Varje gång du pumpar in bensin i din bil tömmer du på världens tillgång på fossila bränslen. . Dessa bränslen, som inkluderar petroleum och kol , är de förtätade resterna av levande organismer från förhistorisk tid. Tillgången på dessa bränslen är begränsad och kommer så småningom att ta slut. Ännu värre, mycket av denna tillgång på petroleum kontrolleras av ett fåtal nationer välsignade med ett överflöd av olja och dessa nationer kan diktera både petroleumtillgången och dess pris. Dessutom komplicerar beroendet av fossila bränslen av en nation som USA ytterligare redan komplexa frågor om utrikesrelationer och nationell säkerhet. Fossila bränslen har tillgodosett mycket av världens energibehov i flera århundraden, men det finns en gräns för hur länge de kan fortsätta med det i framtiden.
Universum vi lever i består av cirka 75 procent väte, även om det finns förvånansvärt lite rent väte här på jordens yta. Vätgas existerar i allmänhet som H2 molekyler, i vilka två väteatomer är bundna tillsammans. Eftersom H2 molekyler är så lätta att fri vätgas lätt kan flyta till toppen av jordens atmosfär och faktiskt kan fly ut i rymden. Det mesta av vätet på marknivå är bundet i molekylär form med andra grundämnen - i vatten, till exempel, där väte kombineras med syre för att bilda H2 O-molekyler.
Det finns flera metoder som kan användas för att framställa rent väte från vätehaltiga molekyler. Väte kan utvinnas ur naturgas (den i särklass vanligaste metoden), det kan avlägsnas från vatten genom elektrolys eller så kan det framställas biologiskt från alger eller vissa typer av bakterier. Några av de mer lovande metoderna för väteproduktion forskas fortfarande på, medan andra, såsom utvinning från naturgas, är i vanligt bruk.
1970 myntade kemisten John Bockris termen väteekonomi att hänvisa till en framtid där alla fordon skulle använda väte som bränsle. Ett viktigt steg i denna riktning har varit utvecklingen av en enhet som kallas en bränslecell , som genererar elektricitet med hjälp av väte. Stora biltillverkare har redan producerat konceptbilar som drivs av bränsleceller, Volkswagen Tiguan HyMotion och Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV är två exempel, och åtminstone en vätebränslecellsproduktionsmodell finns redan tillgänglig i Kalifornien, Honda FCX Clarity.
Innehåll
En av de viktigaste fördelarna med en vätgasekonomi är att bränsleceller inte förorenar. Inga koldioxidutsläpp produceras när el genereras i en bränslecell. En vätebränslecell producerar två biprodukter - värme och vatten. Om varje fordon på vägen drivs av en vätebränslecell, skulle de välbekanta molnen av smog som hänger över många amerikanska städer, varav de flesta kommer från fordonsavgaser, i stort sett försvinna. Enligt Environmental Protection Agency bor hälften av alla amerikaner i områden där det finns tillräckligt med föroreningar för att ge en negativ effekt på människors hälsa, så att minska smog skulle vara en betydande fördel.
Förbränningsmotorer, som förbränner bränslen som härrör från grundämnet kol , producerar flera biprodukter, främst koldioxid , vatten , och de små partiklarna av materia som vi kallar sot . När sotet kastas ut i luft som andas av människor, kan det orsaka astma, lungcancer och andra sjukdomar. Dessutom tror de flesta forskare att ökade mängder koldioxid i atmosfären bidrar till den globala uppvärmningen, vilket så småningom kan orsaka skadliga klimatförändringar över stora delar av vår planet.
Att konvertera från förbränningsmotorer till icke-förorenande bränslekällor som väte kommer att vara viktigt för att minska dessa problem under den 21 a århundrade. Men med mer än 130 miljoner bensindrivna fordon på vägen idag är det osannolikt att bränslecellsbilar kommer att göra tillräckligt stor skillnad inom en snar framtid för att åstadkomma betydande miljöförbättringar. Det uppskattas att tidiga bränslecellsbilar kommer att kosta minst 100 000 dollar, vilket kommer att göra dem utom räckhåll för den vanliga föraren. En annan poäng att göra är att den infrastruktur som behövs för att göra dessa bilar praktiska, inklusive väteproduktionsanläggningar och tankstationer, ännu inte är tillgänglig. Vissa bedömare tror att miljöförändringar på kort sikt kommer att ske genom den kombinerade användningen av vätgasbilar och andra typer av fordon, inklusive batteridrivna elbilar och bilar som använder andra alternativa bränslen.
Befintliga luftföroreningar kommer inte att försvinna snart. Sot sedimenterar ur atmosfären inom några veckor eller månader, men koldioxiden finns kvar avsevärt längre tid. Även om alla källor till koldioxidutsläpp skulle elimineras idag, kan det fortfarande ta årtionden innan atmosfärens kolnivåer återgår till det normala. Dessutom är bilar bara en källa till koldioxidutsläpp. Andra, såsom koleldade kraftverk, skulle också behöva begränsas kraftigt för att förhindra global uppvärmning.
VätgaseffektivitetEn annan stor fördel med en vätebränslecell är dess effektivitet. En förbränningsmotor använder mindre än 20 procent av den kemiska energin i bensin, vilket gör det till en relativt ineffektiv process. En bränslecell är däremot betydligt effektivare och använder ungefär 60 procent av den energi som finns tillgänglig i väte.
Mer än hälften av oljan som används i USA importeras från andra länder. Detta har en betydande inverkan på ekonomin i USA. Två tredjedelar av denna importerade olja används för transport. Eftersom så mycket olja kommer från länder utanför USA är förändringar i priser och utbud till stor del utanför vår kontroll. Mycket av oljan kommer från politiskt instabila regioner i Mellanöstern. Försöken att befria USA från beroendet av olja från Mellanöstern går tillbaka till 1970-talet; dock har mängden importerad olja faktiskt ökat sedan dess. Dessutom har oron över USA:s oljeberoende blivit ännu större efter terroristhändelserna den 11 september 2001.
Ett annat problem med vårt beroende av olja är att stigande oljepriser har en effekt på hela USA:s ekonomi, vilket ökar priset på nästan alla produkter som använder olja i sin tillverkning eller som kräver olja för att nå marknaden. Oljepriserna har stigit kraftigt de senaste åren, med priset på bensin och diesel som svävar i intervallet 4 till 5 USD per gallon under hela 2008.
Kommer väte vara billigare än bensin? Det amerikanska energidepartementet uppskattar att nuvarande generations bränsleceller producerar el till ett pris av cirka 225 dollar per kilowatt. Tyvärr kommer priserna att behöva sjunka till cirka 30 USD per kilowatt innan väte är konkurrenskraftigt med bensin som bränsle; dock förutspår National Research Council att kostnaden för själva vätgasen, mätt på per mil, snart kan bli så mycket som 50 procent lägre än den nuvarande kostnaden för bensin. Uppenbarligen kommer denna fördel att fortsätta att öka stadigt när priset på gas stiger. Den effektivitet med vilken väte omvandlas till elektricitet ger det också en betydande fördel.
Kan vätgasfordon hjälpa till att bryta vårt oljeberoende? Vätgasfordon kommer att bidra till att minska detta beroende, men det kommer förmodligen att dröja årtionden innan tillräckligt många vätgasfordon är i daglig användning för att göra en betydande skillnad på oljeimporten. På lång sikt kan dock vätgasbilarnas påverkan bli betydande.
Vätgasbilar är inte bara framtidens bilar – flera bränslecellsfordon (eller FCV) är på väg just nu:
Om väteekonomin ska ge USA en framtid fri från föroreningar och beroende av utländsk olja måste den vara hållbar. Det vill säga att den ska kunna hålla jämna steg med ökad befolkningstillväxt, ökad användning av energikrävande teknik, förändringar i politiken och förändringar i människors attityder till miljön och till kommande generationers välfärd. Det har uppskattats att det globala energibehovet kommer att fördubblas till år 2050. Det är osannolikt att det snabbt minskande utbudet av fossila bränslen skulle kunna hålla jämna steg med denna efterfrågan, så nya energiresurser kommer att vara avgörande.
Ett av de främsta hindren för en hållbar väteekonomi är att de metoder som för närvarande används för att utvinna väte från större molekyler är beroende av elektricitet - och att elektricitet till stor del genereras av metoder som skapar föroreningar. Om vätgasutvinning sker med el från ett koldrivet kraftverk spelar det ingen roll att bränslecellen inte förorenar eftersom föroreningen uppstod när vätgas utvanns. Om väte ska vara en verklig icke-förorenande kraftkälla, måste elektriciteten som används för att utvinna vätgas produceras med en icke-förorenande metod som solenergi. För närvarande är detta vanligtvis inte fallet, så en verkligt hållbar väteekonomi kommer att kräva betydande förändringar i kraftproduktionen.
Lagring är också ett problem. Vätebränsle lagras i komprimerad flytande form och med tiden försvinner en del av det genom avdunstning. Om en vätgasbil inte körs regelbundet, kommer avdunstningsförlusterna att avsevärt öka den totala kostnaden för bränslet. Och att komprimera flytande väte till en volym som kan transporteras i en bil kräver också mycket energi, och den energin kan ha genererats med metoder som orsakar föroreningar.
Vissa experter tror att förbättringar av väteproduktion och lagring kommer att leda till en hållbar väteekonomi om 15 till 30 år. Idén om en väteekonomi har dock sina motståndare, av vilka många tror att en sådan ekonomi aldrig kan bli hållbar och att våra resurser skulle användas bättre för att utforska andra former av kraftproduktion. Det kan dröja år innan det blir klart om väte verkligen är framtidens bränsle.
Relaterade HowStuffWorks-artiklar
Fler bra länkar
Källor
