Um veículo a hidrogênio é um veículo que usa hidrogênio como combustível a bordo para força motriz. Veículos de hidrogênio incluem foguetes a combustível movidos a hidrogênio, assim como automóveis e outros veículos de transporte. As usinas desses veículos convertem a energia química do hidrogênio em energia mecânica, seja queimando hidrogênio em um motor de combustão interna ou reagindo hidrogênio com oxigênio em uma célula a combustível para acionar motores elétricos. O uso generalizado de hidrogênio para abastecer o transporte é um elemento-chave de uma economia de hidrogênio proposta.

A partir de 2016, há 3 carros movidos a hidrogênio disponíveis publicamente em mercados selecionados: o Toyota Mirai, o Hyundai ix35 FCEV e o Honda Clarity. Várias outras empresas estão trabalhando para desenvolver carros a hidrogênio. A partir de 2014, 95% do hidrogênio é produzido a partir do gás natural. Pode ser produzido usando fontes renováveis, mas esse é um processo caro. Usinas integradas de vento-para-hidrogênio (energia-para-gás), usando eletrólise de água, estão explorando tecnologias para fornecer custos baixos o suficiente e quantidades grandes o suficiente para competir com a produção de hidrogênio usando gás natural. As desvantagens do uso de hidrogênio são a alta intensidade de emissão de carbono quando produzida a partir de gás natural, carga de custo de capital, baixo conteúdo de energia por unidade de volume, produção e compressão de hidrogênio e o grande investimento em infraestrutura que seria necessário para abastecer veículos.

Hidrogênio portador de energia

Combustível e gases de escape
O hidrogênio usado como combustível não é energia primária, mas deve ser produzido a partir de energia primária análoga à geração de energia. Para sua produção é necessária energia. Isto está na reação química em um motor de combustão de hidrogênio ou na célula de combustível liberada novamente. Devido à sua baixa densidade, o gás hidrogênio contém mais energia por unidade de peso por unidade de massa do que qualquer outro combustível químico. No entanto, a densidade de energia é muito baixa em volume. Portanto, o hidrogênio como combustível deve ser altamente comprimido (até cerca de 700 bar) ou liquefeito (-253 ° C). Ambos estão associados à entrada de energia adicional.

Os gases de escape de uma célula de combustível consistem em vapor de água puro.

Durante a combustão do hidrogênio em combinação com o ar (em uma turbina a gás), os gases de exaustão contêm adicionalmente óxidos de nitrogênio, que surgem do nitrogênio atmosférico às altas temperaturas na câmara de combustão. Em excesso de ar (λ »1), menos óxidos de nitrogênio são produzidos, mas a eficiência também diminui. Nos motores a pistão continuam a receber traços de CO e CH no gás de escape. Eles vêm do óleo lubrificante entre a parede do cilindro e o pistão e do respiro do cárter.

Produção de hidrogênio
Os principais processos de produção de hidrogênio são

A conversão termoquímica de fontes de energia de carbono (geralmente combustíveis fósseis) a temperaturas de 300-1000 ° C. O processo mais antigo desse tipo é a reforma a vapor, com uma participação de mercado de mais de 90%. Usando este processo, o gás da cidade (gás de síntese) costumava ser produzido a partir de carvão e vapor de água, que continha aprox. 60% de hidrogio. Através de outras etapas do processo, quase todo o conteúdo energético da fonte de energia pode ser ligado ao hidrogênio. A desvantagem aqui é o CO2 gasoso prejudicial ao clima resultante. Existem também tecnologias para a produção de hidrogênio neutro em carbono a partir da biomassa. Uma primeira fábrica comercial, a Blue Tower Herten, foi devido à falência da Solar Millennium AG não está concluída.
O hidrogênio é um subproduto de vários processos químicos (por exemplo, eletrólise de cloro-álcalis). As quantidades são consideráveis, mas são principalmente reutilizadas. O hidrogênio produzido como subproduto somente na região de Colônia seria suficiente para operar 40.000 carros em uma base permanente (a partir de 2010).
Ainda comparativamente raramente, o hidrogênio é produzido pela eletrólise da água. Eficiências de 70-80% são alcançadas. Atualmente, existem projetos nos quais o eletrolisador é fornecido diretamente por turbinas eólicas. As turbinas eólicas são desconectadas em dias de vento com baixa demanda de eletricidade; em vez disso, eles poderiam ser usados ​​para eletrólise para a produção de hidrogênio. Além da quantidade necessária de energia, o problema é a provisão da água necessária: Para abastecer todo o reabastecimento da aeronave no aeroporto de Frankfurt com o hidrogênio da eletrólise da água, seria necessária a energia de 25 usinas de energia em larga escala. Ao mesmo tempo, o consumo de água de Frankfurt dobraria. ”
As tentativas de produzir hidrogênio em um biorreator de hidrogênio com algas através de uma variante da fotossíntese ainda estão em fase de pesquisa.

Armazenamento de hidrogênio
Os problemas técnicos com o armazenamento de hidrogênio são considerados resolvidos hoje. Métodos como armazenamento de hidrogênio pressurizado e líquido e armazenamento em hidretos metálicos são de uso comercial. Além disso, existem outros métodos, como o armazenamento em nanotubos ou como composto químico (N-etilcarbazol), que ainda estão em fase de desenvolvimento ou em pesquisa básica.

Estação de hidrogênio
Uma pré-condição para o uso generalizado de unidades de hidrogênio é a produção da infraestrutura de fornecimento. Para obter uma rede nacional na Alemanha, são necessárias cerca de 1000 estações de reabastecimento de hidrogênio.

Existem aproximadamente 274 estações de reabastecimento de hidrogênio em todo o mundo (a partir de maio de 2017). Na Alemanha existem cerca de 30, dos quais apenas 7 são operados publicamente. Em cooperação com a Linde AG, o Grupo Daimler construirá outras 20 estações de reabastecimento de hidrogênio, a fim de garantir inicialmente conexões contínuas nos eixos norte-sul e leste-oeste. → Veja também: Rodovia de hidrogênio

Um posto de abastecimento de hidrogénio custa cerca de 1 a 1,5 milhões de euros.

Veículos
Automóveis, ônibus, empilhadeiras, trens, bicicletas PHB, barcos de canal, bicicletas de carga, carrinhos de golfe, motocicletas, cadeiras de rodas, navios, aviões, submarinos e foguetes já podem funcionar com hidrogênio, em várias formas. A NASA usou o hidrogênio para lançar os ônibus espaciais no espaço. Um modelo de carro de brinquedo funciona com energia solar, usando uma célula de combustível regenerativa para armazenar energia na forma de hidrogênio e oxigênio. Em seguida, ele pode converter o combustível novamente em água para liberar a energia solar. Desde o advento da fraturação hidráulica, a principal preocupação dos veículos com célula de combustível a hidrogênio é a confusão dos consumidores e das políticas públicas com relação à adoção de veículos a hidrogênio movidos a gás natural, com pesadas emissões ocultas em detrimento do transporte ecologicamente correto.

Um recorde de velocidade terrestre para um veículo movido a hidrogênio de 286.476 milhas por hora (461.038 km / h) foi estabelecido pela Buckeye Bullet 2 da Ohio State University, que alcançou uma velocidade de 280.007 milhas por hora (450.628 km / h) no Bonneville Salt Flats em agosto de 2008. Um registro de 207.297 km / h foi estabelecido por um protótipo do Ford Fusion Hydrogen 999 Fuel Cell Race Car em Bonneville Salt Flats, em agosto de 2007, usando uma grande tanque de oxigênio comprimido para aumentar a potência.

Automóveis
A partir de 2016, há 3 carros movidos a hidrogênio disponíveis publicamente em mercados selecionados: o Toyota Mirai, o Hyundai ix35 FCEV e o Honda Clarity.

A Toyota lançou seu primeiro veículo de célula de combustível de produção (FCV), o Mirai, no Japão no final de 2014 e iniciou suas vendas na Califórnia, principalmente na região de Los Angeles, em 2015. O carro tem alcance de 502 km leva cerca de cinco minutos para reabastecer seu tanque de hidrogênio. O preço inicial de venda no Japão foi de cerca de 7 milhões de ienes (US $ 69.000). O ex-presidente do Parlamento Europeu, Pat Cox, estimou que a Toyota perderia inicialmente cerca de US $ 100 mil por cada Mirai vendida. Muitas empresas automobilísticas introduziram modelos de demonstração em números limitados (ver Lista de veículos com células de combustível e Lista de veículos com motores de combustão interna a hidrogênio). Uma desvantagem do hidrogênio em comparação com outros combustíveis automotivos é sua baixa densidade.

Em 2013, a BMW alugou tecnologia de hidrogênio da Toyota, e um grupo formado pela Ford Motor Company, Daimler AG e Nissan anunciou uma colaboração no desenvolvimento de tecnologia de hidrogênio. Em 2017, no entanto, a Daimler havia abandonado o desenvolvimento de veículos a hidrogênio, e a maioria das empresas automobilísticas que desenvolviam carros a hidrogênio havia mudado seu foco para veículos elétricos a bateria.

Autocarros
Os ônibus de célula de combustível (em oposição aos ônibus movidos a hidrogênio) estão sendo testados por vários fabricantes em diferentes locais, por exemplo, Ursus Lublin. O Fuel Cell Bus Club é uma colaboração global de teste de barramento de célula de combustível.

Bondes e trens
Em março de 2015, a China South Rail Corporation (CSR) demonstrou o primeiro bonde movido a célula de hidrogênio do mundo em uma instalação de montagem em Qingdao. O engenheiro-chefe da CSR Sifang Co Ltd., subsidiária de CSR, Liang Jianying, disse que a empresa está estudando como reduzir os custos de operação do bonde. Faixas para o novo veículo foram construídas em sete cidades chinesas. A China planeja gastar 200 bilhões de yuans (US $ 32 bilhões) até 2020 para aumentar as linhas de bonde para mais de 1.200 milhas.

No norte da Alemanha, em 2018, os primeiros trens Coradia iLint movidos a células de combustível foram colocados em serviço; o excesso de energia é armazenado em baterias de íons de lítio.

Bicicletas
Em 2007, a Pearl Hydrogen Power Sources de Xangai, na China, inaugurou uma bicicleta a hidrogênio na 9ª Exposição Internacional de Tecnologia, Equipamentos e Aplicações de Gás da China.

Veículos militares
A divisão militar da General Motors, GM Defense, concentra-se em veículos com células de combustível a hidrogênio. Sua SURUS (Superestrutura Universal Silent Utility Rover) é uma plataforma elétrica de célula de combustível flexível com capacidades autônomas. Desde abril de 2017, o Exército dos EUA vem testando o Chevrolet Colorado ZH2 comercial em suas bases nos EUA para determinar a viabilidade de veículos movidos a hidrogênio em ambientes militares de missão tática.

Motocicletas e scooters
A ENV desenvolve motocicletas elétricas alimentadas por uma célula a combustível de hidrogênio, incluindo o Crosscage e o Biplane. Outros fabricantes como Vectrix estão trabalhando em scooters de hidrogênio. Finalmente, scooters movidos a hidrogênio-combustível-elétrico-híbrido estão sendo feitos, como a scooter de célula de combustível Suzuki Burgman. e o FHybrid. O Burgman recebeu aprovação “tipo de veículo inteiro” na UE. A empresa taiwanesa APFCT realizou um teste de rua ao vivo com 80 scooters de célula de combustível para o Bureau de Energia de Taiwan.

Quads e tratores
O H-Due da Autostudi Srl é um quad movido a hidrogênio, capaz de transportar 1-3 passageiros. Um conceito para um trator movido a hidrogênio foi proposto.

Aviões
Empresas como a Boeing, a Lange Aviation e o Centro Aeroespacial alemão buscam hidrogênio como combustível para aviões tripulados e não tripulados. Em fevereiro de 2008, a Boeing testou um voo tripulado de uma pequena aeronave movida por uma célula a combustível de hidrogênio. Planos de hidrogênio não tripulados também foram testados. Para aviões de passageiros de grande porte, o The Times informou que “a Boeing disse que é improvável que as células de combustível de hidrogênio acionassem os motores de aviões de passageiros de grande porte, mas poderiam ser usadas como unidades de backup ou auxiliares a bordo”.

Em julho de 2010, a Boeing revelou seu UAV Phantom Eye movido a hidrogênio, movido por dois motores de combustão interna da Ford que foram convertidos para funcionar com hidrogênio.

Na Grã-Bretanha, o Reaction Engines A2 foi proposto para usar as propriedades termodinâmicas do hidrogênio líquido para alcançar velocidade muito alta e longa distância (antipodal), queimando-o em um motor a jato pré-resfriado.

Caminhões
Uma empilhadeira HICE ou empilhadeira HICE é uma empilhadeira industrial movida a hidrogênio, movida a combustão interna, usada para levantar e transportar materiais. A primeira empilhadeira HICE de produção baseada no Linde X39 Diesel foi apresentada em uma exposição em Hannover em 27 de maio de 2008. Ela usou um motor diesel de combustão interna de 2.0 litros e 43 kW (58 HP) convertido para usar hidrogênio como combustível. uso de um compressor e injeção direta.

Uma empilhadeira de célula de combustível (também chamada de empilhadeira de célula de combustível) é uma empilhadeira industrial movida a célula de combustível. Em 2013, havia mais de 4.000 empilhadeiras de célula de combustível usadas no manuseio de materiais nos EUA. O mercado global foi estimado em 1 milhão de empilhadeiras movidas a célula de combustível por ano para 2014–2016. As frotas estão sendo operadas por empresas em todo o mundo. A Pike Research afirmou em 2011 que as empilhadeiras movidas a células de combustível serão o maior impulsionador da demanda de combustível de hidrogênio até 2020.

A maioria das empresas na Europa e nos Estados Unidos não usa empilhadeiras movidas a petróleo, pois esses veículos trabalham em ambientes fechados, onde as emissões devem ser controladas e, em vez disso, usam empilhadeiras elétricas. Empilhadeiras movidas a célula de combustível podem oferecer vantagens sobre empilhadeiras alimentadas por bateria, já que elas podem ser reabastecidas em 3 minutos. Eles podem ser usados ​​em armazéns refrigerados, pois seu desempenho não é degradado por temperaturas mais baixas. As unidades de célula de combustível são frequentemente projetadas como substitutos de reposição.

Foguetes
Muitos foguetes grandes usam hidrogênio líquido como combustível, com oxigênio líquido como oxidante (LH2 / LOX). Uma vantagem do combustível de foguete de hidrogênio é a alta velocidade de escape efetiva comparada aos motores querosene / LOX ou UDMH / NTO. De acordo com a equação de foguetes Tsiolkovsky, um foguete com maior velocidade de escape usa menos propelente para acelerar. Também a densidade de energia do hidrogênio é maior que qualquer outro combustível. O LH2 / LOX também produz a maior eficiência em relação à quantidade de propelente consumida, de qualquer propulsor de foguete conhecido.

Uma desvantagem dos motores LH2 / LOX é a baixa densidade e baixa temperatura do hidrogênio líquido, o que significa maiores e isolados e, portanto, tanques de combustível mais pesados ​​são necessários. Isso aumenta a massa estrutural do foguete, o que reduz significativamente seu delta-v. Outra desvantagem é a baixa capacidade de armazenamento dos foguetes movidos a LH2 / LOX: devido ao constante aquecimento do hidrogênio, o foguete deve ser alimentado pouco antes do lançamento, o que torna os motores criogênicos inadequados para ICBMs e outras aplicações de foguetes com a necessidade de preparações de lançamento curtas .

No geral, o delta-v de um estágio de hidrogênio normalmente não é muito diferente daquele de um estágio denso, mas o peso de um estágio de hidrogênio é muito menor, o que o torna particularmente eficaz para estágios superiores, já que são carregados pelo estágio inferior. estágios. Para os primeiros estágios, os foguetes de combustível denso em estudos podem mostrar uma pequena vantagem, devido ao menor tamanho do veículo e menor arraste.

O LH2 / LOX também foi usado no Ônibus Espacial para operar as células de combustível que alimentam os sistemas elétricos. O subproduto da célula a combustível é a água, que é usada para beber e outras aplicações que requerem água no espaço.

Caminhão Pesado
Em 2016, a Nikola Motor Company introduziu um caminhão pesado Classe 8 movido a hidrogênio alimentado por uma bateria EV de 320 kWh. Nikola planeja duas versões do caminhão movido a hidrogênio, Nikola One e Day Cab Nikola Two. A United Parcel Service começou a testar um veículo de entrega movido a hidrogênio em 2017. A US Hybrid, a Toyota e a Kenworth também anunciaram planos para testar caminhões com células de combustível a hidrogênio Classe Drayage Classe 8.

Veículo de combustão interna
Os carros com motor de combustão interna a hidrogênio são diferentes dos carros movidos a célula de hidrogênio. O carro de combustão interna de hidrogênio é uma versão ligeiramente modificada do tradicional motor a gasolina de combustão interna. Esses motores a hidrogênio queimam combustível da mesma maneira que os motores a gasolina fazem; a principal diferença é o produto de escape. A combustão da gasolina resulta em dióxido de carbono e vapor de água, enquanto o único produto de escape da combustão de hidrogênio é o vapor de água.

Em 1807, Francois Isaac de Rivaz projetou o primeiro motor de combustão interna movido a hidrogênio. Em 1965, Roger Billings, na época um estudante do ensino médio, converteu um Modelo A para funcionar com hidrogênio. Em 1970, Paul Dieges patenteou uma modificação nos motores de combustão interna, que permitia que um motor movido a gasolina funcionasse com o hidrogênio US 3844262.

A Mazda desenvolveu motores Wankel que queimam hidrogênio. A vantagem de usar um motor de combustão interna, como os motores Wankel e pistão, é o custo mais baixo de reequipar para a produção.

Empilhadeiras HICE foram demonstradas com base em motores de combustão interna a diesel convertidos com injeção direta.

Célula de combustível

Custo da célula de combustível
Células de combustível de hidrogênio são relativamente caras para produzir, já que seus projetos exigem substâncias raras como platina como catalisador. Em 2014, a Toyota anunciou que apresentaria seu Toyota Mirai no Japão por menos de US $ 70.000 em 2015. O ex-presidente do Parlamento Europeu Pat Cox estima que A Toyota perderá inicialmente cerca de US $ 100.000 por cada Mirai vendida.

Condições de congelamento
Os problemas nos primeiros modelos de célula de combustível a baixas temperaturas, no que diz respeito às capacidades de alcance e partida a frio, foram abordados para que “não possam mais ser vistos como show-stoppers”. Usuários em 2014 disseram que seus veículos de célula de combustível têm um desempenho impecável em temperaturas abaixo de zero, mesmo com os aquecedores explodindo, sem reduzir significativamente o alcance. Estudos utilizando radiografia de neutrões em arranque a frio não assistido indicam formação de gelo no cátodo, três fases em arranque a frio e condutividade iónica de Nafion. Um parâmetro, definido como coulomb de carga, também foi definido para medir a capacidade de partida a frio.

Vida de serviço
A vida útil das células de combustível é comparável à de outros veículos. A vida útil da PEM é de 7.300 horas em condições de ciclismo.

Hidrogênio
O hidrogênio não vem como uma fonte de energia preexistente, como os combustíveis fósseis, mas é produzido pela primeira vez e depois armazenado como um transportador, muito parecido com uma bateria. Um benefício sugerido da implantação em larga escala de veículos movidos a hidrogênio é que isso poderia levar à diminuição das emissões de gases de efeito estufa e precursores de ozônio. No entanto, a partir de 2014, 95% do hidrogênio é feito de metano. Pode ser produzido usando fontes renováveis, mas esse é um processo caro. As usinas integradas de vento-para-hidrogênio (energia para gás), usando a eletrólise da água, estão explorando tecnologias para fornecer custos baixos o suficiente e quantidades grandes o suficiente para competir com as fontes tradicionais de energia.

De acordo com a Ford Motor Company, “quando os FCVs são operados com hidrogênio reformado do gás natural usando esse processo, eles não fornecem benefícios ambientais significativos em uma base de poço a roda (devido às emissões de GEE do processo de reforma do gás natural).” Embora os métodos de produção de hidrogênio que não usam combustível fóssil sejam mais sustentáveis, atualmente a energia renovável representa apenas uma pequena porcentagem da energia gerada, e a energia produzida a partir de fontes renováveis ​​pode ser usada em veículos elétricos e para aplicações não relacionadas a veículos.

Os desafios enfrentados pelo uso do hidrogênio nos veículos incluem produção, armazenamento, transporte e distribuição. A eficiência do poço para a roda do hidrogênio é inferior a 25%. Análises mais recentes confirmam isso.

Produção
O hidrogênio molecular necessário como combustível a bordo para veículos a hidrogênio pode ser obtido através de muitos métodos termoquímicos utilizando gás natural, carvão (por um processo conhecido como gaseificação de carvão), gás liquefeito de petróleo, biomassa (gaseificação de biomassa), por um processo chamado termólise. como um produto de resíduos microbianos chamado biohidrogênio ou produção de hidrogênio biológico. 95% do hidrogênio é produzido usando gás natural, e 85% do hidrogênio produzido é usado para remover o enxofre da gasolina. O hidrogênio também pode ser produzido a partir da água por eletrólise, com eficiências de trabalho na faixa de 50 a 60% para os eletrolisadores menores e em torno de 65 a 70% para as plantas maiores. O hidrogênio também pode ser feito por redução química usando hidretos químicos ou alumínio. As tecnologias atuais para a fabricação de hidrogênio usam energia em várias formas, totalizando entre 25 e 50 por cento do maior valor de aquecimento do combustível de hidrogênio, usado para produzir, comprimir ou liquefazer e transmitir o hidrogênio por oleoduto ou caminhão.

Consequências ambientais da produção de hidrogênio a partir de recursos de energia fóssil incluem a emissão de gases de efeito estufa, uma consequência que também resultaria da reforma a bordo do metanol em hidrogênio. Análises comparando as conseqüências ambientais da produção de hidrogênio e uso em veículos de célula de combustível para o refino de petróleo e combustão em motores de automóveis convencionais não concordam sobre se uma redução líquida de ozônio e gases de efeito estufa resultaria. A produção de hidrogênio usando recursos de energia renovável não criaria tais emissões, mas a escala de produção de energia renovável precisaria ser expandida para ser usada na produção de hidrogênio para uma parte significativa das necessidades de transporte. Em 2016, 14,9% da eletricidade dos EUA era produzida a partir de fontes renováveis. Em alguns países, fontes renováveis ​​estão sendo usadas mais amplamente para produzir energia e hidrogênio. Por exemplo, a Islândia está usando energia geotérmica para produzir hidrogênio, e a Dinamarca está usando o vento.

Armazenamento
O hidrogênio comprimido em tanques de hidrogênio a 350 bar (5.000 psi) e 700 bar (10.000 psi) é usado para sistemas de tanques de hidrogênio em veículos, com base na tecnologia de compostos de carbono tipo IV.

O hidrogênio tem uma densidade de energia volumétrica muito baixa em condições ambientais, igual a cerca de um terço da do metano. Mesmo quando o combustível é armazenado como hidrogênio líquido em um tanque criogênico ou em um tanque de armazenamento de hidrogênio comprimido, a densidade de energia volumétrica (megajoules por litro) é pequena em relação à da gasolina. O hidrogênio tem três vezes mais energia específica em massa em comparação com a gasolina (143 MJ / kg versus 46,9 MJ / kg). Em 2011, cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos e da Universidade do Alabama, trabalhando com o Departamento de Energia dos EUA, descobriram um método de estágio único para recarregar o amônia borano, um composto de armazenamento de hidrogênio. Em 2018, pesquisadores da CSIRO na Austrália alimentaram um Toyota Mirai e Hyundai Nexo com hidrogênio separado da amônia usando uma tecnologia de membrana. A amônia é mais fácil de transportar com segurança em navios-tanque do que o hidrogênio puro.

A infraestrutura
A infra-estrutura de hidrogênio consiste em estações de abastecimento equipadas com hidrogênio, que são abastecidas com hidrogênio através de reboques de tubos de hidrogênio comprimido, caminhões tanque de hidrogênio líquido ou produção dedicada no local, e alguns transportes de dutos de hidrogênio industriais. A distribuição de combustível de hidrogênio para veículos em todo os EUA exigiria novas estações de hidrogênio que custariam entre 20 bilhões de dólares nos EUA (4,6 bilhões na UE). e meio trilhão de dólares nos EUA.

Em 2018, havia 40 estações de reabastecimento de hidrogênio acessíveis ao público nos EUA, a maioria delas localizadas na Califórnia (em comparação com 19.000 estações de recarga elétrica). Em 2017, havia 91 estações de abastecimento de hidrogênio no Japão.

Códigos e padrões
Códigos e padrões de hidrogênio, bem como códigos e padrões técnicos para segurança de hidrogênio e armazenamento de hidrogênio, foram identificados como uma barreira institucional para a implantação de tecnologias de hidrogênio e desenvolvimento de uma economia de hidrogênio. Para permitir a comercialização de hidrogênio em produtos de consumo, novos códigos e padrões devem ser desenvolvidos e adotados pelos governos federal, estadual e municipal.

Segurança
Carros movidos a hidrogênio não são mais perigosos que veículos movidos a gasolina ou gasolina. O hidrogênio é um gás muito volátil devido à sua baixa densidade. Evapora muito rapidamente ao ar livre. Providencie ventilação adequada em espaços confinados, pois é inflamável em uma ampla faixa de 4-75 vol.% (Gasolina: 0,6-8 vol.%). Misturas de oxigênio / hidrogênio contendo menos de 10,5% de hidrogênio por volume são mais pesadas que o ar e afundam no fundo. A segregação não ocorre diretamente, de modo que a inflamabilidade é mantida até que ela fique abaixo do limite de 4% em volume. Ao manusear hidrogênio, os regulamentos de segurança e os sistemas de ventilação devem levar em conta esse comportamento.

A gasolina é um líquido que evapora lentamente. Os vapores de gasolina inflamáveis ​​são mais pesados ​​que o ar e permanecem no solo por mais tempo, e o período de tempo em que eles podem se inflamar é mais longo.

Se o hidrogênio é liberado em salas fechadas, há um risco aumentado de explosão, por exemplo. B. em garagens ou túneis. Aqui está para garantir maior ventilação e, possivelmente, medidas adicionais de segurança.

O limite de detonação do hidrogênio está em uma concentração de 18%. A gasolina explode muito mais cedo, já em uma concentração de 1,1%. Para que uma explosão ou um incêndio ocorra, em ambos os casos, uma mistura ar-combustível que tenha surgido deve primeiro ser acesa. No caso do hidrogênio, isso requer uma energia menor de 0,02 mJ do que a gasolina (gasolina: 0,24 mJ), mas, na prática, não importa, porque até mesmo a energia de uma faísca elétrica é suficiente para produzir fumaça de gasolina.

A gasolina tem uma temperatura de ignição significativamente menor (220-280 ° C) do que o hidrogênio (585 ° C), facilitando a ignição em superfícies quentes, como o coletor de exaustão ou o catalisador.

Após a ignição, o hidrogênio queima a uma taxa de combustão mais alta que a gasolina. A chama move-se abruptamente para cima com um pequeno diâmetro, se o vazamento estiver no topo do tanque.

Uma chama de hidrogênio tem menos radiação de calor do que uma chama de gasolina. Além de uma chama de hidrogênio, é, portanto, menos quente do que ao lado de uma chama de gasolina – a vantagem é que os itens adjacentes, tais. B. Assentos de carro não são tão fáceis de pegar fogo. Além disso, as pessoas que estão perto da chama são menos propensas a sofrer queimaduras. No entanto, a chama de hidrogênio é pouco visível. Portanto, existe um risco de envolvimento involuntário.

Os tanques de pressão utilizados hoje possuem (ao contrário dos tanques de gasolina) até acidentes graves sem prejuízo. Veículos a hidrogênio com tanques de pressão podem ser facilmente estacionados em garagens e garagens subterrâneas. Não há disposição legal que restrinja isso. Em contraste, os veículos com hidrogênio líquido não devem ser armazenados em salas fechadas, pois a liberação de gás pode causar um acúmulo explosivo de gás.

O principal problema com o armazenamento de hidrogênio é o vazamento. Tanques de hidrogênio e tubulações devem ser devidos ao z. À medida que o gás natural ou o diâmetro molecular do propano / butano são selados muito melhor. Alguns materiais são inadequados porque são permeáveis ​​ao hidrogênio. Vazamentos não apenas levam a altas perdas de transporte, mas criam um risco de segurança quando o gás se acumula e forma uma mistura de ar e hidrogênio. É por isso que os tanques de hidrogênio e os tubos são feitos de plásticos especiais que impedem amplamente a difusão. Tais sistemas devem ser aprovados pela TÜV. É vantajoso que o hidrogênio escape para cima devido à sua baixa densidade e não se acumule nas depressões, em contraste com os vapores de gasolina, propano ou butano.

Comparação com outros tipos de veículos movidos a combustíveis alternativos
Os veículos a hidrogênio competem com várias alternativas propostas para a moderna infraestrutura de veículos movidos a combustíveis fósseis.

Híbridos plug-in
Os veículos elétricos híbridos plug-in, ou PHEVs, são veículos híbridos que podem ser conectados à rede elétrica e conter um motor elétrico e também um motor de combustão interna. O conceito PHEV aumenta os veículos elétricos híbridos padrão com a capacidade de recarregar suas baterias a partir de uma fonte externa, permitindo um maior uso dos motores elétricos do veículo e reduzindo a dependência de motores de combustão interna. A infra-estrutura necessária para carregar PHEVs já está em vigor e a transmissão de energia da rede para o carro é de cerca de 93% de eficiência. Isso, no entanto, não é a única perda de energia na transferência de energia da grade para as rodas. A conversão CA / CC deve ocorrer a partir da fonte AC da rede ao DC do PHEV. Isso é aproximadamente 98% eficiente. A bateria então deve ser carregada. A partir de 2007, a bateria de fosfato de ferro de lítio foi entre 80-90% eficiente na cobrança / descarga. A bateria precisa ser resfriada; a bateria do GM Volt tem 4 coolers e dois radiadores. A partir de 2009, “a eficiência total das rodas com o qual um veículo movido a hidrogênio pode utilizar eletricidade renovável é de aproximadamente 20% (embora esse número possa subir para 25% ou um pouco mais com o tipo de múltiplos avanços tecnológicos necessários para A eficiência do poço de carregar uma bateria a bordo e depois descarregá-la para operar um motor elétrico em um PHEV ou EV, no entanto, é de 80% (e poderia ser maior no futuro) – quatro vezes mais eficiente do que as vias atuais dos veículos com célula de combustível a hidrogênio. ” Um artigo de 2006 da Scientific American argumentou que os PHEVs, em vez dos veículos a hidrogênio, se tornariam padrão na indústria automobilística. Um estudo de dezembro de 2009 na UC Davis descobriu que, ao longo de suas vidas, os PHEVs emitirão menos carbono que os veículos atuais, enquanto os carros movidos a hidrogênio emitirão mais carbono do que os veículos a gasolina.

Gás natural
Os veículos a gás natural comprimido (CNG), HCNG ou LNG (veículos a gás natural ou GNV) baseados em motores de combustão interna utilizam o metano (gás natural ou biogás) diretamente como fonte de combustível. O gás natural tem uma densidade de energia maior que o gás hidrogênio. Os GNVs que usam biogás são quase neutros em carbono. Ao contrário dos veículos movidos a hidrogênio, os veículos movidos a GNV estão disponíveis há muitos anos e há infra-estrutura suficiente para fornecer estações de reabastecimento comerciais e residenciais. Em todo o mundo, havia 14,8 milhões de veículos a gás natural até o final de 2011. O outro uso para o gás natural é a reforma a vapor, que é a maneira comum de produzir gás hidrogênio para uso em carros elétricos com células a combustível.

Veículos totalmente elétricos
Um artigo de 2008 da Technology Review afirmava: “Carros elétricos – e carros híbridos plug-in – têm uma enorme vantagem sobre os veículos com célula de combustível de hidrogênio na utilização de eletricidade de baixo carbono. Isso é devido à ineficiência inerente de todo o processo de gerando o hidrogênio com essa eletricidade para transportar esse gás difuso por longas distâncias, obtendo o hidrogênio no carro e, em seguida, passando-o por uma célula de combustível – tudo com a finalidade de converter o hidrogênio novamente em eletricidade para acionar o mesmo motor elétrico que você. vou encontrar em um carro elétrico “. Termodinamicamente, cada passo adicional no processo de conversão diminui a eficiência geral do processo.