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Gennaio
12 2023

Tecnologia per la creazione di energia a partire da Nikel e Idrogeno

Queste informazioni vengono generate da una macchina che opera interamente con tecnologia AI, "Intelligenza artificiale". L'accuratezza relativa ai dati scientifici e attualmente noti, sono di ultima generazione e sono pertinenti ai soggetti trattati.

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La tecnologia per la creazione di energia a partire da Nikel e Idrogeno è nota come "Idrogenazione del Nikel" o "Idrogenazione del Nikel-Idrogeno" (Ni-H2). In questa tecnologia, il nikel metallico viene utilizzato come catalizzatore per la reazione di idrogenazione, in cui l'idrogeno gassoso viene convertito in idrogeno liquido o idrocarburi come il metano o il gas naturale.

La reazione di idrogenazione del nikel avviene a temperature elevate e pressioni elevate, e richiede l'utilizzo di un catalizzatore di nikel. Il nikel è un catalizzatore molto efficiente per questa reazione, poiché ha la capacità di promuovere la formazione di idrogeno liquido o di idrocarburi a partire dall'idrogeno gassoso.

L'idrogenazione del nikel è una tecnologia promettente per la produzione di idrogeno a scopo energetico, in quanto offre una via per la produzione di idrogeno a partire da fonti rinnovabili, come l'acqua, e permette di utilizzare l'idrogeno come carburante per la generazione di energia elettrica in celle a combustibile.

La tecnologia per la creazione di energia a partire da Nikel e Idrogeno è nota come "ciclo di Borowski" o "ciclo di Nikel-Idrogeno". Consiste nell'utilizzare il nikel come catalizzatore per la reazione tra idrogeno e ossigeno per generare energia elettrica e calore. L'acqua viene utilizzata come combustibile e il solo sottoprodotto è vapore acqueo. Questa tecnologia è ancora in fase di sviluppo e non è ancora largamente utilizzata, ma è considerata una delle tecnologie più promettenti per la produzione di energia pulita e a basse emissioni di carbonio.

In altre parole si può dire che, la tecnologia per la creazione di energia a partire da nichel e idrogeno è nota come celle a combustibile a idrogeno a nichel. In queste celle, l'idrogeno viene utilizzato come combustibile e il nichel funge da catalizzatore nella reazione di combustione. L'energia elettrica viene generata dalla differenza di potenziale tra l'anodo e il catodo della cella. Questa tecnologia è ancora in fase di sviluppo e attualmente è costosa e ha bisogno di una maggiore efficienza per diventare competitiva rispetto ad altre fonti di energia.

Batterie a Nikel e Idrogeno

Le batterie a idrogeno a nichel (Ni-H2) sono una tipologia di batterie a combustibile che utilizzano idrogeno come combustibile e nichel come catalizzatore.

In queste batterie, l'idrogeno viene immagazzinato in un serbatoio e poi immesso in una cella a combustibile dove si unisce al nichel per generare elettricità attraverso una reazione chimica.

A differenza delle batterie tradizionali, le batterie a idrogeno non producono alcun rifiuto e possono essere ricaricate semplicemente riempiendo nuovamente il serbatoio di idrogeno. Tuttavia, queste batterie sono ancora in fase di sviluppo e presentano alcune sfide, come la scarsa efficienza e i costi elevati.

Impiego di batterie a idrogeno a nichel

Le batterie a idrogeno a nichel sono utilizzate principalmente in applicazioni di stoccaggio di energia a lunga durata, come la conservazione di energia solare e eolica per l'uso diurno e notturno. Inoltre, queste batterie sono utilizzate in alcuni prototipi di veicoli a idrogeno per la generazione di energia a bordo.

Inoltre, le batterie a idrogeno a nichel possono essere utilizzate per la generazione di energia distribuita, dove possono essere utilizzate per compensare la variabilità della generazione da fonti rinnovabili e ridurre la dipendenza dalla rete elettrica.

In generale, l'uso di queste batterie è limitato dall'alto costo e dalla scarsa efficienza, tuttavia, con ulteriori sviluppi e ricerche, si prevede che queste limitazioni possano essere superate e che queste batterie diventeranno una soluzione competitiva per lo stoccaggio di energia a lunga durata.

Impatto ambientale delle batterie a idrogeno a nichel

Le batterie a idrogeno a nichel hanno un impatto ambientale inferiore rispetto alle batterie tradizionali a base di litio o piombo-acido.

In primo luogo, poiché l'idrogeno è un combustibile pulito, la reazione chimica all'interno delle batterie a idrogeno a nichel non produce alcun rifiuto tossico e solo vapore acqueo come sottoprodotto.

In secondo luogo, poiché l'idrogeno può essere prodotto utilizzando fonti rinnovabili come l'energia solare o eolica, le batterie a idrogeno a nichel possono contribuire a ridurre le emissioni di CO2 rispetto alle fonti di energia tradizionali.

Tuttavia, l'utilizzo di batterie a idrogeno a nichel presenta alcuni problemi ambientali.

La produzione di idrogeno può essere inquinante se non viene prodotto utilizzando fonti rinnovabili e la produzione di nichel può causare problemi ambientali se non viene effettuata in modo responsabile.

Inoltre, il serbatoio di idrogeno deve essere sicuro e resistente, il che può aumentare il costo e la complessità delle batterie.

In generale, le batterie a idrogeno a nichel hanno un impatto ambientale inferiore rispetto alle batterie tradizionali, ma ci sono ancora alcune questioni ambientali da risolvere per rendere questa tecnologia completamente sostenibile.

Materiali sicuri per la costruzione di batterie a idrogeno e nichel

I materiali utilizzati per la costruzione delle batterie a idrogeno e nichel devono essere sicuri per garantire la stabilità e la sicurezza della batteria.

Il contenitore del serbatoio di idrogeno deve essere realizzato con materiali resistenti alla pressione e alla corrosione, come l'acciaio inossidabile o il titanio.

Il materiale utilizzato per separare l'idrogeno e l'ossigeno all'interno della cella deve essere altamente selettivo e resistente alla corrosione, come il polimero di membrana a idrogeno o il carburo di silicio.

Il catodo della cella deve essere realizzato con materiali resistenti alla corrosione e in grado di supportare la reazione chimica, come il nichel o il lega di nichel.

L'anodo deve essere realizzato con materiali resistenti alla corrosione e in grado di supportare la reazione chimica, come l'ossigeno o il perossido di idrogeno.

In generale, è importante utilizzare materiali di alta qualità e testarli adeguatamente per garantire la sicurezza e la stabilità delle batterie a idrogeno a nichel.

Inoltre l'utilizzo di materiali riciclabili e sostenibili può aiutare a ridurre l'impatto ambientale della produzione e dello smaltimento delle batterie.

In quali ambiti è applicata la tecnologia a Idrogeno e Nichel

L'idrogeno e il nichel sono utilizzati in diversi ambiti, tra cui:

  1. Energia: l'idrogeno può essere utilizzato come combustibile per la generazione di energia elettrica attraverso celle a combustibile, come le celle a idrogeno a nichel. Queste celle possono essere utilizzate per la generazione distribuita di energia e per lo stoccaggio di energia a lunga durata.
  2. Trasporti: L'idrogeno può essere utilizzato come combustibile per i veicoli a celle a combustibile, che convertono l'idrogeno in energia elettrica per alimentare un motore elettrico. Il nichel è spesso utilizzato in queste celle a combustibile come catalizzatore.
  3. Industria chimica: L'idrogeno può essere utilizzato come reagente chimico nella produzione di ammoniaca, metanolo, e altri prodotti chimici. Il nichel può essere utilizzato come catalizzatore in alcune reazioni chimiche industriali.
  4. Metallurgia: Il nichel è utilizzato in molte leghe metalliche, tra cui acciaio inossidabile e leghe di nichel-cobalto per batterie agli ioni di litio.
  5. Tecnologie ambientali: Il nichel può essere utilizzato in catalizzatori per la purificazione dell'aria e dell'acqua e in materiali per la rimozione di metalli pesanti dai rifiuti.

In generale, l'idrogeno e il nichel sono entrambi versatili e hanno molteplici utilizzi, con un'ampia gamma di applicazioni che vanno dall'energia alle tecnologie ambientali, dall'industria chimica alla metallurgia.

Dove troviamo prodotti a tecnologia a Idrogeno e Nichel

I prodotti tecnologici che utilizzano idrogeno e nichel possono essere trovati in diversi ambiti, tra cui:

  1. Veicoli a idrogeno: alcuni veicoli a celle a combustibile utilizzano idrogeno come combustibile e nichel come catalizzatore nella loro cella a combustibile. Questi veicoli sono ancora in fase di sviluppo, ma alcuni produttori automobilistici stanno già producendo prototipi di veicoli a idrogeno.
  2. Sistemi di stoccaggio di energia: alcuni sistemi di stoccaggio di energia utilizzano celle a combustibile a idrogeno a nichel per conservare l'energia prodotta da fonti rinnovabili come solare ed eolica per l'uso successivo.
  3. Sistemi di generazione distribuita: alcuni sistemi di generazione distribuita utilizzano celle a combustibile a idrogeno a nichel per generare energia elettrica per uso domestico o industriale.
  4. Sistemi di purificazione dell'aria e dell'acqua: alcuni sistemi di purificazione dell'aria e dell'acqua utilizzano catalizzatori a base di nichel per rimuovere le sostanze inquinanti dall'aria e dall'acqua.
  5. Tecnologie per la rimozione di metalli pesanti: alcuni sistemi di trattamento dei rifiuti utilizzano materiali a base di nichel per rimuovere metalli pesanti dai rifiuti.

Questi sono solo alcuni esempi di prodotti tecnologici che utilizzano idrogeno e nichel, ma con lo sviluppo continuo della tecnologia, si prevede che verranno introdotti sempre più prodotti nei prossimi anni.

Auto alimentate con celle a combustibile a idrogeno

Auto Hynday

In un articolo del 2019 apparso sulla rivista #forbes, si afferma che: Le auto con celle a combustibile a idrogeno potrebbero alla fine accelerare rispetto a quelle alimentate a batteria grazie alla loro capacità di fornire un trasporto ecologico con energia verde quasi illimitata, affermano i fanatici della tecnologia, ma ci sono alcuni enormi ostacoli da superare prima. L'alimentazione a batteria sembra aver vinto la gara per sostituire il motore a combustione interna (ICE) e la sua presunta minaccia di emissione di anidride carbonica per il pianeta. Tesla è sulla corsia di sorpasso, guidata dalla Model3, con celle a combustibile in stallo sulla linea di partenza. Ma il vantaggio ambientale intrinseco delle celle a combustibile potrebbe darle la vittoria, a lungo termine. I dati di IHS Markit suggeriscono che la battaglia è finita, con la sua previsione che entro il 2032 la produzione di veicoli elettrici a batteria (BEV) raggiungerà quasi 18 milioni all'anno, con veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) a meno di 500.000.

TOYOTA AIUTA A RENDERE L'IDROGENO PORTATILE

Cartucce portatili di Idrogeno

In un articolo del 2 agosto 2022 apparso sulla rivista #hackaday si afferma che: L'idrogeno è stato a lungo pubblicizzato come la soluzione per ripulire il trasporto su strada. Quando viene utilizzato nelle celle a combustibile, le uniche emissioni derivanti dal suo utilizzo sono l'acqua ed elimina il problema della ricarica lenta dei veicoli elettrici a batteria. È stato anche proposto come sostituto di tutto, dalle forniture di gas naturale alle batterie dei laptop. Toyota ha spinto molto per la tecnologia dell'idrogeno e ha lavorato per sviluppare veicoli e infrastrutture a tal fine. Gli ultimi sforzi dell'azienda riguardano una cartuccia di idrogeno trasportabile, che ti consente di portare l'energia dell'idrogeno in movimento!

Auto Toyota Hydrogen

Risoluzione dei problemi di stoccaggio e spedizione

Nonostante tutti i suoi vantaggi, l'idrogeno è una cosa un po' complicata da gestire. Le molecole di H2 sono così piccole che tendono a fuoriuscire dalla maggior parte dei contenitori, trovando un modo per scivolare tra le altre molecole. Ciò può causare problemi, come perdite o infragilimento da idrogeno nei componenti metallici. Pertanto i materiali devono essere selezionati con cura per immagazzinare l'idrogeno in modo sicuro. È comunemente immagazzinato come gas compresso o liquido o all'interno di solidi in speciali forme metalliche.

Le dimensioni degli attraenti ed estetici contenitori rotondi di Toyota sono piuttosto compatte: 400 mm di lunghezza e 180 mm di diametro. Le note a piè di pagina di Toyota indicano che si basano su un "serbatoio di idrogeno ad alta pressione", suggerendo lo stoccaggio in forma gassosa. Il peso target per i contenitori è di 5 kg. Pertanto, i contenitori possono essere facilmente manipolati e trasportati da una sola persona, fungendo da leggero deposito di energia. Sono molto più leggeri di un tipico serbatoio di propano (~ 30 kg) o di una tanica piena di benzina (~ 25 kg).

Toyota discute la potenza del contenitore con una metrica curiosa. Una cartuccia dovrebbe generare "elettricità sufficiente per far funzionare un tipico forno a microonde domestico per circa 3-4 ore". Dato che i forni a microonde sono in genere azionati in pochi minuti alla volta, si sospetta che le cene televisive al quartier generale della Toyota possano essere più che un po' esauste. Indipendentemente da ciò, il comunicato stampa rileva che questo deriva da una capacità tipica di 3,3 kWh quando il contenitore viene utilizzato con un «tipico sistema FC (pila a combustibile)».

Sebbene non sia molta potenza, la capacità totale arriva a circa 660 Wh/kg. Nonostante l'elegante involucro di plastica, è ancora meglio delle batterie agli ioni di litio, che nella migliore delle ipotesi arrivano a circa 260 Wh/kg.

il comunicato stampa: Toyota e Woven Planet hanno sviluppato un nuovo prototipo di cartuccia di idrogeno portatile

Cartuccia di idrogeno portatile (prototipo) *1

Toyota e Woven Planet stanno studiando una serie di percorsi praticabili verso la neutralità del carbonio e considerano l'idrogeno una soluzione promettente. L'idrogeno ha vantaggi significativi. Quando si utilizza l'idrogeno viene emessa zero anidride carbonica (CO 2 ). Inoltre, quando l'idrogeno viene prodotto utilizzando fonti di energia rinnovabile come l'eolico, il solare, il geotermico e la biomassa, anche le emissioni di CO 2 vengono ridotte al minimo durante il processo di produzione. L'idrogeno può essere utilizzato per generare elettricità nei sistemi di celle a combustibile e può anche essere utilizzato come combustibile per la combustione.

Insieme a ENEOS Corporation, Toyota e Woven Planet stanno lavorando per costruire una catena di approvvigionamento completa basata sull'idrogeno volta ad accelerare e semplificare la produzione, il trasporto e l'uso quotidiano. Queste prove si concentreranno sul soddisfare il fabbisogno energetico dei residenti di Woven City e di coloro che vivono nelle comunità circostanti.

Vantaggi dell'utilizzo di cartucce di idrogeno

  • Energia portatile, economica e conveniente che consente di portare l'idrogeno dove le persone vivono, lavorano e giocano senza l'uso di tubi
    • Dimensioni del prototipo 400 mm (16") di lunghezza x180 mm (7") di diametro
    • Peso obiettivo 5 kg (11 libbre)
  • Intercambiabile per una facile sostituzione e ricarica rapida
  • La flessibilità del volume consente un'ampia varietà di applicazioni di uso quotidiano *2
  • Le infrastrutture su piccola scala possono soddisfare il fabbisogno energetico in aree remote e non elettrificate e possono essere rapidamente inviate in caso di disastro

I prossimi passi per la cartuccia di idrogeno

Oggi la maggior parte dell'idrogeno viene generato da combustibili fossili e utilizzato per scopi industriali come la produzione di fertilizzanti e la raffinazione del petrolio. Per utilizzare l'idrogeno come fonte di energia nelle nostre case e nella vita quotidiana, la tecnologia deve soddisfare diversi standard di sicurezza ed essere adattata ai nuovi ambienti. In futuro, prevediamo che l'idrogeno sarà generato con emissioni di carbonio molto basse e utilizzato in una più ampia varietà di applicazioni. Il governo giapponese sta lavorando a una serie di studi per promuovere l'adozione rapida e sicura dell'idrogeno e Toyota ei suoi partner commerciali sono entusiasti di offrire cooperazione e supporto.

L'obiettivo #Toyota è quello si aiutare l'idrogeno a diventare un luogo comune rendendo questa forma di energia pulita sicura, conveniente e conveniente. Stabilendo la catena di approvvigionamento sottostante, speriamo di facilitare il flusso di un volume maggiore di idrogeno e alimentare più applicazioni. Woven City esplorerà e testerà una serie di applicazioni energetiche che utilizzano cartucce di idrogeno tra cui mobilità, applicazioni domestiche e molte possibilità future che dobbiamo ancora immaginare. Insieme agli inventori e a coloro che vivono all'interno e nei dintorni di Woven City, continueremo a far progredire la mobilità nel tempo sviluppando costantemente applicazioni più pratiche per le cartucce di idrogeno. Nelle future dimostrazioni di Woven City, continueremo a migliorare la cartuccia di idrogeno stessa, rendendola sempre più facile da usare e migliorando la densità energetica.

Applicazioni con cartucce di idrogeno (immagine)

L'obiettivo finale di questo progetto è quello di realizzare una società a emissioni zero in cui tutti possano accedere all'energia pulita, prima in Giappone e poi in tutto il mondo. Toyota e Woven Planet mirano a sviluppare le migliori pratiche per incorporare l'energia pulita dell'idrogeno nella vita quotidiana conducendo dimostrazioni incentrate sull'uomo dentro e intorno a Woven City. Queste esperienze di vita reale ci aiuteranno a imparare come trasformare al meglio l'idrogeno in una forma di energia familiare, ben utilizzata e amata.

Il prototipo della cartuccia di idrogeno portatile sarà presentato al Super Taikyu Series 2022 Round 2 al Fuji SpeedWay dal 3 al 5 giugno 2022 *3 . La nostra vetrina è orientata a insegnare alle persone come funziona l'energia dell'idrogeno e ad aiutarle a immaginare gli innumerevoli modi in cui l'idrogeno può diventare una parte utile della loro vita quotidiana.

*1 Le specifiche e il design sono soggetti a modifiche. Il peso target di un serbatoio pieno (5 kg) esclude una valvola e una protezione. In futuro verranno presi in considerazione più tipi di recipienti sulla base di ulteriori ricerche applicative nel tempo.

*2 Quando l'elettricità è generata da un tipico sistema FC, si presume che una cartuccia di idrogeno generi abbastanza elettricità per far funzionare un tipico forno a microonde domestico per circa 3-4 ore (sulla base del presupposto di utilizzare una futura iterazione, serbatoio di idrogeno ad alta pressione con un alimentatore elettrico produzione di circa 3,3 kWh/unità).

*3 La vetrina è solo nei giorni 4 e 5 giugno.

Source by Redazione


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by: mise