Page 1

IES MONTSERRAT

TREBALL DE RECERCA 

HIDROGEN, EL COMBUSTIBLE  DEL FUTUR   

         

Autor: Sami Laiho Tutor del treball: Aleix Gabarró Curs: 2n Batxillerat Classe: 2.1 Data lliurament: 6 novembre 2013


1

INTRODUCCIÓ I OBJECTIUS .............................................................................................. 2 1.1  INTRODUCCIÓ .................................................................................................................................. 2  1.2  OBJECTIUS ........................................................................................................................................ 3 

2

L’HIDROGEN ............................................................................................................................ 4 2.1  PROPIETATS ...................................................................................................................................... 4  2.2  OBTENCIÓ D’HIDROGEN ................................................................................................................... 7  2.3  EMMAGATZEMATGE ........................................................................................................................ 8  2.3.1  Mètodes químics ................................................................................................................. 9  2.3.2  Canvi d’estat ...................................................................................................................... 10  2.4  SEGURETAT ..................................................................................................................................... 12 

3

HISTÒRIA DEL MOTOR D’HIDROGEN ........................................................................... 14 3.1  CREADOR ........................................................................................................................................ 14  3.2  PRIMER COTXE D’HIDROGEN ......................................................................................................... 14 

4. TIPUS DE MOTORS D’HIDROGEN ................................................................................... 16  4.1  MOTOR D’HIDROGEN DE COMBUSTIÓ INTERNA ........................................................................... 16  4.1.1  Motor Wankel ................................................................................................................... 16  4.1.2  Motor de quatre temps d’hidrogen .................................................................................. 17  4.2  Motor elèctric amb cel∙les d’hidrogen de combustible ................................................................. 20  4.2.1  Motor elèctric .................................................................................................................... 20  4.2.1.1  Motor elèctric de corrent continua (CC) ............................................................ 20  4.2.1.2  Motor elèctric de corrent alterna (CA) .............................................................. 22  4.2.2  Cel∙la de combustible ........................................................................................................ 23  4.2.2.1  La cel∙la de carbonat (MCFC) ............................................................................. 24  4.2.2.2  La cel∙la alcalina (AFC) ........................................................................................ 25  4.2.2.3  La cel∙la d’hidrogen (PEMFC) ............................................................................. 26 

5

COTXES PROPULSATS PER HIDROGEN ........................................................................ 29 5.1  PROJECTE CUTE .............................................................................................................................. 29  5.2  HIDROGENERES .............................................................................................................................. 31 

6

AVANTATGES I INCONVENIENTS ENTRE ELS MOTORS DE COMBUSTIBLE FÒSSIL I MOTORS D’HIDROGEN ...................................................... 33

7

FABRICACIÓ D’ELECTROLISI ......................................................................................... 36

8

ENTREVISTA .......................................................................................................................... 49

9

CONCLUSIONS ....................................................................................................................... 52

10 BIBLIOGRAFIA I RECURSOS ............................................................................................. 53 

1  


1

INTRODUCCIÓ I OBJECTIUS

1.1

INTRODUCCIÓ Abans de començar a redactar aquest treball, m’agradaria explicar perquè he escollit aquest tema. Sóc una persona apassionada per la tecnologia, i per l’altre banda també em preocupo per la salut del nostre planeta. Al llarg de l’historia humana, els éssers humans hem fet servir la tecnologia per facilitar-nos la vida, com per exemple picar les pedres d’una certa manera per crear estris per la caça en al Paleolític, o la creació de palanques per a la construcció en l’Antic Egipte. Per desgràcia en alguns aspectes, vivim en un món encegat per l’avenç tecnològic per beneficiar la productivitat del planeta, i aquesta ceguesa per ser un món tecnològicament avançat, ha deixat de banda les precaucions i estudis valoratius previs per la seva aplicació. És a dir, hem volgut evolucionar tant ràpid tecnològicament que em deixat de banda els riscos que podria tindre els nous invents cap a la salut del nostre planeta, com per exemple els vehicles propulsats amb combustibles fòssils, .... I amb els anys, tot això ho estem pagant amb l’efecte hivernacle, que està produït per un excés, principalment, de diòxid de carboni a l’atmosfera. Sort n’hi ha que en aquests últims anys la societat ens estem conscienciant més d’aquest problema, i ara estem introduint les energies renovables. Actualment hi han moltes formes d’aconseguir energia sense contaminar molt el nostre planeta, com per exemple utilitzant plaques solars per aprofitar la gran energia que desprèn el Sol, o fent servir molins de vent per transformar l’energia cinètica del vent a electricitat. Jo he escollit com a font d’energia l’hidrogen, perquè crec que serà el combustible del futur, ja que no fa emissions de diòxid de carboni, i també perquè l’hidrogen és l’element més abundant de l’univers. Per aquest motiu no tenim la preocupació de consumir tot l’hidrogen que hi ha en el planeta, com està passant ara amb els jaciments del petroli. 2


En aquest treball de recerca em centraré més en els motors dels cotxes propulsats per hidrogen i no en altres aplicacions que podrien ser, per exemple, l'emmagatzematge de l'energia sobrant de les centrals, com per exemple, nuclear o eòlica.

1.2

OBJECTIUS He escollit quest treball de recerca perquè sé molt poques coses sobre l’hidrogen com a energia, i les poques coses que se em donen una mala imatge sobre aquest gas, ja que el que se de l’hidrogen és que va haver un accident molt important en el passat per culpa d’aquest gas, que va l’accident de Hinderburg, o que també hi ha una bomba que fa servir aquest element químic que és molt més potent que la bomba nuclear. Així que els meu objectiu per aquest treball de recerca és descobrir si aquest gas podrà ser una energia que té la suficient capacitat per substituir el petroli, i em centraré més en els motors dels cotxes, ja que els cotxes són uns alts contaminants en el nostre planeta. Per esbrinar si l’hidrogen podrà substituir al petroli, hauré d’investigar uns certs punts, que són:  Saber com es comporta aquest gas.  Saber si surt rentable l’obtenció i l’emmagatzematge d’aquest gas.  Veure si els motors per aquest gas són rentables.  Mirar si està evolucionant ràpid l’idea d’implantar cotxes propulsats per hidrogen com a combustible.

3  


2

L’HIDROGEN

2.1

PROPIETATS Abans de començar a parlar del motor d’hidrogen, primer haurem de saber les característiques que té el seu combustible. L’hidrogen és un element químic representat amb el símbol H i té com a número atòmic l’1, per tant és el primer element de la taula periòdica. En condicions normals de pressió i temperatura és un gas diatòmic, és a dir, que aquest gas està format per dos àtoms d’hidrogen (H2). També és inodor, insípid, no metàl·lic i es caracteritza pel seu alt nivell

Atom d’hidrogen

d’ignició, és a dir que crema amb facilitat en contacte amb l’oxigen. El nom d’hidrogen prové del grec antic “hydrogenos”, que significa generador d’aigua, ja que “hydro”, en grec, vol dir aigua i “genos” generador. L’hidrogen és l’element més lleuger i abundant de l’univers suposant un 75% en massa i un 90% en número d’àtoms. L’hidrogen és tant abundant a l’univers perquè es troba en quantitats massives a les estrelles en estat de plasma. Com que l’hidrogen és tan abundant al nostre univers, té una certa energia calorífica i no és contaminant pel medi ambient. Podem fer servir aquest element químic per generar energia amb ell. L’hidrogen no és en si una font d’energia, sinó que podríem dir que l’hidrogen és un vector energètic, ja que no hi ha jaciments d’hidrogen, sinó que s’ha d’extreure d’algun element de la natura, com per exemple l’aigua, mitjançant l’electròlisi.

4  


PROPIETATS DE L’HIDROGEN

5  


Amb les normatives mediambientals cada vegada més estrictes, i amb l’esgotament de les reserves de petroli, fan que les indústries hagin d’optar per energies alternatives als combustibles fòssils convencionals, ja que no els hi quedaria cap altre remei. L’home ha estat canviant de font d’energia des de els temps de les cavernes. Els essers humans vam començar cremant fusta, després carbó, després petroli, i ara estem cremant gas natural, utilitzant cada vegada combustibles amb més hidrogen. Cada un d’aquests passos ha suposat fer servir menys carbó i més hidrogen, així que seguint aquests passos, al final hauríem de deixar d’utilitzar carbó i només fer servir hidrogen. L’hidrogen aspira a convertir-se en una d'aquestes opcions de futur, ja que estem en un planeta que te un imparable consum d'energia, que es tradueix en un augment de la contaminació i del deteriorament mediambiental. Es diu que l’hidrogen en un futur, especialment en el sector del transport, jugarà un paper molt important, ja que la seva gran eficiència energètica i la no emissió de partícules contaminants en la seva producció i us, el converteixen en una alternativa aparentment més viable que altres, per reduir el deteriorament ecològic produït per combustibles contaminants en una societat com la nostre, que cada any que passa hi ha més demanda de combustibles.

6  


2.2

OBTENCIÓ D’HIDROGEN L’hidrogen és l’element més abundant i lleuger de l’univers, però no es pot utilitzar directament ja que no hi ha jaciments d’hidrogen, així que no és una font d’energia, sinó que és un portador d’energia. L’hidrogen es pot trobar en la fusta, en el carbó, en el petroli i en el gas, però sobretot a l’aigua. Hi han diversos mètodes per separar l’hidrogen d’altres elements químics, com per exemple fent servir hidrocarburs com el gas natural: per extreure’l, li apliquen grans quantitats de calor (700-1100 °C), i a una pressió entre 3 a 25 bar, el vapor que s’allibera (H2O) reacciona amb el metà (CH4) i aquesta reacció es transforma en gas natural sintètic. H2O + CH4 → CO + 3 H2 També es pot treure d’un altre hidrocarbur com el monòxid de carboni, que consisteix en barrejar vapor d’aigua amb monòxid de carboni a una temperatura aproximada als 130 °C. CO+ H2O → CO2+ H2 El problema d’extreure l’hidrogen dels hidrocarburs és que deixen anar partícules contaminants en el medi. Per sort l’hidrogen també, es pot treure de l’aigua, i en aquests processos disminueix molt les emissions de diòxid de carboni. Per obtenir hidrogen de l’aigua, normalment, es fa servir l’electròlisi. L’electròlisi és un procés químic de la reacció d’oxidació-reducció, que vol dir que dos o més elements químics es transfereixen electrons mútuament provocant un canvi d’estat d’oxidació. Per obtenir hidrogen, haurem de crear una reacció química utilitzant el corrent elèctric per separar les molècules d’aigua. Aquesta reacció es produeix ja que els àtoms d'hidrogen i d'oxigen són elèctricament atrets en una molècula d'aigua. Quan un corrent elèctric passa per l'aigua es trenca l'enllaç químic que té la molècula d’aigua amb dos càrregues positives (ions positius) i una càrrega negativa (ió negatiu). Les càrregues negatives, que són els ions d'oxigen, van cap a l'elèctrode positiu (ànode) i els ions d'hidrogen carregats positivament són atrets per l'elèctrode negatiu (càtode). 7


Les reaccions que es fan en aquest procés són: -

Càtode: El càtode, que està carregat negativament, atrau a les molècules d’hidrogen que estan carregats positivament. 2 H+ (aq) + 2e−→ H2 (g)

-

Ànode: El ànode, que està carregat positivament, atrau a les molècules d’oxigen que estan carregades negativament. 2 H2O (l) → O2 (g) + 4 H+ (aq) + 4e−

La reacció global d’aquest procés químic per separar l’aigua de l’oxigen és: 2 H2O (l) → 2 H2 (g) + O2 (g)

2.3

EMMAGATZEMATGE L’emmagatzematge de l’hidrogen és un dels problemes que té aquest vector energètic, ja que, encara que l’hidrogen tingui un dels nivells més grans de energia específica (energia per quilograms), també té un dels nivells de 8


densitat més baixa, això vol dir que hi ha moltes dificultats d’emmagatzemar aquest gas d’una forma econòmica i eficient. Per emmagatzemar aquest gas, es necessita molta energia, i clar, si es gasta més energia per emmagatzemar l’hidrogen del que després ens pot donar, perdríem energia en contes de guanyar-la. Tot això s’està investigant encara perquè surti més assequible del que ho és ara. Hi ha diferents formes per emmagatzemar l’hidrogen, però a dia d’avui hi ha dos mètodes importants que es fan servir per emmagatzemar-lo, que són: els mètodes químics i el canvi d’estat.

2.3.1 Mètodes químics Consisteix

en

emmagatzemar

l’hidrogen

en

compostos

químics

que

l’absorbeixen, aquest procés d’absorbiment d’hidrogen es diu difusió. Un exemple de compost químic que s’utilitza és emmagatzemament l’hidrogen com a hidrur metàl·lic, que consisteix en emmagatzemar l’hidrogen en un metall que les seves característiques el permeti absorbir-lo. Aquest procés és molt estable, i no es perillós, i a l’hora d’invertir el procés per obtenir l’hidrogen un altre cop no es necessita malgastar molta energia. L’emmagatzematge de l’hidrogen com l’hidrur metàl·lic, normalment es fa en cilindres que estan a una certa pressió per emmagatzemar bé l’hidrogen, i normalment són d’acer. El problema d’aquest mètode és que el cilindre que l’emmagatzema és molt pesat.

9  


2.3.2 Canvi d’estat L’hidrogen, en condicions normals, és un gas amb una densitat molt baixa, exactament de 0,089 Kg/m3, i a conseqüència de la seva baixa densitat és un gas que és difícil d’emmagatzemar, així que la solució per emmagatzemar-lo és canviant el seu estat gasós a líquid, és a dir, que es fa una condensació de l’hidrogen. El problema d’aquest mètode és que per fer una condensació d’hidrogen es necessita disminuir la temperatura del gas fins a -250 ºC, i es requereix molta energia per aconseguir-ho. Més o menys es perd un 50% de l’energia que després et donarà el mateix hidrogen com a combustible. Un altre inconvenient d’aquest procediment és que a l’hora d’emmagatzemar l’hidrogen en estat líquid, és requereix utilitzar precintes especials per l’emmagatzematge que han d’estar a 20 atm i estan precintats hermèticament perquè no s’incrementi la temperatura. Encara que estigui ben emmagatzemat, quan l’hidrogen està a dintre d’aquest precintes, és perd més o menys un 0,4% d’aquest gas per 50 m3 cada dia. Els cotxes d’avui en dia fan servir aquest mètode d’emmagatzematge, i els cilindres, com a norma general, han d’estar a una pressió de 200 bar.

Hidrur metàl·lic Cilindres d’hidrogen líquid

10  


En l’actualitat canvia molt el sistema d’emmagatzematge segons la distància que ha de recórrer aquest gas, però normalment es segueix aquest procés: Per a distàncies llargues, l’hidrogen s’emmagatzema criogènicament, és a dir, l’emmagatzemen transformant-lo en estat líquid, i el transporten per medi terrestre ( camions o trens), marítim ( vaixells) o aeri ( avions). Quan arriba en el lloc on es vol utilitzar l’hidrogen, es vaporitza, i així poden fer servir el gas. Si després s’ha de transportar a una distancia d’uns mil quilòmetres, es comprimeix i es transporta amb cilindres metàl·lics amb camions. Si s’ha de distribuir en una distància més curta (un centenar de quilòmetres), es distribueix com el gas natural, per una xarxa de canonades subterrànies, la diferencia del mètode de distribució entre gas natural i l’hidrogen mitjançant canonades subterrànies, és que les canonades d’hidrogen tenen un diàmetre diferent, tenen una altre pressió i la distància entre les estacions de comprimit són més curtes que les del gas natural, degut a la baixa densitat que té l’hidrogen. Com he explicat anteriorment, tots aquests processos per emmagatzemar l’hidrogen són molt cars per l’energia requerida. Per evitar aquests costos de distribució, el que es pot fer és el mètode on-site, que consisteix en fer la producció d’hidrogen en el lloc a on es vol consumir, i així el cost de distribució és més baix. Però l’inconvenient d’aquest mètode és que els costos de producció d’hidrogen augmentaran.

11  


2.4

SEGURETAT L’hidrogen és el gas que té menys viscositat i densitat de tots els gasos, i com a conseqüència d’això fa que tingui facilitat d’escapar-se més ràpid per petits orificis que altres gasos. També és un gas altament inflamable i volàtil, i en contacte amb l’aire pot arribar a explotar. Per tant l’hidrogen pot ser perillós si no es té cura d’una bona distribució i emmagatzematge, per això s’ha de manipular amb una certa precaució. Per evitar incidents amb aquest gas, les plantes d’hidrogen han d’estar dissenyades per tindre el menor risc de fugues, i s’haurà de revisar regularment que no es produeixin escapaments de gas. És recomanable que aquestes infraestructures estiguin construïdes a l’exterior, així si hi ha una fuga el gas s’anirà directament a l’atmosfera, i si això no és possible l’edifici ha d’estar ben ventilat. També es recomana que a l’ instal·lació hi hagin sensors de pressió en els compressors

d’hidrogen,

i

que

abans

d’utilitzar

les

infraestructures

d’emmagatzematge d’hidrogen, l’aire ha de ser eliminat, així s’evita el perill que l’hidrogen entri en contacte amb l’oxigen, ja que a les hores podria explotar. De totes formes l’hidrogen, veient les seves característiques, no és el gas més perillós que normalment es fa servir com a combustible.

Hidrogen

Metà

Propà

Densitat (Kg/m3 )

0,089

0,717

1,830

Temperatura

560

5470

487

5 a 15

1,8 a 9,3

0,3

0,26

Gasos

d’ignició (ºC) Límits d’ignició en l’aire, volum (%) 4,4 a 77 CN Mínima energia 0,02 d’ignició amb l’aire (mJ)

12  


Com es pot veure, l’hidrogen no és el més perillós en aquesta taula, sinó que és el propà. La temperatura, i el percentatge de volum d’aire perquè es produeixi una ignició en el propà són més baixes que la de l’hidrogen, i això vol dir que a menys temperatura i amb menys quantitat d’aire el propà pot explotar. L’inconvenient de l’hidrogen és que pot explotar amb molt poca energia, però comparat amb els altres dos gasos, el metà i el propà, és més o menys la mateixa, o sigui que amb una espurna tots tres gasos s’encendrien. Un dels inconvenients que té l’hidrogen, també pot ser una avantatge a l’hora de prevenir incidents importants, i és la seva baixa densitat, perquè si te una baixa densitat vol dir que tendeix a expandir-se ràpidament, i a diferència del propà, costaria molt que l’hidrogen es quedés a un lloc tancat, així que si hi ha un escapament d’hidrogen seria més difícil que es concentrés l’hidrogen fins al final explotar per la gran concentració del gas.

13  


3

HISTÒRIA DEL MOTOR D’HIDROGEN

3.1

CREADOR El primer vehicle que va funcionar amb hidrogen com a combustible va ser inventat per François Isaac de Rivaz. Isaac de Rivaz va néixer a París el Desembre del 1752, i va ser inventor i polític. No s’ha sap on va estudiar, però tenia molta afició per les matemàtiques i la geometria, i també es veia una persona molt intel·ligent que tenia una ment molt intuïtiva. En el segle 18 va experimentar amb vehicles de vapor i va estudiar la ignició dels gasos.

3.2

PRIMER COTXE D’HIDROGEN El primer vehicle que funcionava amb hidrogen el va crear al 1807, que era un vehicle primitiu que funcionava amb combustió interna i com a combustible un mescla d’hidrogen i oxigen, que s’encenia manualment amb una guspira. Aquest vehicle no funcionava ni amb la compressió dels pistons, ni amb cigonyal ni biela.

Primer vehicle amb motor d’hidrogen

François Isaac de Rivaz

La producció en massa d’aquest vehicle va començar el s. XIX, i es considera el primer automòbil que funciona amb un motor de combustió interna.

14  


Després va vindre els motors que funcionaven comprimint el combustible per millorar més el seu rendiment, i el vehicle de Isaac es va deixar de fabricar. Finalment al 1870 va arribar la gasolina com a combustible i els motors que funcionaven amb hidrogen com a combustible es van anar apartant del mercat.

15  


4.

TIPUS DE MOTORS D’HIDROGEN

Hi han dos tipus de motors que fan servir com a font d’energia el hidrogen, que són el motor d’hidrogen de combustió interna, i el motor de pila de combustible.

4.1

MOTOR D’HIDROGEN DE COMBUSTIÓ INTERNA Els motors d’hidrogen de combustió interna són com motors de combustió interna “normals” però adaptats per crema hidrogen en contes de combustibles fòssils. Dintre d’aquest tipus d’apartat es poden diferenciar dos motors de combustió interna diferents:

4.1.1

Motor Wankel

El motor Wankel  és un tipus de motor de combustió interna, inventat per Felix Wankel, que fa servir rotors en compte dels pistons dels motors convencionals. En un motor normal el motor fa quatre diferents treballs - admissió, compressió, combustió i escapament a dintre del pistó. En canvi en un motor Wankel es desenvolupen els mateixos quatre temps però en llocs diferents de la carcassa o bloc. La diferencia fonamental entre el motor amb pistó i el motor de Wankel, és que, en aquest últim, l’aire esta en una cambra segellada per un dels vèrtex del rotor triangular.

Passos motor Wankel Motor Wankel

16  


4.1.2

Motor de quatre temps d’hidrogen

El motor de quatre temps d’hidrogen funciona igual que els motos normals de quatre temps de gasolina, però en contes d’utilitzar gasolina es fa servir hidrogen. Fent servir l’hidrogen en contes de la gasolina es millora entre un 2530% el rendiment del motor, ja que l’hidrogen té una alta velocitat de flama i té un alt número d’octans, és a dir, que té un gran rendiment quan està comprimit en un cilindre i el detones. Però sobretot fan servir l’hidrogen com a combustible perquè no deixa cap toxina a la capa d’Ozó. El funcionament del motor de quatre temps, com indica el seu nom, te un funcionament que es divideix en quatre temps, és a dir, que el pistó del motor fa quatre fases diferents. Aquestes fases són:

1.

Primer temps o admissió: En el primer temps, el pistó (5) baixa i aspira per la vàlvula d’admissió (1) una barreja d’aire i combustible. La vàlvula d’admissió es manté oberta i la vàlvula de sortida (3) es manté tancada.

17  


2.

Segon temps o compressió: Quan no pot baixar més el pistó (5), la vàlvula d’admissió (1) es tanca i el pistó puja, i comprimeix el l’aire i el combustible, ja que les dues vàlvules estan tancades.

3.

Tercer temps o explosió: Quan el pistó (5) arriba fins a dalt de tot, el mescla assoleix la pressió màxima que pot suportar. Llavors surt una guspira que surt per la bugia (2) i provoca l’ inflamació de la mescla, després de l’explosió s’incrementa la temperatura, i els gasos s’expandeixen pel cilindre (7) i el fan baixar. És l’única fase que produeix un treball físic.

18  


4. Quart temps o escapament: En aquesta fase la vàlvula de sortida (3) s’obra, el pistó (5) puja, i els gasos obtinguts s’escapen cap a fora del cilindre (7), que en aquest cas seran pràcticament nul·les de CO2.

Actualment el que algunes persones fan, és posar un tub a dintre de l’ injector de gasolina que subministra hidrogen mitjançant una electròlisi, i així el motor fa servir menys combustible ja que l’hidrogen substitueix una part de la gasolina. Aquest mètode té la mateixa ideologia que el motor de quatre temps d’hidrogen, però l’única diferencia és que en contes d’anar al 100% amb combustible fòssil, fa una barreja amb l’hidrogen. És evident que aquest procediment no és un procediment industrial, sinó que és un procediment casolà, i amb aquest muntatge en el motor d'un cotxe es pot estalviar fins a un 50% de combustible fòssil, i també es reduirà el CO produït pel cotxe. Encara no hi ha cap llei que prohibeixi aquest mètode casolà.

19  


4.2

Motor elèctric amb cel·les d’hidrogen de combustible El motor elèctric amb cel·les d’hidrogen de combustible, tal com indica el seu nom, és simplement un motor elèctric, com els que hi ha avui en dia en els cotxes elèctrics, però amb l’avantatge que a l’hora de carregar-lo no cal esperar tanta estona perquè es carregui la bateria, ja que el motor elèctric amb cel·les d’hidrogen no va amb una bateria, sinó que va amb una cel·la de combustible, que mitjançant hidrogen per alimentar-la produeix electricitat.

4.2.1 Motor elèctric Un motor elèctric és un motor que transforma energia elèctrica a mecànica mitjançant la repulsió i atracció de camps magnètics. El motor elèctric segueix dos lleis fonamentals, que són la llei de Farday, que diu que la corrent en un circuit tancat és directament proporcional al canvi de flux magnètic que l’entravessa, i la llei de Lorentz, que descriu la força que exerceix el camp magnètic quan passa per el circuit tancat. Hi ha dos tipus de motors elèctrics: 4.2.1.1

Motor elèctric de corrent continua (CC)

El motor elèctric de corrent continua (CC), està compost per cinc parts importants, que són: El rotor (1), l’estator (2), els imans de l’estator (3) i les escombretes (4) amb el commutador (5). El motor elèctric de CC, en el rotor (1), té una bobina, que es transforma a un electroimant, ja que està connectada a una corrent elèctrica. Aquest electroimant, està envoltat per uns imants fixes que estan en el estator (3), un iman és el pol sud, i un altre el pol nord. L’electroimant, té dos pols com tots els imants, el sud i nord, i voldrà alinear-se perquè els seus pols coincideixin amb els pols inversos del estator (2), és a dir s’alinearà el seu pol nord amb el pol sud del estator i a l’inversa. Si l’electroimant s’alinea amb els pols de l’estator, es quedarà quiet i no es mourà, i per evitar això, entrarà en joc les escombretes (4) i el commutador (5). La funció d’aquestes dos parts del motor és que quan estigui apunt d’alinear-se l’electroimant, canviarà de sentit la corrent de la bobina, i a 20  


conseqüència d’això canviarà la polaritat de l’electroimant, i llavors no deixarà de girar perquè haurà de tornar a buscar el invers d’aquest, ja que la polaritat haurà canviat. Aquest procés es repetirà fins que es deixi d’aplicar corrent a la bobina. Desprès es posa un eix al rotor i així s’aconsegueix energia mecànica a partir de l’elèctrica.

Parts del motor elèctric CC i parts del procés

21  


4.2.1.2

Motor elèctric de corrent alterna (CA)

Les parts del motor de corrent alterna i corrent continua, són molt semblants, ja que el motor de CA també té un rotor (1), estator (2), i electroimants en el estator (3). La diferència d’aquests dos motors, es que en el motor de CA, en contes de canviar la polaritat del rotor, es canvien les polaritats de l’estator. El rotor serveix per donar el parell del motor a la màquina a la que li vols donar l’energia mecànica, és a dir, porta un eix, que girarà quan el rotor (1) giri. Perquè giri el rotor (1), en l’estator (2), se l’hi apliquen uns fils de coure, perquè així condueixin electricitat. Quan l’estator (2) condueix electricitat, crea uns camps magnètics que mouran el rotor per repulsió magnètica ja que s’aniran canviant els pols de l’estator (2). L’estator anirà canviant de pols, perquè se li aplicarà corrent alterna, i la característica de la corrent alterna és que el positiu i el negatiu es van canviant quan arriben a la seva màxima intensitat, i si la corrent va canviant de direcció, vol dir que els pols de l’estator també canviaran.

Parts del motor elèctric CA i parts del procés

El motor elèctric CA produeix sempre una velocitat de l’eix continua, en canvi el motor elèctric CC pots variar la velocitat de l’eix. Així que per un cotxe amb un motor elèctric li convé més un motor de CC perquè sinó no pot canviar de velocitat.

22  


4.2.2 Cel·la de combustible Una cel·la de combustible és un dispositiu, que a partir de reaccions químiques pot obtenir corrent elèctric. L’inventor de la primera cel·la de combustible va ser William Robert Grove (1811-1896), un jutge gal·lès i científic físic, que va anticipar la teoria general de la conservació de l'energia. La teoria diu que l’energia no es crea ni es destrueix, sinó que es transforma. Grove va crear la primera cel·la de combustible a l’any 1842, que produïa electricitat mitjançant la combinació de hidrogen i oxigen.

Primera cel·la de combustible William Robert Grove

L'idea principal del funcionament d’una cel·la d’hidrogen és com el funcionament d’una bateria, és a dir, que està composada per dos conductors elèctrics (ànode + i càtode -), que estan separats per una membrana. La diferència entre la bateria i el cel·la de combustible és que en la bateria els elements que reaccionen estan a dintre de la bateria, i per això de tant en tant s’ha de canviar de bateria, ja que elements que reaccionen es consumeixen. En canvi en la cel·la de combustible, aquests elements reactius es subministren des de fora, i la cel·la deixarà de produir energia elèctrica fins que es deixi de subministrar-los, en el cas de la cel·la de combustible de hidrogen aquests elements reactius són l’hidrogen i l’oxigen. Hi han molts tipus de cel·les de combustible, però les més utilitzades són:

23  


4.2.2.1

La cel·la de carbonat (MCFC)

La cel·la de carbonat fa servir com a electrolític, és a dir com a conductor elèctric, sals de carbonat fos, com per exemple el carbonat de liti o carbonat de potassi. Funciona amb una temperatura aproximada de 923K, ja que la sal del carbonat en aquesta temperatura és líquida i els seus ions són bons conductors. La cel·la té un rendiment del 50% al 60%. Les reaccions que es produeixen són: 

Ànode: En el ànode reaccionen l’hidrogen (H2) i els ions del carbonat (CO3-), i el que dona és diòxid de carboni (CO2) i aigua (H2O) i electrons (e-). H2+CO3- → Co2+H2O+2e-

Càtode: En el càtode es combinen l’oxigen (O2) , el diòxid de carboni (CO2) i el electrons que han circulat per circuit extern, que produeixen un altre cop ions de carbonat (CO3-) que es fan servir un altre cop com a electrolític. 1/2O2+CO2+2e- → CO3-

La reacció general de tot el procés és: H2+ 1/2 O2 +CO2 → H2O +CO2

24  


4.2.2.2

La cel·la alcalina (AFC)

Les cel·les alcalines fan servir com a electrolític, hidròxid de potassi diluït, i per accelerar la reacció química, és a dir, com a catalitzador, s’utilitza metalls no preciosos. La dificultat d’aquesta cel·la és que s'ha de posar hidrogen pur, sense que hi hagi CO2, perquè sinó l’hidròxid de potassi absorbeix el CO2 i s’obté de la reacció carbonat potàssic, i això redueix molt el rendiment de la cel·la. Les reaccions que es produeixen son: 

Ànode: En el ànode l’hidrogen (H) reacciona amb l’oxigen (O) i s’oxida (OH-), i el resultant de la reacció és aigua (H2O) i electrons (e-). H2+2OH- → 2H2O+2e-

Càtode: En el càtode reaccionen l’aigua (H2O), l’Oxigen (O2) i electrons (e-), produint hidrogen oxidat (OH-). H2+1/2O2+2e- → 2OH-

La reacció general del procés és: H2+ 1/2 O2 → H2O El problema d’aquesta cel·la de combustible, encara que no deixi res de CO2 a l’atmosfera, és que és molt car fer els processos químics que es produeixen per fer electricitat, i per això no es fa servir molt, encara que la NASA als anys 60 va fer servir aquesta cel·la pel primer coet tripulat que va anar a la lluna. El rendiment d’aquesta cel·la és d’un 35% a 40%.

25  


4.2.2.3

La cel·la d’hidrogen (PEMFC)

La pila d’hidrogen, esta composta, per un càtode - , ànode +, com totes les piles de combustible. Té una membrana que separa càtode i ànode, que es diu membrana electrolítica o MEA (membrane electrode assembly), que separa els electrons i protons de l’hidrogen, aquesta membrana només deixa passar els protons d’hidrogen, i obliga a que els electrons passin per la resistència elèctrica. Per això aquesta cel·la de combustible es diu PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuell Cell) que vol dir membrana d’intercanvi de protons. La pila d’hidrogen utilitza àtoms d’hidrogen, que entren per el ànode, i àtoms d’oxigen, que entren per el càtode. L’àtom d’hidrogen està format per un protó (+), i un electró (-) i l’oxigen està format per vuit electrons (-), vuit protons (+) i vuit neutrons (neutres). Quan entra l’hidrogen a la cel·la, es parteix amb 2H+2e-, i els protons van a través de la membrana i els electrons passen per una corrent elèctrica exterior de la cel·la, que si és un cotxe anirà en el motor elèctric. Després de tot aquest procés els protons d’hidrogen es tornen a unir amb els seus electrons, formant àtoms d’hidrogen. Ara els àtoms d’hidrogen ja estan al càtode, i s’ajunten amb els d’oxigen, creant vapor d’aigua H2O, ja que dos àtoms d’hidrogen comparteixen un electró cada un amb un àtom d’oxigen, i l’oxigen comparteix un electró amb cada un dels àtoms d’hidrogen O+2H++2e-→ H2O = Després de que es combinin els àtoms d’hidrogen amb els d’oxigen com a resultant surt vapor d’aigua, sense cap emissió de CO2.

Cel·la combustible 500mW Cel·la combustible 1 KW

26  


Com podem veure a la imatge l’H2 es transforma en 2H i 2e-, després, el protó d’hidrogen (H+) passa per la membrana electrolítica i va fins el càtode. Mentrestant els electrons d’hidrogen passen per el corrent elèctric produint un corrent continu que anirà al motor elèctric. Després els electrons van també cap al càtode i s’ajunten amb dos àtoms d’hidrogen i un d’oxigen, així formant la vapor d’aigua (H2O). El rendiment d’aquesta cel·la està entre el 40% i el 50%. La formula d’aquest progrés químic seria: En el ànode: H2→2H++2eEn el càtode: O2+4H++4e-→2H2O L’avantatge de les cel·les de combustible és que el seu rendiment no està lligada al cicle de Carnot, i per aquest motiu els rendiments són més alts que els de combustió interna, però el problema d’aquest dos tipus de motors és el seu combustible, que és l’hidrogen, i no es troba en jaciments ni en l’aire. 27  


L’hidrogen és l’element més abundant de l’univers, però en la Terra no es troba en forma natural, sinó que es troba per la natura. Podem aconseguir hidrogen a partir de l’electròlisi amb l’aigua, però el problema és que l’enllaç de l’hidrogen amb l’aigua és molt estable, i es necessita una certa quantitat d’energia perquè l’enllaç es trenqui i així aconseguir hidrogen. També es podria treure l’hidrogen dels hidrocarburs, ja que es necessita menys energia, però no seria gaire bo pel medi ambient, ja que els hidrocarburs generen monòxid de carboni (CO) i és un alt contaminant. L’altre inconvenient és a l’hora d’emmagatzemar-lo, ja que l’hidrogen és molt difícil de liquar-lo, i es necessita una gran energia per aconseguir-ho. Així que l’inconvenient de tot això és que volem fer un combustible que és poc contaminant, però a l’hora de produir-lo i emmagatzemar-lo gastem molta energia, i no surt a compte si el comparem amb el petroli, ja que el petroli encara que sigui molt més contaminant que l’hidrogen surt més barat en comparació preu/rendiment. L’única excepció que es podria donar per fer servir l’hidrogen com a combustible, seria les piles de combustible d’hidrogen, ja que, com heu vist tenen un alt rendiment respecte als motors de combustió interna, i gràcies a aquest alt rendiment, sortiria a comte produir-lo.

28  


5

COTXES PROPULSATS PER HIDROGEN

Com heu vist als apartats anteriors, existeixen dos tipus de motors per un cotxe propulsat per hidrogen com a combustible, que són el motor d’hidrogen i el motor elèctric amb pila de combustible. Com he dit abans, el motor de combustió interna d’hidrogen no es gaire comú en el món automobilístic, ja que degut a la seva baixa densitat, quan aquest gas entra en els pistons del cotxe, deixa molt poc espai perquè entri l’aire per fer la combustió, i a conseqüència d’això perd potència, i pot disminuir el rendiment del cotxe en un 15 %. L’altre inconvenient que té és la seva baixa energia d’ignició, ja que amb molt poca energia pot cremar-se. La gran indústria automobilística alemanya Bayerische Motoren Werke (BMW) va provar de fabricar motors de combustió interna d’hidrogen, però al final es van fer enrere pel poc rendiment que aportava, i ara està investigant les cel·les d’hidrogen. Avui en dia només hi ha una companyia de cotxes que està investigant amb motors de combustió interna, i és la companyia japonesa Mazda, que està investigant com fer servir motors Wankel per millorar el rendiment del motor. Les grans industries automobilístiques com per exemple Mercedes, Ford, Nissan, Hyundai, BMW i Toyota tenen un grup d’investigació per millorar les cel·les de combustible de cero emissions, ja que ara mateix els cotxes amb cel·les d’hidrogen són molt cars. L’únic cotxe que funcioni amb cel·la de combustible fent servir hidrogen, que està a la venta, és l’iX35 FCEV de Hyundai, i per com s'ha pogut veure a l’apartat anterior no surt gaire econòmic.

5.1

PROJECTE CUTE CUTE és un projecte iniciat per la Unió Europea. El que vol evitar aquest projecte apart de l’esgotament del petroli, és disminuir els nivells de gasos nocius pel planeta Terra que estem produint diàriament. Això es vol aconseguir implantant als països europeus un nou vector energètic que no emet cap gas nociu, que és l’hidrogen en les cel·les de combustible. 29


El projecte CUTE consisteix en implantar piles de combustible als transports públics de diferents països de la Unió Europea. Els participants en aquest projecte són 8 ciutats europees: Amsterdam, Berlin, Hamburg, Londres, Luxemburg, Reykjavik, Madrid i Barcelona. També participen dos ciutats de fora d’Europa, que són Beijing (China) i Perth (Australia). En cada un d’aquests països s’han implantat, com a mínim, tres autobusos amb aquesta nova tecnologia per fer una prova de com es comporten i que els hi sembla a la gent aquest nou avenç tecnològic.

Països on s’ha implantat el projecte CUTE

A Barcelona, com he dit, s’ha implantat aquest nou projecte, i hi ha tres busos circulant, i es recarreguen a una estació de recarrega dissenyada per BP, que obté l’hidrogen mitjançant plaques solars per fer electròlisi, així que no contamina gens.

30  


Els tres autobusos que circulen per Barcelona, tenen 12 metres de longitud, i són de plataforma baixa, que vol dir que està a 33-35 cm del terra, i tenen una capacitat màxima de passatgers de 70 persones. La seva autonomia és de 200 a 250 Km, amb un motor de 225 Kw i una velocitat màxima de 80 Km/h.

Autobús amb cel·la d'hidrogen a Barcelona

Parts de l’autobús de cel·la d’hidrogen

5.2

HIDROGENERES Les hidrogeneres és un lloc on es pot omplir el dipòsit dels vehicles d’hidrogen, és a dir són com gasolineres, però amb la variant que en contes de subministrar gasolina subministren hidrogen.

31  


Ara mateix hi ha molt poques hidrogeneres, i no totes d’aquestes hidrogeneres obtenen l’hidrogen sense produir cero emissions, ja que hi ha moltes hidrogeneres, que en contes de fer servir l’electròlisi per extreure l’hidrogen, ho fan

mitjançant

hidrocarburs

que

provenen

del

petroli,

ja

que,

els

subministradors d’hidrogen són industries petrolíferes com per exemple Shell, Repsol o BP, i els hi surt més barat extreure l’hidrogen d’hidrocarburs. Per sort a Barcelona, a causa del projecte CUTE, hi ha una hidrogenera a la Zona Franca. Es de BP i funciona amb electròlisis. L’energia que necessita per fer aquest procés l’extreu de plaques solars.

- Funcionament: Les hidrogeneres emmagatzemen l’hidrogen en cilindres a alta pressió, més o menys a 350 bar. Hi ha una certa dificultat en les hidrogeneres, i és que la pressió de l’estació d’emmagatzematge és més baixa que la pressió del dipòsit del cotxe a l’hora de repostar, i si les dos pressions no són iguals, l’hidrogen no podrà anar al dipòsit del cotxe. Perquè les dos pressions siguin igual, es posa una compressor just abans de que l’hidrogen arribi al dispensador. Així s’augmenta la pressió del gas i a l’hora d’omplir el dipòsit del cotxe la pressió del dispensador serà més gran que la del cilindre d’emmagatzematge del cotxe.

Hidrogenera

Funcionament de l’hidrogenera

32  


6 AVANTATGES I INCONVENIENTS ENTRE ELS MOTORS DE COMBUSTIBLE FÒSSIL I MOTORS D’HIDROGEN

Quan compari les avantatges i inconvenients d’aquests dos motors, em referiré com a motor d’hidrogen, el motor elèctric amb cel·la de combustible d’hidrogen, ja que els motors de combustió interna no es fan servir tant com la cel·la de combustible per els cotxes d’avui en dia, ja que les piles de combustible tenen molt més rendiment que les motors de combustió interna d’hidrogen. La cel·la de combustible té un rendiment d’un 50% i els de combustió interna d’un 20% a 25%. Això és degut perquè els motors de combustió interna estan relacionats amb el cicle Carnot sobre els rendiments de màquines tèrmiques, en canvi les cel·les de combustible no els hi afecte aquesta llei. Per fer les avantatges i els inconvenients, agafaré com a model de cotxes el Hyundai iX35, que funciona amb gasolina, i el Hyundai iX35 FCEV, que funciona amb una cel·la de combustible i és el mateix model que el Hyundai iX35. Les avantatges dels cotxes de combustible fòssil i les desavantatges dels cotxes de cel·les de combustible són: És molt fàcil de recarregar el combustible fòssil, ja que per exemple, hi ha més de 3.615 gasolineres de Repsol a Espanya, i a Estats Units, per exemple, només hi ha 10 hidrogeneras per cada 6.000 lloc de recarrega de cotxes elèctrics. També tenen una gran autonomia, per exemple el Hyundai iX35 té una autonomia de 806 Km. En canvi el Hyundai iX35 FCEV té una autonomia de 588 Km, però és més gran que l’autonomia d’un cotxe elèctric, que només és de 200 Km. Els cotxes de combustible fòssil també són molt més barat que els de cel·les de combustible, ja que els cotxes de cel·les de combustible encara estan de fase d’experimentació, el Hyundai iX35 val com a mínim 15.790 euros, en canvi el Hyundai IX35 FCVE val més o menys vuit vegades més, aproximadament 125.000 euros. 33  


Els cotxes de combustible fòssil pesen menys que els de cel·les de combustible: el Hyundai iX35 pesa 1415 Kg, en canvi el Hyundai iX35 FCEV pesa 1830 Kg, això ve degut a que els cotxes de cel·les de combustible han de portar els tancs d’hidrogen, el motor elèctric i la cel·la d’hidrogen, que són més pesats. Els cotxes de combustible fòssil són més veloços, el Hyundai iX35 arriba fins els 173 km/h i el iX35 FCEV arriba fins els 160 km/h. Si els cotxes de cel·les de combustible tenen un accident, el cilindre de ferro que conté el cotxe pot arribar a explotar. També hi ha cilindres de carbono, que quan hi ha una fuga no exploten, sinó que només es fa una esquerda. Malauradament aquests cilindres valen més que els de ferro, i no tots els cotxes els porten. Les avantatges dels cotxes de cel·les de combustible i les desavantatges dels cotxes de combustible fòssil són: Tots els cotxes de cel·la de combustible són molt fàcils de conduir, ja que no hi ha canvi de marxes, sinó que hi ha un pedal de frenada i arrancada com en els cotxes elèctrics. No fan soroll, ja que fan servir un motor elèctric, en canvi els cotxes de motor de combustible fòssil fan servir motors d’explosió, i això crea un cert soroll. No alliberen CO2, no com els cotxes de combustibles fòssils. Exactament el Hyundai iX35 genera 139 g/km de CO2, en canvi els residus del Hyundai iX35 FCEV només són aigua. I per últim creen consciència per el medi ambient, ja que és molt important fer veure a la gent que s’ha de començar a utilitzar altres combustibles que no sigui fòssils, ja que estem fent mal bé el medi ambient del nostre planeta. En avantatges i desavantatges no he posat que els cotxes amb cel·les de combustible no funcionen amb petroli, perquè avui en dia casi tot l’hidrogen

34  


que es fabrica no és fabricat amb electròlisi, sinó que prové d’hidrocarburs, ja que surt més barat de produir-lo d’aquesta manera, encara que produint hidrogen amb hidrocarburs allibera CO2.

 

Hyundai ix35 (combustible fòsil)

Hyundai ix35 FCEV (combustible hidrogen)

35  


7

FABRICACIÓ D’ELECTROLISI

Al principi volia construir l’electròlisi per obtenir hidrogen, i després una cel·la de combustible PEM per crear electricitat mitjançant l´hidrogen que havia separat de l’aigua amb l’electròlisi. Però vaig estar investigant, i la cel·la PEM no la podia fabricar amb les eines que tenia a mà, sinó que s’havia de fabricar amb eines més complexes. Així que vaig decidir comprar la cel·la PEM, i centrar-me amb l’electròlisi. Per fer l’electròlisi, primer em vaig centrar amb una idea general que tenia sobre aquest procés, que era que s'havia de posar dos corrents elèctriques a l’aigua, una negativa, que seria el càtode, i una positiva, l’ànode, i a conseqüència d’aquest procés, es trencaven els enllaços de l’aigua, i l’hidrogen anava cap al càtode i l’oxigen a l’ànode. Així que vaig agafar un pot de llenties que tenia per casa i el vaig omplir d’aigua. Seguidament, vaig fer tres forats a la tapa del pot, que servirien per posar dos cables de coure, que un estaria carregat positivament, i l’altre negativament, i per posar una canya com a tub perquè així pugui sortir l’hidrogen, i li vaig posar una corrent de 3 volts (dos piles AA) en els cables de coure. Com es pot veure el resultat no va ser gaire bo, ja que sortia molt poc hidrogen. Veient la poca eficàcia que va tindre el meu experiment, vaig estar buscant per

Internet

com

podia

fer

una

electròlisi en que sortís més hidrogen, i vaig trobar un vídeo explicatiu on t’ensenyaven a fer-ho. http://www.youtube.com/watch?annotation_id=annotation_321983&feature=iv&src_vid=n2 X8zBQuLW4&v=yuBpR0pEOZ4 (Link del vídeo)  36   


En el vídeo donava una llista de material, que eren aquests: 1 envàs de vidre de café o similar 9 xapes de inox. de 75 x 50 mm x 1 d’espessor 9 femelles amb volanderes inox. 5 cargols de inox. 2 cargols de inox. amb femelles 2 trossos de plàstic acrílic o un altre material aïllant de 11 x 35 x 5 mm trossos de plàstic o canyes de pescar manguera de goma Com que jo no tenia tot aquest material, vaig fer servir material similars. 1 envàs de llenties 9 xapes de inox. de 70 x 45 mm x 1 d’espessor 9 femelles amb volanderes inox. 5 cargols de inox. 2 cargols de inox. amb femelles 2 trossos de plàstic 90 x 45 x 3 mm trossos de targeta manguera de goma El mètode de fer electròlisi que explicava el vídeo, era fer servir nou plaques, que s’ajuntaven fent com una espècies de “sandwitch”. Després, s'havia de connectar dos plaques dels dos extrems del “sandwich” en la corrent negativa, i una altre placa que estava al mig a la corrent positiva, i s'havia de separar cada placa amb corrent amb tres plaques neutres, i així es feia electròlisi que recollia més molècules d’hidrogen, ja que l’hidrogen va cap a les cargues negatives, i l’oxigen a les positives.

37  


Com es pot veure, vaig reutilitzar el pot de vindre de la primera prova, i vaig agafar una certa quantitat de peces de metall per poder fer després les plaques necessàries. El primer pas que vaig fer va ser la tapa del pot. En els forats de l’extrem de la tapa, s'havia de posar dos claus conductors, que servirien per fer el conductor positiu i el conductor negatiu, i en el forat del mig de la tapa, s'havia de posar la manguera perquè l’hidrogen surti per allà. Després tot ho vaig aïllar amb pega, ja que no tenia silicona, perquè així el gas no es pogués escapar. Per aïllar la manguera, vaig fabricar una peça de plàstic perquè el forat era massa gran per tapar-lo amb pega.

38  


Després d’haver fet la tapa, em vaig adonar que el material amb que s’havia fet la tapa era conductor, i això volia dir que els dos cargols indirectament s’estaven tocant, així que vaig tallar dos trossos de la manguera, i vaig cobrir les parts dels cargols que estaven tocant el tap amb aquells trossos. Tot seguit, vaig crear dos connexions, que connectarien els cargols amb el “sandwich” de plaques.

Després d’haver fet l’estructura de la tapa, havia de començar a fer les el grup de plaques, que servien per fer l’electròlisi. 39  


Per fer les plaques, vaig veure que els metalls que tenia al principi, no eren homogenis, i no tindria suficients fer el “sandwitch” així que vaig decidir tallarles jo mateix. Per fer-ho vaig agafar un recobriment de metall d’un lector de DVD que tenia per casa, i vaig tallar les peces amb un mini-trepant.

40  


Quan ja tenia les peces tallades, les vaig llimar, perquè no tallessin, i també les vaig polir, perquè així conduirien més.

Tot seguit, havia de fer dos trossos de plàstic per cobrir l’agrupament de cel·les, ja que els trossos de plàstic del principi no em servien. Així que vaig agafar una placa de plàstic que tenia per a casa i la vaig tallar.

41  


Quan vaig tindre tots els material acabats, li vaig fer dos forats a cada extrem a les peces de plàstic, i vaig començar a agrupar les plaques de metall seguint

l’ordre de primer posar una placa conductora i després tres plaques neutres, i entre placa i placa havia d’haver un tros de targeta per separar les plaques, i així separar la carga negativa de la positiva. Com podeu veure, les peces de plàstic estan tallades per a dalt. Això ho vaig fer perquè les peces que han de conduir electricitat tenen una petita extensió de metall, i serveix per ajuntar el connector que havia fet al principi del dos claus de la tapa, amb les plaques, i si no hagués tallat les dos peces de plàstic, a l’hora d’ajuntar les plaques amb la corrent elèctrica amb un cargol no tindria espai per posar-lo.

42  


Després d’haver ajuntat totes les plaques de metall, vaig ajuntar el positiu i el negatiu en el grup de plaques, i com que hi havia dos plaques negatives, vaig fer un pont que unia les dos plaques que estaven les dos a cada extrem del “sandwich”. I com es pot veure a la foto, em vaig ajudar d’una tira de plàstic per poder unir les plaques.

43  


Vaig ajuntar molt be les unions de cada clau, ja que si no ho hagués fet, probablement es crearien espurnes per mal contacte amb els claus, i com que tot aquest muntatge serveix per produir hidrogen, si hi ha una espurna quan hi ha una gran quantitat d’hidrogen, podria explotar.

Per acabar, vaig enganxar la maguera que sortia del pot on es feia l’electròlisi, a una ampolla d’aigua, que serviria per verificar que estigués sortint hidrogen. Ara només faltava connectar el sistema d’electròlisi a la corrent elèctrica. 44  


Primer vaig fer servir dos piles de 9 volts cada una, i les vaig connectar en sèrie, però el procés anava molt lent, ja que al cap de 10 minuts encara no estava sortint el bombolleig a l’ampolla d’aigua que indica que esta sortint hidrogen.

Així que vaig decidir agafar un carregador de corrent continua que tenia i li vaig pelar les puntes del positiu i negatiu i les vaig unir als dos cargols del pot de vidre. Però encara no anava del tot bé. Després vaig estar buscant per Internet per saber que li passava al meu productor d’electròlisi, i vaig veure que la soda càustica, o hidròxid de sodi, servia per fer de catalitzador en la producció d’hidrogen. El problema era que no tenia soda càustica, però buscant per casa, vaig trobar un producte que contenia hidròxid de sodi, i era un desembussador. Quan el vaig posar, es va notar molt la diferència.

45  


46  


Ara l’ultima cosa que quedava, era introduir l’hidrogen a la cel·la de combustible, perquè així fes electricitat.

47  


Perquè es pugui veure com es produeix electricitat, vaig fer un ventilador fet amb un DVD, que girava gràcies a un petit motor.

En el motor del ventilador li vaig posar un cable negatiu i un positiu que després anirien connectats a la cel·la. Com a últim pas de la pràctica, vaig ajuntar el ventilador amb la cel·la d’hidrogen i va funcionar tot.

48  


8

ENTREVISTA

Entrevista Miquel Insausti: ENGINYER

Breu Currículum Vitae en relació de la tecnologia:  S’ha llicenciat d’Enginyer Superior de Telecomunicacions, per la Universitat Politècnica de Barcelona. 

En l’actualitat és professor i tutor de Formació Professional d’Instal·lació i Manteniment i Energia i Aigua.

Té el carnet d'Instal·lador d’Aigua, per la Direcció General d’Energia i Mines de la Generalitat de Catalunya.

Ha fet Cursos de formació ocupacional d’energies renovables (tèrmica, fotovoltaica, eòlica) i de Carnet de Climatització.

 Ha fet muntatges i manteniments d’Instal·lacions solars.

49  


Entrevista: 1. Heu tingut alguna mena de contacte amb el motor d’hidrogen a la vostra feina? Encara NO. 2. En l’entorn on treballeu, es parla molt sobre aquest tema? De tant en tant en parlem entre companys i en alguna classe d’energies renovables o eficiència energètica surt el tema

3. Considereu que l’hidrogen tindrà un gran paper a llarg termini en el món de l’energia? Si, a la força, és una tecnologia que, una vegada els oligopolis del petroli i nuclears perdin poder ( i esperem que sigui molt aviat), s’imposarà per les seves qualitats de disponibilitat, universalitat, nul impacte ambiental, etc 4. Creieu que és rentable fer servir les cel·les d’hidrogen per emmagatzemar energia? Clar que si, tan sols falta que es comencin a fer servir, encara que amb totes les seves limitacions actuals (tecnològiques, costos,... El seu ús implicarà més inversió en desenvolupament, i conseqüent millora en totes les seves prestacions. El que està clar és que avui dia no es disposa d’un mode òptim d’emmagatzemar energia elèctrica, ja que els últims avenços que s’han fet, per exemple en la tecnologia termosolar, les sals químiques usades no són una solució de futur, per les limitacions de la seva disponibilitat i l ’impacte ambiental que representa la seva extracció ( i sinó que els preguntin a les poblacions mapuches afectades de sud Amèrica) 5. Penseu què el cotxe propulsat per hidrogen substituirà al cotxe propulsat per combustible fòssil en un futur? Crec que pot ser una solució, ja que l’actual model propulsat per combustibles fòssils té els dies comptats per la caducitat d’aquest combustible, i l’ èsser humà és prou intel·ligent per buscar alternatives, que en aquest cas crec ja està desenvolupat, però no utilitzada per culpa dels poders dels oligopolis que ho impedeixen. 6. Si en el futur es fabriquessin grans quantitats de cotxes propulsats per hidrogen, quin motor seria més rentable per fabricar: o els motors de

50  


combustió interna (com per exemple, el motor Wankel), o motors elèctrics amb cel·les d’hidrogen de combustible? Resposta òbvia: el de cel·les d’hidrogen, sens dubte. Cal canviar de model, però JA. El planeta i els essers vius que l’habitem no ens podem permetre que el seguim menyspreant com fem actualment. 7. Creieu que en un futur l’hidrogen tindrà la mateixa importància que li donem ara al petroli? (parlant energèticament). Si, la societat no deixarà d’usar energia i aquesta ha de sortir d’algun lloc, ja sigui de les piles d’hidrogen o d’energies renovables,... El petroli té els dies comptats.

51  


9

CONCLUSIONS

En aquest treball de recerca, al principi, tenia un objectiu marcat. Aquest objectiu era saber si aquest gas podrà ser una energia que té la suficient capacitat per substituir el petroli. Després de fer les recerques adequades, he anat veient que hi ha menys informació sobre aquest vector energètic de la que m’esperava. Com a conseqüència d’aquesta falta d’informació, molt poca gent sap de que és capaç de fer l’hidrogen, i de quins beneficis pot arribar a tindre pel nostre planeta. He pogut veure en aquest treball de recerca, que l’hidrogen, el problema que té, és que aquest gas és un vector energètic, es a dir, que no hi ha jaciments d’hidrogen en la Terra. A conseqüència d’això, s’ha de gastar una certa energia per produir hidrogen i per emmagatzemar-lo i l’hora d’utilitzar-lo no surt rentable ja que has gastat més energia per aconseguir-lo i emmagatzemar-lo de la que et produeix. Ara

mateix,

fins

que

no

trobem

altres

mètodes

de

producció

i

emmagatzematge de l’hidrogen, només té futur en el món automobilístic, ja que gràcies a les cel·les de combustible, sobretot a les PEM perquè produeixen cero emissions, aquest gas surt rentable emmagatzemar-lo i produir-lo. Això és degut al gran rendiment que té aquesta cel·la respecte als motors de combustió que es fan servir avui en dia, ja que augmenta un 25% l’eficiència, i disminueix en un 100% la contaminació. En resum, ni la tecnologia ni l’economia d’aquest vector energètic és prou madura fins al punt d’arribar a substituir al petroli, però obra un espai d’investigació molt gran per el futur. Si en un futur es tingués més interès per aquesta energia, i es trobés la manera de poder emmagatzemar i produir aquest gas d’una forma més econòmica, llavors aquest vector energètic segur que serà el successor del petroli.

52  


10

BIBLIOGRAFIA I RECURSOS http://www.recercat.net/bitstream/handle/2072/4199/Hidrogen%2c%20present% 20i%20futur%20de%20l%27energia.pdf?sequence=1: Pàgina web que he utilitzat per obtenir informació sobre la molècula l’hidrogen  http://www.youtube.com/watch?annotation_id=annotation_321983&feature=iv&s rc_vid=n2X8zBQuLW4&v=yuBpR0pEOZ4:  Pàgina que he utilitzat per extreure informació de l’obtenció d´hidrogen  http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno:  Pàgina que he utilitzat per extreure informació de l’obtenció d´hidrogen  http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/30127/fichero/Cap%C3%ADtulo+4+‐ +Almacenamiento+de+Hidr%C3%B3geno.pdf:  Pàgina que he utilitzat per extreure informació de l’emmagatzematge i distribució  de l’hidrogen  http://www.youtube.com/watch?v=juURNY_g7cY:  Pàgina que he utilitzat per extreure informació de l’emmagatzematge  http://tv.uvigo.es/gl/video/mm/9016.html:   Pàgina que he utilitzat per extreure informació de l’emmagatzematge i distribució  de l’hidrogen  http://www.abellolinde.es/internet.lg.lg.esp/es/images/CS_13_%20v%2012%20(m anipulaci%C3%B3n%20de%20hidr%C3%B3geno)316_25939.pdf:  Pàgina que he utilitzat per extreure informació de l’emmagatzematge i distribució  de l’hidrogen  http://www.slideshare.net/BlueDragoon56/motor‐de‐combustin‐interna‐de‐ hidrgeno‐10418479:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació dels motors de combustió interna  http://www.taringa.net/posts/ciencia‐educacion/10165900/El‐futuro‐es‐el‐ hidrogeno.html:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació dels motors de combustió interna  http://www.youtube.com/watch?v=CB9rGjhN5K8:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació de la cel∙la de combustible  http://www.inta.es/descubreAprende/htm/hechos8_2.htm:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació del motor elèctric  http://www.youtube.com/watch?v=JZ0oNlHqYuA:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació del motor elèctric  http://www.scribd.com/doc/21986514/Como‐Hacer‐Una‐Pila‐de‐Hidrogeno:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació de la cel∙la de combustible 

53  


http://www.expansion.com/2013/02/07/empresas/auto‐ industria/1360263020.html: Pàgina que he utilitzat per obtenir informació dels cotxes d´hidrogen  http://www.global‐hydrogen‐bus‐platform.com/:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació del projecte CUTE  http://www.arca‐bus.org/downloads/ElBusdHidrogenTMB.pdf:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació del projecte CUTE  http://www.caranddriverthef1.com/coches/planeta‐motor/68296‐espana‐debera‐ instalar‐80000‐nuevos‐puntos‐recarga‐antes‐2020:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació de les hidrogeneres  http://www.repsol.com/es_es/corporacion/conocer‐repsol/nuestra‐ actividad/downstream/marketing/:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació de gasolineres  http://www.asaja.com/comprasenconjunto/files/pestana/13062013083449_dosier _ix35_fcev_es.pdf:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació sobre el Hyundai 1x35FCEV  http://www.hyundai.com/es/es/Showroom/SUV/Tucson/PIP/index.html:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació sobre el Hyundai 1x35  http://www.arpem.com/coches/coches/hyundai/ix‐35/modelos‐10/17d‐115‐clasic‐ 4x2.html:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació sobre el Hyundai 1x35  https://www.youtube.com/watch?v=9oDo2lthkZ4:  Pàgina que he utilitzat per obtenir informació sobre el futur de l´hidrogen   

54  

Hidrogen, el combustible del futur  

Autor: Sami Laiho | Tutor: Aleix Gabarró | Tema: Hidrogen

Advertisement