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Discussione: Auto ibrida a idrogeno.

  1. #1
    Seguace

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    Predefinito Auto ibrida a idrogeno.



    La mia idea parte dal fatto che nelle auto ibride le batterie pesano e hanno una capacità limitata, oltre ad avere un numero limitato di cicli di vita dopo di cui vanno sostituite.
    E allora si potrebbe usare uno scheme del genere:
    - il motore a combustione interna produce elettricità, come prima
    - invece di stoccare l'elettricità nelle batterie, si usa per elettrolizzare dell'acqua e produrre idrogeno in una cella a pressione; l'idrogeno viene così stoccato in una bombola (che dovrebbe pesare meno di una batteria di uguale capacità energetica, naturalmente; poi vediamo qualche conto)
    - l'idrogeno viene preso dalla bombola e usato in una cella combustibile per produrre l'elettricità necessaria ai motori che muovono le ruote.

    La cosa funziona se
    a) la resa energetica è accettabile
    b) il peso delle bombole è minore di quello delle batterie

    Partiamo da 1 m³ di idrogeno. Il suo potere calorifico inferiore è 242000/22.414=10800 kJ, cioè 3000 Wh.
    In una fuel cell con un rendimento del 50% produce 1500 Wh di energia elettrica.

    Per stoccare la stessa quantità di energia con una batteria al litio avente una capacità di 150 Wh/kg ci vorrebbero 10 kg di batterie.
    1 m³ di idrogeno a 200 bar occupa un volume di 5 litri; una bombola di 5 litri a 200 bar pesa più o meno 10 kg, a spanne. Quindi il fattore peso non è sfavorevole.

    Per produrre 1 m³ di idrogeno occorrono circa 5 kWh nel migliore dei casi.
    Un motore a benzina con un rendimento del 30% per produrre quei 5 kWh deve bruciare benzina o gasolio per 5/0.3=16.7 kWh di calore di combustione.
    E dato che 1 m³ di idrogeno produce in una cella a combustibile 1,5 kWh di energia, il rendimento complessivo della catena benzina-motore-generatore-elettrolisi-fuel cell è 1.5/16.7=9 %, da ridurre all'8% per tener conto del rendimento del generatore elettrico.
    Il motivo di questo rendimento così basso sta sostanzialmente nel rendimento dell'elettrolisi dell'acqua per produrre l'idrogeno (1.5/5=30%). E qui c'è poco da guadagnare.

    Vantaggi di un sistema del genere: risparmio di peso, se la bombola dell'idrogeno pesa meno delle batterie equivalenti (occorrono però bombole di materiali speciali). E nessun degrado come si ha con le batterie. (secondo Wikipedia le batterie al litio perdono il 20% all'anno di capacità, cosa che nessuno dice, quindi non sono eterne)

    Svantaggi: basso rendimento energetico, maggiore complessità.
    Fate un po' voi...

  2. #2
    Super_Mod

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    La tua riflessione non è peregrina, anzi metti in risalto i corretti punti di vantaggio della tecnologia.
    Il problema sta tutto nel passaggio benzina - idrogeno. Infatti questo passaggio è inutile e spreca molta energia bruciando un carburante prezioso, emettendo CO2 e inquinanti, per arrivare a un'energia ridotta.
    La soluzione "auto a idrogeno", per quanto ancora lontana nel tempo, non avrà alcun vantaggio da soluzioni ibride. Avrà senso solo se l'idrogeno necessario sarà creato e distribuito come la benzina attualmente. Se l'idrogeno viene prodotto in grandi quantità, magari come sistema per sfruttare l'energia da sole/vento non immediatamente utilizzabile, può essere anche distributio capillarmente a basso costo e la tecnologia per rifornire le auto è già affidabile.
    Restano da risolvere i problemi dello stoccaggio in auto (in pratica i serbatoi di idruri metallici che sarebbero il massimo anche come sicurezza) e le celle a combustibile (dovrebbero cominciare a costare meno di una parure di brillanti insomma).

  3. #3
    Seguace

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    Chissà perchè quasi nessuno considera lo stoccaggio dell'idrogeno in forma chimica, come boroidruro di sodio NaBH4, una sostanza solida che per contatto con acqua si decompone in idrogeno e borace.
    NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2+calore
    E' un sistema già usato per produrre idrogeno per usi di laboratorio ed è stato usato sperimentalmente in USA permettendo autonomie rispettabili.
    .: Eniscuola :.

    E' chiaro che le soluzioni esauste di borace andrebbero recuperate alla stazione di servizio e riconvertite in boroidruro, ma i volumi in gioco sarebbero dell'ordine dei normali carburanti.

    Non so dire sugli aspetti economici, cioè sul costo della riconversione di borace in boroidruro.

    Io non sono così fanatico per l'idrogeno. Penso che ci sono tante altre forme più pratiche di accumulo delle energie rinnovabili, ad es. il biodiesel.
    Penso anche che l'attuale spinta verso l'idrogeno venga in parte dai grossi interessi in gioco verso l'uso dell'energia nucleare, la sola che permetterebbe di produrre idrogeno a costi accettabili. Quindi resto cauto.

  4. #4
    Super_Mod

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    Quote Originariamente inviata da Stregatto Visualizza il messaggio
    Io non sono così fanatico per l'idrogeno. Penso che ci sono tante altre forme più pratiche di accumulo delle energie rinnovabili, ad es. il biodiesel.
    Beh, se non sei così fanatico perchè ti spingi a ipotizzare un'auto ibrida a idrogeno?
    Comunque la soluzione del boroidrato è promettente per lo stoccaggio, come anche altre, ma per ora non c'è nulla di concreto e lo stoccaggio standard è ancora compressione o liquefazione (con rischi e grande costo energetico).
    Il biodiesel per accumulo delle FER non capisco come tu voglia utilizzarlo, ma se si può... ben venga! Io sapevo che le soluzioni proposte al momento sono altre (batterie, pompaggi, idrogeno, supervolani).
    Comunque stiamo andando OT dal tema.

  5. #5
    Seguace

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    Quote Originariamente inviata da BrightingEyes Visualizza il messaggio
    Il biodiesel per accumulo delle FER non capisco come tu voglia utilizzarlo, ma se si può... ben venga!
    Bè in fondo tutte le fonti di energia rinnovabili conosciute derivano dal sole (che produce i venti, che fa evaporare l'acqua dei mari che poi condensa ad alta quota, che fa crescere le piante)
    Le piante, appunto. Una coltivazione di colza si può considerare come un sistema che accumula l'energia solare sotto forma di cellulosa e olio, che poi si possono bruciare in un motore o in una caldaia (l'olio di colza).
    Coltivare un campo per produrre olio di colza da bruciare in un motore è molto più semplice, cioè richiede meno tecnologia (e la tecnologia costa) che sfruttare delle fonti di energia rinnovabili per produrre energia elettrica, usare questa per elettrolizzare l'acqua e produrre idrogeno, bruciare l'idrogeno in un motore o in una fuel cell.
    Purtroppo se anche tutta l'Italia venisse coltivata a colza avremmo solo una piccola parte dei carburanti che ci occorrono. Ma non è detto che dobbiamo farlo qui; l'Italia è piccola e sovraffollata, mentre ci sono altri continenti molto più grandi e quasi deserti.
    Quanto olio potrebbe produrre il deserto del Sahara se adeguatamente coltivato e irrigato ?
    Quanto è il rendimento di conversione dell'energia solare di una coltivazione di colza o di soia ?

  6. #6
    Seguace

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    Sempre a proposito di carburanti non inquinanti (cioè esenti da carbonio) e producibili a partire da una fonte di energia (rinnovabile o no), non è detto che l'idrogeno debba venire portato in giro come tale (compresso o liquefatto). Si può pensare di portarlo in forma di qualche composto più facilmente trattabile. Oltre al già detto boroidruro di sodio, c'è la più semplice ammoniaca NH3, un composto privo di carbonio che si sintetizza facilmente da idrogeno (prodotto per elettrolisi dell'acqua) e azoto prodotto per frazionamento dell'aria atmosferica.
    L'ammoniaca ha un contenuto energetico poco minore dell'idrogeno di partenza; è facilmente liquefacibile (più o meno come il GPL), si può bruciare in un motore con buoni rendimenti e senza produrre altri inquinanti oltre a NOX facilmente eliminabili con un catalizzatore. Addirittura si può facilmente decomporre in idrogeno e azoto per riscaldamento, permettendo di usare una fuel cell.
    Unico svantaggio dell'ammoniaca è la velenosità. Ma io sono un forte sostenitore dell'ammoniaca come vettore energetico poco inquinante.
    Ultima modifica di Stregatto; 22-02-2010 a 10:35

  7. #7
    Pietra Miliare

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    Post

    Quote Originariamente inviata da Stregatto Visualizza il messaggio
    Quanto olio potrebbe produrre il deserto del Sahara se adeguatamente coltivato e irrigato ?
    Considerando la sua area, pari a 780 milioni di ettari e considerando che ogni ettaro di terreno produce 850kg di olio, coltivando il deserto del Sahara con piantagioni di colza potremmo ottenere 663 milioni di tonnellate di olio all'anno, per un'energia pari a 6900 TWh. Volendo trasformarla interamente in energia elettrica potremmo disporre di circa 2500 TWh, pari a circa 7 volte il fabbisogno energetico italiano.

    Quote Originariamente inviata da Stregatto Visualizza il messaggio
    Quanto è il rendimento di conversione dell'energia solare di una coltivazione di colza o di soia ?
    Un ettaro di terreno pianeggiante, situato in Sicilia, riceve da gennaio a maggio (mesi in cui le foglie di colza spuntano fuori dal terreno e catturano energia solare) circa 225MWh di energia solare. Bruciando gli 850kg di olio che estraggo dalla colza raccolta a giugno, ottengo 8,87 MWh di energia, ottenendo un rendimento pari a: 8,87/225= 3,9%. Se volessi ottenere energia elettrica dalla combustione dell'olio, otterrei rendimenti prossimi all'1,5%, circa 10 volte inferiori al fotovoltaico policristallino.
    E' chiaro che coltivare il Sahara è praticamente impossibile e sottrarre spazi utili alla coltivazione di beni primari in un mondo in cui più di 1 miliardo di persone soffre la fame, mi sembra del tutto immorale. Sarebbe più bella e conveniente l'idea di coprire i deserti di pannelli fotovoltaici, o ancor meglio installarci impianti che scindono la molecola dell'acqua catturando l'energia solare, ma per questo bisognerà aspettare....
    "L'incremento è graduale, la rovina precipitosa" [ Seneca]

  8. #8
    Seguace

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    Sicuro che il Sahara non si può coltivare ? Avevo letto una volta che in realtà è fertilissimo e che manca solo l'acqua. E adesso pare che l'acqua ci sia e che venga usata ...
    Acqua frizzante per irrigare il deserto: ecco l'italiano che sta dissetando la Libia ...

    e dice Wikipedia:

    "Agli inizi degli anni 70, lo stato libico ha lanciato a Cufra un vasto progetto agricolo che mira a sviluppare l'agricoltura nel deserto. L'irrigazione è ottenuta grazie alle acque fossili presenti del sottosuolo, quindi non rinnovabili, che sono le sole fonti di acqua della zona. L'irrigazione è fatta attraverso un sistema radiale, i cerchi così ottenuti hanno un diametro di circa un chilometro e possono essere visti dallo spazio."
    http://upload.wikimedia.org/wikipedi...ufra_Oasis.jpg

  9. #9
    Paladino del Forum

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    i sistemi di irrigazione center pivot sono ormai "anziani", ma continuano ad essere usati in tutto il mondo per la loro semplicità. Gli impianti israeliani sono ormai dismessi (sono passati all'irrigazione a goccia), ma sono loro che hanno dato lo slancio all'agricoltura di quel Paese.
    Gli impianti più grandi, comunque, sono negli USA ed in Australia.
    Certo che se le pompe funzionassero col fotovoltaico... pensa, più sole c'è e più pompano...

    File:Crops Kansas AST 20010624.jpg - Wikipedia, the free encyclopedia
    http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sa...irrigation.jpg
    "Non date da mangiare ai troll" http://it.wikipedia.org/wiki/Troll_(Internet)
    O si pensa, o si crede. (Arthur Schopenhauer)
    Perché il male trionfi è sufficiente che i buoni rinuncino all'azione (attr. Edmund Burke)

  10. #10
    Pietra Miliare

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    Quote Originariamente inviata da Stregatto Visualizza il messaggio
    Sicuro che il Sahara non si può coltivare ?
    Beh, che dire... Non sono un esperto di agricoltura, ma a questo punto se davvero il deserto è un terreno fertile, allora pompiamo acqua con il fotovoltaico, come giustamente dice livingreen, dai semi di colza ricaviamo olio combustibile e avremmo a disposizione grandi quantità di biomasse ricavate dalle piante di colza che andrebbero altrimenti perse dopo la mietitura.
    Ma a questo punto mi sorge un dubbio...
    Se viene reso fertile il deserto, questo diventerà da subito ospitale per noi esseri umani e quindi verrà popolato e quindi non più adatto per essere interamente coltivato. Chiaramente questo è un pensiero che al massimo troverà riscontro in un futuro abbastanza lontano... Che ne pensate?
    "L'incremento è graduale, la rovina precipitosa" [ Seneca]

  11. #11
    Super_Mod

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    Quote Originariamente inviata da Stregatto Visualizza il messaggio
    Coltivare un campo per produrre olio di colza da bruciare in un motore è molto più semplice, cioè richiede meno tecnologia (e la tecnologia costa) che sfruttare delle fonti di energia rinnovabili per produrre energia elettrica, usare questa per elettrolizzare l'acqua e produrre idrogeno, bruciare l'idrogeno in un motore o in una fuel cell.
    Purtroppo se anche tutta l'Italia venisse coltivata a colza avremmo solo una piccola parte dei carburanti che ci occorrono.
    Ecco, ti sei già risposto da solo.
    Coltivare un campo per produrre biocarburanti è uno dei modi meno efficienti di utilizzare l'energia solare. Questo non significa che sia quindi da scartare. Semplicemente utilizzi del terreno agricolo per produrre qualcosa. Possibilmente stando attento a non rubare terreno alle coltivazioni alimentari.
    Invece lo sfruttamento dell'energia solare con FV-termodinamico-eolico sarebbe in grado di coprire abbondantemente tutta la domanda di carburante (se fosse idrogeno). Le due cose hanno finalità e dimensioni diverse e non sono paragonabili.
    Se l'idrogeno presenta rischi poi non è che la trasformazione a biodiesel di ogni coltura sia una furbata spettacolare eh!
    Il deserto del Sahara è un potenziale serbatoio enorme di produttività da solare e molti ci credono già ora. Resta il problema del trasporto e dell'accumulo dell'energia prodotta e anche qui l'idrogeno può fare moltissimo.

  12. #12
    Monumento

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    quoto totalmente. L'uso di terreno agricolo (o potenzialmente tale), prezioso per la produzione di cibo, che venisse sfruttato per produrre biocarburanti è puro abominio, senza se e senza ma. Ci si ricordi cosa successe quando partì la moda del bioetanolo dal mais: i paesi maggiori consumatori scoprirono che un alimento di base era diventato di colpo carissimo!
    Se si può coltivare il sahara, magari! ma lo si faccia per il CIBO e null'altro

  13. #13
    Appassionato/a

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    Scusate, ma alcuni anni fa il costo per produrre celle fotovoltaiche era superiore a quello prodotto durante la vita delle celle, non so se nel frattempo la situazione è cambiata.
    Forse sono sulla pagina sbagliata, ma l' ammoniaca si produce partendo da metano ed aria, è un processo chimico brevettato da Casale molti anni fa e richiede un reattore che lavora ad altissima pressione.

  14. #14
    Seguace

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    Quote Originariamente inviata da pulfero Visualizza il messaggio
    l' ammoniaca si produce partendo da metano ed aria, è un processo chimico brevettato da Casale molti anni fa e richiede un reattore che lavora ad altissima pressione.
    L'ammoniaca per l'esattezza si produce da idrogeno e azoto.
    L'idrogeno normalmente oggi si produce per conversione del metano, ma si potrebbe benissimo produrre per elettrolisi dell'acqua, se proprio si vuole evitare di usare combustibili fossili (convertire il metano in idrogeno lascia come sottoprodotto la CO2 che finisce nell'atmosfera).
    L'ammoniaca comunque è un vettore energetico, proprio come come l'idrogeno. Richiede in più il frazionamento dell'aria per ricavare l'azoto e la reazione fra azoto e idrogeno per dare l'ammoniaca. Sono passaggi facili.
    In questo passaggio si perde un po' del contenuto energetico dell'idrogeno ma c'è il vantaggio di avere un carburante economico e facilmente stoccabile (è come il GPL) a differenza dell'idrogeno.
    Peccato che sia tossico; ma anche la benzina lo è...

  15. #15
    Monumento

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    be', dipende. Per esempio si può annusare il bocchettone del distributore senza effetti collaterali. Prova con l'ammoniaca e sono cavoli acidissimi!

  16. #16
    Seguace

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    Sì gli effetti collaterali sono peggiori.
    Mia moglie si lamenta sempre quando fa le pulizie di casa con l'ammoniaca.
    Ma non le farebbe mai con la benzina.

  17. #17
    Appassionato/a

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    Parlando di sintesi sono stato probabilmente troppo sintetico. Il materiale di base per produrre l' ammoniaca è il metano.
    Sembrerà strano ma si tende a produrre quello che si può vendere partendo da quello che si ha in eccesso, non da quello che non si ha.
    Sono stato qualche anno fa all' Ammonia Casale a Lugano, allo scopo di verificare l' avanzamento di un impianto per la produzione di ammoniaca destinato all' Iran, in tale occasione mi è stato illustrato il processo produttivo che per quel che ricordo è il seguente:
    In un reattore contenente CO vengono introdotti metano ed aria, ne escono da una parte azoto e idrogeno che vanno al reattore per produrre ammoniaca, nel caso particolare un recipiente a pressione lungo 100 m e prodotto in Giappone incamiciando diversi mantelli, di cui l' interno in acciaio ad alta resistenza, in pratica come si fa per le canne dei cannoni.
    Il CO, misto con CO2 usciva dall' altra parte e ridotto il CO2 a CO veniva rimesso nel primo reattore.
    Ho da qualche parte un depliant del processo, prima o poi lo troverò.
    Quindi si conclude che produciamo ammoniaca dal metano con un processo in larga parte endotermico. E' probabile che finchè non verranno introdotti processi più ecologici convenga alimentare le auto a metano

  18. #18
    Super_Mod

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    Quote Originariamente inviata da pulfero Visualizza il messaggio
    Scusate, ma alcuni anni fa il costo per produrre celle fotovoltaiche era superiore a quello prodotto durante la vita delle celle, non so se nel frattempo la situazione è cambiata.
    Immagino tu ti riferisca al ritorno energetico parlando di "costo".
    Se è così posso tranquillizzarti. La situazione non è cambiata in quanto già alcuni anni fa questa voce era una leggenda metropolitana del tutto falsa.
    Attualmente i pannelli in Si cristallino rendono l'energia utilizzata per la fabbricazione in 4-5 anni. I pannelli a film sottile in meno di 3 anni (ma ad essere molto pessimisti).
    Quote Originariamente inviata da pulfero Visualizza il messaggio
    E' probabile che finchè non verranno introdotti processi più ecologici convenga alimentare le auto a metano
    Dipende da cosa intendi col verbo "convenire". Il metano nelle auto brucia e produce CO2 e inquinanti. Certo molto meno di benzina e diesel, ma comunque abbastanza. Dell'ammoniaca ne so poco, ma sapevo che presenta un certo rischio tossico non trascurabile. Inoltre è ovvio che può essere vista tuttalpiù come un serbatoio chimico intermedio per l'idrogeno prodotto da FER. Produrla a partire dal metano ha senso solo se ti serve l'ammoniaca, non certo se vuoi utilizzarla come vettore energetico! (molto meglio direttamente il metano allora!)
    Vista la necessità di accumulo che avranno gli impianti FER e la facilità di produzione dell'idrogeno secondo me resta questa la forma più probabile di combustibile nel futuro.

  19. #19
    Appassionato/a

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    Predefinito

    Si tratta quindi di una speranza per il futuro

  20. #20
    Novizio/a

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    Predefinito batterie a molla

    io quoterei di più le batterie a molla in fibra di carbonio,per affidabilità e perchè mantengono la carica... in più con lo sviluppo capillare di auto elettriche le si potrebbe utilizzare direttamente per risolvere un problema delle FER: l'incostanza... (ovviamente parlando di eolico e fotovoltaico)

  21. RAD

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