Ångrör vid Wairakei Geothermal Generating Station. Det verkar som att det varje dag kommer ett nytt tillkännagivande i nyheterna om bilar som drivs av bränsleceller. Löftena är lockande, eftersom bränsleceller har potential att mycket snabbt fördubbla bilarnas effektivitet samtidigt som luftföroreningarna minskar avsevärt.
Samtidigt har det funnits nyheter i decennier om problemen med petroleum. Allt från oljeutsläpp till ozonvarningar till global uppvärmning skylls på vårt beroende av fossila bränslen.
Dessa två krafter leder världen mot vad som allmänt är känt som väteekonomin . Om förutsägelserna är sanna kommer vi alla under de kommande decennierna att börja se en fantastisk förändring bort från den fossilbränsleekonomi vi har idag mot en mycket renare väteframtid.
Kan samhället verkligen göra denna förändring, eller kommer de tekniska, ekonomiska och politiska hindren att hålla oss bundna till petroleum och andra fossila bränslen under nästa århundrade och framåt? I den här artikeln kommer du att lära dig om fördelarna med en väteekonomi, tillsammans med dess potentiella problem. Vi kommer också att undersöka en del av den teknik som skulle göra övergången möjlig.
Innehåll
För närvarande är USA och större delen av världen låsta i vad som skulle kunna kallas fossilbränsleekonomin . Våra bilar, tåg och flyg drivs nästan uteslutande av petroleumprodukter som bensin och diesel. En stor andel av våra kraftverk använder olja, naturgas och kol som bränsle.
 |
Om flödet av fossila bränslen till USA någonsin skulle stängas av skulle ekonomin stanna. Det skulle inte finnas något sätt att transportera de produkter som fabrikerna producerar. Det skulle inte finnas något sätt för människor att köra till jobbet. Hela ekonomin, och faktiskt hela det västerländska samhället, är för närvarande beroende av fossila bränslen.
Även om fossila bränslen har spelat en viktig roll för att få samhället till den punkt det är idag, finns det fyra stora problem som fossila bränslen skapar:
Luftföroreningar – När bilar bränner bensin skulle de helst bränna den perfekt och skapa inget annat än koldioxid och vatten i sina avgaser. Tyvärr är inte förbränningsmotorn perfekt. I processen att bränna bensinen producerar den också:
Katalysatorer eliminerar mycket av denna förorening, men de är inte perfekta. Luftföroreningar från bilar och kraftverk är ett verkligt problem i storstäder.
 |
Det är illa nog nu när många städer på sommaren har farliga nivåer av ozon i luften.
Miljöföroreningar – Processen att transportera och lagra olja har stor påverkan på miljön när något går fel.
 Supertankers lastas med olja i Saudiarabien |
Ett oljeutsläpp, pipelineexplosion eller brunnsbrand kan skapa en enorm röra. Exxon Valdez-utsläppet är det mest kända exemplet på problemet, men mindre utsläpp sker hela tiden.
Global uppvärmning - När du bränner en gallon gas i din bil släpper du ut cirka 2,3 kg kol i atmosfären. Om det var fast kol skulle det vara extremt märkbart - det skulle vara som att kasta en 5-kilos påse socker ut genom fönstret på din bil för varje liter gas som bränns. Men eftersom de 5 punden kol kommer ut som en osynlig gas, koldioxid, är de flesta av oss omedvetna om det. Koldioxiden som kommer ut ur varje bils avgasrör är en växthusgas som sakta höjer temperaturen på planeten. De slutliga effekterna är okända, men det är en stor möjlighet att det så småningom kommer att ske dramatiska klimatförändringar som påverkar alla på planeten. Till exempel, om inlandsisarna smälter kommer havsnivån att stiga avsevärt, vilket översvämmar och förstör alla kuststäder som finns idag. Det är en stor bieffekt.
Beroende – USA, och de flesta andra länder, kan inte producera tillräckligt med olja för att möta efterfrågan, så de importerar den från oljerika länder. Det skapar ett ekonomiskt beroende. När oljeproducenter i Mellanöstern bestämmer sig för att höja priset på olja har resten av världen inget annat val än att betala det högre priset.
I föregående avsnitt såg vi de betydande globala problem som skapas av fossila bränslen. Vätgasekonomin lovar att eliminera alla problem som fossilbränsleekonomin skapar. Därför inkluderar fördelarna med väteekonomin:
Problemen med fossilbränsleekonomin är så stora, och miljöfördelarna med väteekonomin så betydande att drivkraften mot väteekonomin är mycket stark.
| Visste du? Sensorerna som upptäcker potentiella läckor i en vätgasdriven förbränningsmotor utvecklades av NASA för att upptäcka vätgasläckor under uppskjutningar av rymdfärjor. |
Den stora frågan med väteekonomin är:"Var kommer vätet ifrån?" Därefter kommer frågan om transport, distribution och lagring av väte. Väte tenderar att vara skrymmande och knepig i sin naturgasform.
När båda dessa frågor väl har besvarats på ett ekonomiskt sätt kommer väteekonomin att vara på plats.
Vi kommer att titta på var och en av dessa frågor separat i följande avsnitt.
Av
Ett av de mer intressanta problemen med vätgasekonomin är själva vätgasen. Var kommer det ifrån? Med fossilbränsleekonomin pumpar du helt enkelt ut det fossila bränslet ur marken (se Hur oljeborrning fungerar) och förfinar det (se Hur oljeraffinering fungerar). Sedan bränner du det som en energikälla.
De flesta av oss tar olja, bensin, kol och naturgas för givet, men de är faktiskt ganska mirakulösa. Dessa fossila bränslen representerar lagrad solenergi från miljoner år sedan. För miljoner år sedan växte växter med hjälp av solenergi för att driva sin tillväxt. De dog och förvandlades så småningom till olja, kol och naturgas. När vi pumpar olja från marken, tappar vi in i det enorma solenergilagret "gratis". När vi bränner en liter bensin frigör vi den lagrade solenergin.
I vätgasekonomin finns det inget lager att utnyttja. Vi måste faktiskt skapa energin i realtid.
Det finns två möjliga källor för vätet:
Det andra alternativet är naturligtvis något perverst. Du använder fossilt bränsle som vätgaskälla för väteekonomin. Detta tillvägagångssätt minskar luftföroreningarna, men det löser varken växthusgasproblemet (eftersom det fortfarande finns kol i atmosfären) eller beroendeproblemet (du behöver fortfarande olja). Det kan dock vara ett bra tillfälligt steg att ta under övergången till vätgasekonomin. När man hör om "bränslecellsdrivna fordon" som utvecklas av bilföretagen just nu planerar nästan alla att få vätgas till bränslecellerna från bensin med hjälp av en reformer. Anledningen är att bensin är en lättillgänglig vätgaskälla. Tills det finns "vätgasstationer" i varje hörn som vi har bensinstationer nu, är detta det enklaste sättet att få vätgas för att driva ett fordons bränslecell.
Det intressanta med det första alternativet är att det är kärnan i den verkliga väteekonomin. Att ha en ren väteekonomi , måste vätet härröra från förnybara källor snarare än fossila bränslen så att vi slutar släppa ut kol i atmosfären. Att ha tillräckligt med elektricitet för att separera väte från vatten, och generera den elektriciteten utan att använda fossila bränslen, kommer att vara den största förändringen vi ser när det gäller att skapa väteekonomin.
 Bayswater Power Station (New South Wales, Australien) skapar elektricitet genom att använda trycksatt ånga för att driva turbogeneratorer. |
Var kommer elen för elektrolys av vatten ifrån? Just nu kommer cirka 68 procent (referens) av elen som produceras i USA från kol eller naturgas. All denna produktionskapacitet kommer att behöva ersättas av förnybara källor i väteekonomin. Dessutom måste all fossil energi som nu används för transporter (i bilar, lastbilar, tåg, båtar, flygplan) omvandlas till väte, och det vätgas kommer också att skapas med elektricitet. Med andra ord kommer den elektriska produktionskapaciteten i landet att behöva fördubblas för att kunna möta transporternas krav, och då måste allt konverteras från fossila bränslen till förnybara källor. Vid den punkten, och endast vid den punkten, kommer kolflödet till atmosfären att sluta.
Just nu finns det flera olika sätt att skapa el som inte använder fossila bränslen:
 Medsols uppifrån till höger:Solkraftverk; kärnkraftverk; vattenkraftsdamm; vindkraftverk |
I USA kommer cirka 20 procent av kraften för närvarande från kärnkraft och 7 procent kommer från vattenkraft. Sol, vind, geotermisk och andra källor genererar bara 5 procent av strömmen – knappast tillräckligt för att spela någon roll.
I framtiden, med undantag för något tekniskt genombrott, verkar det troligt att en av två saker kommer att hända för att skapa väteekonomin:Antingen kärnkrafts- eller solenergiproduktionskapaciteten kommer att öka dramatiskt. Kom ihåg att i en ren väteekonomi kommer elproduktionskapaciteten att behöva ungefär fördubblas eftersom all energi för transporter som för närvarande kommer från olja måste ersättas med elektriskt genererat väte. Så antalet kraftverk kommer att fördubblas, och alla fossilbränsleanläggningar kommer att ersättas.
Problemet med elproduktion är förmodligen det största hindret för väteekonomin. När tekniken väl har förfinats och blivit billig kan bränslecellsfordon som drivs med vätgas ersätta bensinförbränningsmotorer under loppet av ett eller två decennier. Men att ändra kraftverken till kärnkraft och solenergi kanske inte är så lätt. Kärnkraft har politiska och miljömässiga problem, och solkraft har för närvarande kostnads- och lokaliseringsproblem.
| Open for Business Vätetankstationer är redan öppna i flera länder, inklusive USA, Island, Japan och Tyskland. Se FuelCells.org - Worldwide Hydrogen Fueling Stations för att hitta en vätgasstation nära dig. |
För närvarande är problemet med att sätta rena vätefordon på vägen lagrings-/transportproblemet. Väte är en skrymmande gas, och det är inte alls lika lätt att arbeta med som bensin. Att komprimera gasen kräver energi, och komprimerat väte innehåller mycket mindre energi än samma volym bensin. Men lösningar på vätelagringsproblemet dyker upp.
Till exempel kan väte lagras i fast form i en kemikalie som kallas natriumborhydrid, och denna teknik har dykt upp i nyheterna nyligen eftersom Chrysler testar den. Denna kemikalie är skapad av borax (en vanlig ingrediens i vissa tvättmedel). När natriumborhydrid frigör sitt väte, omvandlas det tillbaka till borax så att det kan återvinnas.
När lagringsproblemet är löst och standardiserat måste ett nätverk av vätgasstationer och transportinfrastrukturen utvecklas runt det. Det främsta hindret för detta kan vara den tekniska sorteringsprocessen. Stationer kommer inte att utvecklas snabbt förrän det finns en lagringsteknik som klart dominerar marknaden. Till exempel, om alla vätgasdrivna bilar från alla tillverkare använde natriumborhydrid, skulle ett stationsnät kunna utvecklas snabbt; den sortens standardisering är osannolikt att ske snabbt, om historien är någon vägledning.
Det kan också bli ett tekniskt genombrott som snabbt kan förändra spelplanen. Till exempel, om någon kunde utveckla ett billigt uppladdningsbart batteri med hög kapacitet och snabb laddningstid, skulle elbilar inte behöva bränsleceller och det skulle inte behövas vätgas på vägen. Bilar skulle laddas med el direkt.
Du kommer att få höra mer och mer om väteekonomin i nyheterna under de kommande månaderna, eftersom trumslaget blir allt högre. Miljöproblemen i den fossila bränsleekonomin kombineras med genombrott inom bränslecellsteknologi, och ihopkopplingen gör att vi kan ta de första stegen.
Det mest uppenbara steget vi kommer att se är marknadsföringen av bränslecellsdrivna fordon . Även om de till en början kommer att drivas av bensin och reformer, innehåller bränsleceller två stora förbättringar jämfört med förbränningsmotorn:
Bensindrivna bränslecellsfordon är ett utmärkt övergångssteg på grund av dessa fördelar.
Övergång till en ren väteekonomi kommer att bli svårare. Kraftverken kommer att behöva gå över till förnybara energikällor, och marknaden måste komma överens om sätt att lagra och transportera väte. Dessa hinder kommer sannolikt att göra att övergången till väteekonomin blir en ganska lång process.
Relaterade artiklar
Fler bra länkar
