Rudolf Cole
0 
4151
831
Damprør på Wairakei Geothermal Generation Station.Det virker som hver dag det kommer en ny kunngjøring i nyhetene om biler drevet av brenselceller. Løftene er fristende, siden brenselceller har potensial til å raskt doble effektiviteten til biler og samtidig redusere luftforurensningen betydelig.
Samtidig har det vært nyheter i flere tiår om problemene knyttet til petroleum. Alt fra oljesøl til ozonvarsler til oppvarming av gl-obal får skylden for vår avhengighet av fossilt brensel.
Disse to styrkene leder verden mot det som i det store og hele kalles hydrogenøkonomi. Hvis spådommene er sanne, i løpet av de neste tiårene vil vi alle begynne å se et fantastisk skifte vekk fra den fossile brenseløkonomien vi har i dag mot en mye renere fremtid i hydrogen.
Neste
|
Kan samfunnet faktisk gjøre dette skiftet, eller vil de teknologiske, økonomiske og politiske hindringene holde oss bundet til petroleum og annet fossilt brensel for det neste århundre og derover? I denne artikkelen vil du lære om fordelene med en hydrogenøkonomi, sammen med potensielle problemer. Vi vil også undersøke noe av teknologien som vil gjøre overgangen mulig.
For tiden er USA og det meste av verden innelåst i det som kan kalles fossil drivstofføkonomi. Våre biler, tog og fly drives nesten utelukkende av petroleumsprodukter som bensin og diesel. En stor prosentandel av kraftverkene våre bruker olje, naturgass og kull som drivstoff.
 |
Hvis strømmen av fossile brensler til USA noen gang ble avbrutt, ville økonomien stoppet opp. Det ville ikke være noen måte å transportere produktene som fabrikker produserer. Det er ingen måte for folk å kjøre på jobb. Hele økonomien, og faktisk hele det vestlige samfunnet, er i dag avhengig av fossilt brensel.
Mens fossilt brensel har spilt en viktig rolle i å få samfunnet til det punktet det er i dag, er det fire store problemer som fossilt brensel skaper:
Luftforurensing - Når biler forbrenner bensin, ville de ideelt sett forbrenne den perfekt og skape noe annet enn karbondioksid og vann i eksosen. Dessverre er ikke forbrenningsmotoren perfekt. I prosessen med å forbrenne bensinen produserer den også:
- Karbonmonoksid, en giftig gass
- Nitrogenoksider, den viktigste kilden til urbane smog
- Ubrente hydrokarboner, den viktigste kilden til urban ozon
Katalytiske omformere eliminerer mye av denne forurensningen, men de er ikke perfekte. Luftforurensning fra biler og kraftverk er et reelt problem i storbyer.
 |
Det er ille nok nå om mange byer har farlige nivåer av ozon i luften om sommeren.
Miljøforurensning - Prosessen med transport og lagring av olje har stor innvirkning på miljøet når noe går galt.
 Supertankere lastet med olje i Saudi-Arabia |
Et oljesøl, rørledningseksplosjon eller brannbrann kan skape et stort rot. Exxon Valdez-sølen er det mest kjente eksemplet på problemet, men mindre søl skjer konstant.
Global oppvarming - Når du brenner en gallon gass i bilen din, slipper du ut 2,3 kg (2 kg) karbon i atmosfæren. Hvis det var fast karbon, ville det være veldig merkbart - det ville være som å kaste en 5-kilos pose sukker ut av vinduet på bilen din for hver gallon gass som brennes. Men fordi 5 kilo karbon kommer ut som en usynlig gass, karbondioksid, er de fleste av oss glemme det. Karbondioksid som kommer ut av hver bils bakrør er en klimagass det hever sakte temperaturen på planeten. De endelige effektene er ukjente, men det er en sterk mulighet for at det til slutt vil bli dramatiske klimaendringer som påvirker alle på planeten. Hvis iskappene for eksempel smelter, vil havnivået stige betydelig og oversvømme og ødelegge alle kystbyer som eksisterer i dag. Det er en stor bivirkning.
Avhengighet - USA, og de fleste andre land, kan ikke produsere nok olje til å dekke etterspørselen, så de importerer det fra oljerike land. Det skaper en økonomisk avhengighet. Når oljeprodusenter i Midt-Østen bestemmer seg for å heve oljeprisen, har resten av verden lite annet valg enn å betale den høyere prisen.
I forrige del så vi de betydelige, verdensomspennende problemene som er skapt av fossilt brensel. Hydrogenøkonomien lover å eliminere alle problemene som fossil brenseløkonomi skaper. Fordelene med hydrogenøkonomien inkluderer derfor:
- Eliminering av forurensning forårsaket av fossilt brensel - Når hydrogen brukes i en brenselcelle for å skape kraft, er det en helt ren teknologi. Det eneste biproduktet er vann. Det er heller ingen miljøfarer som oljesøl å bekymre deg for med hydrogen.
- Eliminering av klimagasser - Hvis hydrogenet kommer fra elektrolyse av vann, tilfører hydrogen ingen drivhusgasser til miljøet. Det er en perfekt syklus - elektrolyse produserer hydrogen fra vann, og hydrogenet rekombinerer seg med oksygen for å skape vann og kraft i en brenselcelle.
- Eliminering av økonomisk avhengighet - Eliminering av olje betyr ingen avhengighet av Midt-Østen og dens oljereserver.
- Distribuert produksjon - Hydrogen kan produseres hvor som helst du har strøm og vann. Folk kan til og med produsere det i hjemmene sine med relativt enkel teknologi.
Problemene med fossil brenseløkonomi er så store, og de miljømessige fordelene med hydrogenøkonomien så betydningsfulle at presset mot hydrogenøkonomien er veldig sterkt.
-| Visste du? Sensorene som oppdager potensielle lekkasjer i en hydrogendrevet forbrenningsmotor ble utviklet av NASA for å oppdage hydrogellekkasjer under oppstart av romfergen. Lær om andre NASA-innovasjoner i denne interaktive animasjonen fra Discovery Channel. |
Det store spørsmålet med hydrogenøkonomien er: "Hvor kommer hydrogenet fra?" Etter det kommer spørsmålet om transport, distribusjon og lagring av hydrogen. Hydrogen har en tendens til å være klumpete og vanskelig i sin naturlige gassform.
Når begge disse spørsmålene er besvart på en økonomisk måte, vil hydrogenøkonomien være på plass.
Vi ser på hvert av disse spørsmålene separat i de følgende seksjonene.
--Et av de mer interessante problemene med hydrogenøkonomien er selve hydrogenet. Hvor kommer det fra? Med fossil brenseløkonomi pumper du bare fossilt brensel ut av bakken (se Hvordan oljeboring fungerer) og avgrense det (se -Hvordan oljeraffinering fungerer). Da brenner du det som en energikilde.
De fleste av oss tar olje, bensin, kull og naturgass for gitt, men de er faktisk ganske mirakuløse. Disse fossile brenslene representerer lagret solenergi fra millioner av år siden. For millioner av år siden vokste planter ved å bruke solenergi for å drive veksten. De døde, og ble til slutt omgjort til olje, kull og naturgass. Når vi pumper olje fra bakken, tapper vi inn i det enorme solenergilageret "gratis." Hver gang vi brenner en liter bensin, slipper vi den lagrede solenergien.
I hydrogenøkonomien er det ikke noe lagerhus å benytte seg av. Vi må faktisk lage e-nergien i sanntid.
Det er to mulige kilder for hydrogenet:
- Elektrolyse av vann - Ved å bruke elektrisitet er det enkelt å dele vannmolekyler for å lage rent hydrogen og oksygen. En stor fordel med denne prosessen er at du kan gjøre det hvor som helst. For eksempel kan du ha en boks i garasjen din som produserer hydrogen fra tappevann, og du kan brensle bilen din med det hydrogenet.
- Reformering av fossilt brensel - Olje og naturgass inneholder hydrokarboner - molekyler som består av hydrogen og karbon. Bruke en enhet som kalles en drivstoffprosessor eller en reformator, du kan dele hydrogenet fra karbonet i et hydrokarbon relativt enkelt og deretter bruke hydrogenet. Du kaster rester av karbon til atmosfæren som karbondioksid.
-Det andre alternativet er selvfølgelig litt pervers. Du bruker fossilt brensel som kilden til hydrogen i hydrogenøkonomien. Denne tilnærmingen reduserer luftforurensning, men den løser ikke verken klimagassproblemet (fordi det fremdeles er karbon som går ut i atmosfæren) eller avhengighetsproblemet (du trenger fortsatt olje). Imidlertid kan det være et godt midlertidig skritt å ta under overgangen til hydrogenøkonomien. Når du hører om "drivstoffcelle-drevne kjøretøyer" som er utviklet av bilfirmaene akkurat nå, planlegger nesten alle å få hydrogenet til brenselcellene fra bensin ved å bruke en reformator. Årsaken er fordi bensin er en lett tilgjengelig kilde til hydrogen. Inntil det er "hydrogenstasjoner" på hvert hjørne som om vi har bensinstasjoner nå, er dette den enkleste måten å skaffe hydrogen til å drive drivstoffcellen til et kjøretøy.
Det interessante med det første alternativet er at det er kjernen i den virkelige hydrogenøkonomien. Å ha en ren hydrogenøkonomi, hydrogenet må være avledet fra fornybare ressurser i stedet for fossile brensler slik at vi slutter å slippe karbon ut i atmosfæren. Å ha nok strøm til å skille hydrogen fra vann, og generere den elektrisiteten uten å bruke fossile brensler, vil være den største endringen vi ser når det gjelder å skape hydrogenøkonomien.
 Bayswater kraftstasjon (New South Wales, Australia) skaper strøm ved å bruke trykkdamp for å drive turbogeneratorer. |
Hvor kommer elektrisiteten til elektrolyse av vann fra? Akkurat nå kommer omtrent 68 prosent (referanse) av elektrisiteten som produseres i USA fra kull eller naturgass. All den genereringskapasiteten må erstattes av fornybare kilder i hydrogenøkonomien. I tillegg vil all fossil brennstoff som nå brukes til transport (i biler, lastebiler, tog, båter, fly) måtte konvertere til hydrogen, og at hydrogen også vil bli laget med strøm. Med andre ord, den elektriske produksjonskapasiteten i landet må dobles for å ta på seg kravene til transport, og da vil det hele måtte konvertere fra fossilt brensel til fornybare kilder. På det tidspunktet, og bare på det tidspunktet, vil strømmen av karbon i atmosfæren stoppe.
Akkurat nå er det flere forskjellige måter å lage strøm som ikke bruker fossilt brensel:
- Kjernekraft
- Vannkraftdammer
- Solceller
- Vindturbiner
- Geotermisk kraft
- Bølgekraft og tidevannskraft
- Samproduksjon (For eksempel kan et sagbruk brenne bark for å skape kraft, eller et deponi kan brenne metan som den råtne søppel produserer.)
 Med klokken fra høyre til høyre: Solenergisk kraftstasjon; atomkraftverk; hydroelektrisk dam; vindturbin |
I USA kommer omtrent 20 prosent av strømmen for tiden fra kjernekraft og 7 prosent kommer fra vannkraft. Sol-, vind-, geotermiske og andre kilder genererer bare 5 prosent av strømmen - neppe nok til å gjøre noe.
I fremtiden, uten noe teknologisk gjennombrudd, virker det sannsynlig at en av to ting vil skje for å skape hydrogenøkonomien: Enten produserer kapasiteten til kjernekraft eller solenergi dramatisk. Husk at i en ren hydrogenøkonomi vil den elektriske generasjonskapasiteten måtte omtrent dobles fordi all energien for transport som for tiden kommer fra olje, må erstattes med elektrisk generert hydrogen. Så antall kraftverk vil dobles, og alle fossile brenselanlegg blir erstattet.
Problemet med elektrisk produksjon er sannsynligvis den største barrieren for hydrogenøkonomien. Når teknologien er foredlet og blir billig, kan drivstoffcellebiler drevet av hydrogen erstatte bensinforbrenningsmotorer i løpet av et tiår eller to. Men å bytte kraftverkene til atom- og solenergi er kanskje ikke så lett. Atomkraft har politiske og miljømessige problemer, og solenergi har i dag kostnader og lokaliseringsproblemer.
-| Åpent Hydrogenfyllestasjoner er allerede åpne i flere land, inkludert USA, Island, Japan og Tyskland. Se FuelCells.org - verdensomspennende drivstoffstasjoner for hydrogen for å finne en hydrogenstasjon i nærheten. |
-For øyeblikket er problemet med å sette rent-hydrogenskjøretøyer på veien lagrings- / transportproblemet. Hydrogen er en voluminøs gass, og det er ikke så lett å jobbe med som bensin. Komprimering av gassen krever energi-y, og komprimert hydrogen inneholder langt mindre energi enn det samme volumet bensin. Imidlertid er overflater av hydrogenlagringsproblemet overflatebehandlet.
For eksempel kan hydrogen lagres i fast form i et kjemikalie som heter natriumborhydrid, og denne teknologien har dukket opp i nyhetene nylig fordi Chrysler tester den. Dette kjemikaliet er laget av boraks (en vanlig ingrediens i noen vaskemidler). Når natriumborhydrid frigjør hydrogenet sitt, blir det tilbake til boraks slik at det kan gjenvinnes.
Når lagringsproblemet er løst og standardisert, vil et nettverk av hydrogenstasjoner og transportinfrastruktur måtte utvikle seg rundt det. Hovedbarrieren for dette kan være den teknologiske sorteringsprosessen. Stasjoner vil ikke utvikle seg raskt før det er en lagringsteknologi som tydelig dominerer markedet. Hvis for eksempel alle hydrogendrevne biler fra alle produsenter brukte natriumborhydrid, kunne et stasjonsnettverk utvikle seg raskt; den slags standardisering vil sannsynligvis ikke skje raskt, hvis historien er noen guide.
Det kan også være et teknologisk gjennombrudd som raskt kan endre spillefeltet. Hvis noen for eksempel kunne utvikle et billig oppladbart batteri med høy kapasitet og en hurtig ladetid, ville ikke elbiler trenge brenselceller, og det ville ikke være behov for hydrogen på veien. Biler skulle lades ved å bruke strøm direkte.
- Du vil høre mer og mer om hydrogenøkonomien i nyhetene i de samme månedene, fordi trommeslagene vokser høyere. Miljøproblemene i fossil brenseløkonomi kombineres med gjennombrudd innen brenselcelle-teknologi, og sammenkoblingen vil tillate oss å ta de første skritt.
Det mest åpenbare trinnet vi vil se er markedsføring av kjøretøyer med drivstoffcelle. Selv om de innledningsvis vil bli drevet av bensin og reformatorer, innebærer brenselceller to store forbedringer i forhold til forbrenningsmotoren:
- De er omtrent dobbelt så effektive.
- De kan redusere luftforurensningen i byene betydelig.
Flytte til en ren hydrogenøkonomi blir vanskeligere. Kraftproduksjonsanleggene må gå over til fornybare energikilder, og markedsplassen må bli enige om måter å lagre og transportere hydrogen på. Disse hindringene vil sannsynligvis føre til at overgangen til hydrogenøkonomien blir en ganske lang prosess.
For å lære mer om hydrogenøkonomien og teknologiene rundt det, sjekk ut lenkene på neste side.
relaterte artikler
- Drivstoffcellequiz
- -Hvordan brenselceller fungerer
- Hvordan hybridbiler fungerer
- Hvordan elbiler fungerer
- Slik fungerer solceller
- Hvordan vannkraftverk fungerer
- Hvordan drivstoffprosessorer fungerer
- Slik fungerer katalysatorer
- Hvordan bensin fungerer
- Hvordan oljeraffinering fungerer
- Slik fungerer oljeboring
- Hvordan gasspriser fungerer
- Har klimaskeptikere rett?
Flere gode lenker
- National Hydrogen Association
- Hydrogentidens daggry
- Rocky Mountain Institute
- Hydrogen Energy Center
- Ovonics energikonverteringsenheter
- Generasjon av elektrisitetsnett - PDF
- FuelCellStore.com: Hydrogen Storage
- Natriumtetrahydridoborat
- Elektrolyse av vann ved bruk av elektrisk strøm - bruker laboratorieutstyr
- Elektrolyse: Innhenting av hydrogen fra vann
- Kjemisk energi - PDF