stocata chimic (baterii si pile de combustie)

- Hidrogen

- Biogaz

- Metan

- Ulei vegetal

- Alte surse de biomasa

Cu toate ca in prezent sectorul transporturilor depinde in mare masura de petrol, previziunile privind cresterea cererii si a emisiilor de gaze cu efect de sera au condus la cautarea de combustibili alternativi viabili. Conform unui raport al grupului european pentru viitorii combustibili din transport, printre principalele optiuni pentru inlocuirea petrolului in transporturi se numara electricitatea prin intermediul bateriilor si a celulelor pe baza de hidrogen si biocarburantii. In plus, gazele naturale si bio-metanul ar putea fi folosite ca solutii de back-up, in timp ce combustibilii sintetici ar putea asigura tranzitia de la combustibilii fosili la sursele regenerabile. Biocombustibilii si solutiile sintetice ar putea fi in masura, din punct de vedere tehnic, sa alimenteze toate tipurile de transport, dar disponibilitatea materiei prime si durabilitatea ar putea impune constrangeri privind utilizarea lor. Este foarte probabil ca cererea de energie preconizata in viitor in transport sa nu poata fi indeplinita de un singur tip de combustibil. In general, combustibilii alternativi tind sa aiba o randament energetic mai mica decat combustibilii fosili, dar acestia reduc emisiile de CO2 provenite din transporturi.

Principalele optiuni pentru completarea, pana in 2050, a combustibililor fosili in transportul rutier, aerian si de marfa pe distante lungi vor fi biocombustibili cu randament energetic mare, ce pot fi distribuiti prin infrastructura existenta. Vehiculele electrice, pe de alta parte, vor fi destinate in special pentru calatorii pe distante scurte. [2]

Dintre combustibilii alternativi amintiti mai sus, hidrogenul reprezinta o alternativa viabila deoarece suporta utilizari multiple, astfel, pe langa utilizarea in pile de combustie pentru producerea electricitatii, poate fi folosit si precum combustibil in motoarele cu ardere interna.

Hidrogenul poate fi produs atat din combustibili fosili cat si din surse regenerabile astfel incat problema legata de energie poate fi rezolvata pentru orice tara ce are surse de energie suficiente. Multe tari in care industria si transportul se bazeaza pe petrol, pe care trebuie sa il importe, si-au aratat interesul cu privire la tehnologii ce utilizeaza hidrogenul. Printre acestea, Islanda [3], Hawaii [4] si Noua Zeelanda [5] au facut deja primii pasi.

Cele mai importante provocari pentru dezvoltarea economiei bazate pe hidrogen pot fi impartite in trei categorii:

- Economica: costul productiei hidrogenului, transportul, stocarea, celulele de combustie si motoarele cu hidrogen trebuie sa devina competitive.

- Tehnologica: problema stocarii este principala provocare.

- Sociala: perceptia publica generala.

Lucrarea prezinta generalitati in legatura cu utilizarea hidrogenului prin pile de combustie dar se concentreaza pe folosirea hidrogenului in motoare cu ardere interna deoarece:

- Motoarele cu ardere interna beneficiaza de o dezvoltare continua de mai bine de un secol si inca mai se pot aduce optimizari asupra acestora. Celulele de combustie utilizeaza o tehnologie care este inca in stadiul de dezvoltare.

- Folosind motoare cu ardere interna, acestea permit utilizarea a doi combustibili; de exemplu, un motor poate functiona atat cu benzina cat si cu hidrogen reducand astfel cerintele pentru cat mai multe statii de alimentare si marind autonomia autovehiculului. Acest lucru ar putea facilita inceputul unei economii bazate pe hidrogen.

- Celulele de combustie inca sufera datorita problemelor de pornire la rece si au nevoie de hidrogen pur pentru a evita acest lucru. Motoarele cu ardere interna nu au aceste probleme.