Hva er fordelene med hydrogendrevne kjøretøy?

Volkswagen Tiguan HyMotion er et eksempel på et konseptkjøretøy drevet av en hydrogenbrenselcelle. Se flere bilder av alternative drivstoffbiler. Volkswagen of America

Hver gang du pumper bensin i bilen din, tømmer du verdens forsyning fossilt brensel. Disse drivstoffene, som inkluderer petroleum og kull, er de kondenserte restene av levende organismer fra forhistorisk tid. Tilførselen av disse drivstoffene er begrenset og vil til slutt gå tom. Verre er at mye av denne tilførselen av petroleum styres av noen få nasjoner velsignet med en overflod av olje, og disse nasjonene kan diktere både petroleumsforsyningen og dens pris. Videre kompliserer avhengighet av fossile brensler fra en nasjon som USA ytterligere kompliserte spørsmål om utenriksrelasjoner og nasjonal sikkerhet. Fossilt brensel har dekket mye av verdens energibehov i flere århundrer, men det er en grense for hvor lenge de kan fortsette å gjøre det i fremtiden.

Alternativt bildegalleri for drivstoffkjøretøy

Universet vi lever i består av omtrent 75 prosent hydrogen, selv om det er overraskende lite rent hydrogen her på jordoverflaten. Hydrogengass eksisterer generelt som H₂ molekyler, der to hydrogenatomer er bundet sammen. Fordi H₂ molekyler er så lette, ukontrollert hydrogengass kan lett flyte til toppen av jordas atmosfære og faktisk kan flykte ut i verdensrommet. Det meste av hydrogenet på bakkenivå er bundet opp i molekylær form med andre elementer - for eksempel i vann der hydrogen kombineres med oksygen for å danne H₂O-molekyler.

Det er flere metoder som kan brukes til å produsere rent hydrogen fra hydrogenholdige molekyler. Hydrogen kan ekstraheres fra naturgass (den klart mest vanlige metoden), det kan fjernes fra vann gjennom elektrolyse eller det kan produseres biologisk fra alger eller visse typer bakterier. Noen av de mer lovende metodene for hydrogenproduksjon forskes fortsatt, mens andre, for eksempel utvinning fra naturgass, er i vanlig bruk.

I 1970 myntet kjemikeren John Bockris begrepet hydrogenøkonomi å referere til en fremtid der alle kjøretøyer ville bruke hydrogen som drivstoff. Et viktig skritt i denne retningen har vært utviklingen av et apparat kalt a brenselcelle, som genererer strøm ved bruk av hydrogen. Store bilprodusenter har allerede produsert konseptbiler drevet av brenselceller, Volkswagen Tiguan HyMotion og Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV er to eksempler, og minst en modell for produksjon av hydrogenbrenselceller er allerede tilgjengelig i California, Honda FCX Clarity.

Hvorfor presset på hydrogenteknologi? Er det virkelig så mye bedre enn fossilt drivstofforbruk? Hva med hydrogenøkonomien - er det til og med mulig? Ta pusten dypt og les neste side.

innhold

1. Ikke mer forurensning?
2. Ikke mer utenlandsk oljeavhengighet?
3. Er hydrogenøkonomien bærekraftig?

Ettermiddagstrafikken flyter langs smogfylte Beijing-gater 14. juli 2008. Er det mulig for kjøretøyer drevet av brenselceller med hydrogen å redusere forurensningen i luften? FREDERIC J. BROWN / AFP / Getty Images

En av de viktigste fordelene med en hydrogenøkonomi er at brenselceller er forurensende. Det produseres ikke karbonutslipp når det produseres elektrisitet i en brenselcelle. En hydrogenbrenselcelle produserer to biprodukter - varme og vann. Hvis hvert kjøretøy på veien ble drevet av en hydrogenbrenselcelle, ville de kjente smogskyene som henger over mange amerikanske byer, hvorav de fleste kommer fra eksos av kjøretøyer, i stor grad forsvinne. Ifølge Environmental Protection Agency, bor halvparten av alle amerikanere i områder der det er forurensing nok til å gi en negativ effekt på menneskers helse, så å redusere smog ville være en betydelig fordel.

Forbrenningsmotorer, som brenner drivstoff som stammer fra elementet karbon, produserer flere biprodukter, først og fremst karbondioksid, vann, og de bitte små partiklene som vi omtaler som sot. Soten, når den kastes ut i luft som pustes av mennesker, kan forårsake astma, lungekreft og andre sykdommer. I tillegg tror de fleste forskere at økte mengder karbondioksid i atmosfæren bidrar til global oppvarming, noe som til slutt kan føre til skadelige klimaendringer over store deler av planeten vår..

Konvertering fra forbrenningsmotorer til forurensende drivstoffkilder som hydrogen vil være viktig for å redusere disse problemene i 21^st århundre. Men med mer enn 130 millioner bensindrevne biler på veien i dag, er det lite sannsynlig at brenselcellebiler vil utgjøre nok av en forskjell i nær fremtid til å produsere betydelige miljøforbedringer. Det anslås at tidlige brenselcellebiler vil koste minst 100 000 dollar, noe som vil sette dem utenfor rekkevidden for den vanlige sjåføren. Et annet poeng å gjøre er at infrastrukturen som trengs for å gjøre disse bilene praktiske, inkludert hydrogenproduksjonsanlegg og tankstasjoner, ennå ikke er tilgjengelig. Noen observatører mener at på kort sikt vil miljøendringer komme gjennom kombinert bruk av hydrogenbiler og andre typer kjøretøy, inkludert batteridrevne elbiler og biler som bruker andre alternative drivstoffformer.

Eksisterende atmosfærisk forurensning vil ikke forsvinne snart. Sot legger seg ut av atmosfæren i løpet av uker eller måneder, men karbondioksid forblir i betydelig lengre tid. Selv om alle kilder til karbonutslipp ble eliminert i dag, kan det fortsatt ta flere tiår før atmosfæriske karbonnivåer går tilbake til det normale. Videre er biler bare en kilde til karbonutslipp. Andre, som kullforbrenningskraftverk, må også kraftig begrenses for å forhindre global oppvarming.

Hydrogeneffektivitet

En annen stor fordel med en hydrogenbrenselcelle er dens effektivitet. En forbrenningsmotor bruker mindre enn 20 prosent av den kjemiske energien i bensin, noe som gjør den til en relativt ineffektiv prosess. En brenselcelle er derimot betydelig mer effektiv, og bruker omtrent 60 prosent av energien som er tilgjengelig i hydrogen.

Et nytt hydrogendrevet kjøretøy av Nissan vises under en Hydrogen Ride and Drive-hendelse på Liberty Science Center 13. august 2008 i Jersey City, N. J. Spencer Platt / Getty Images

Mer enn halvparten av oljen som brukes i USA importeres fra andre land. Dette har en betydelig innvirkning på økonomien i USA To tredjedeler av denne importerte oljen brukes til transport. Fordi så mye olje kommer fra utenfor USA, er endringer i priser og tilbud stort sett utenfor vår kontroll. Mye av oljen kommer fra politisk ustabile regioner i Midt-Østen. Forsøk på å frigjøre USA fra avhengighet av Midtøsten-olje går tilbake til 1970-tallet; Imidlertid har mengden importert olje faktisk økt siden den gang. I tillegg har bekymringen for amerikansk oljeavhengighet blitt enda større etter terrorhendelsene 11. september 2001.

Et annet problem med vår avhengighet av olje er at stigende oljepriser påvirker hele den amerikanske økonomien, og øker prisen på nesten ethvert produkt som bruker olje i produksjonen eller som krever olje for å nå markedet. Oljeprisene har steget kraftig de siste årene, med prisen på bensin og diesel som svevde mellom $ 4 og $ 5 per gallon i hele 2008.

Vil hydrogen være billigere enn bensin? Det amerikanske energidepartementet anslår at nåværende generasjons brenselceller produserer strøm til en pris av omtrent 225 dollar per kilowatt. Dessverre vil prisene måtte falle til rundt $ 30 per kilowatt før hydrogen er konkurransedyktig med bensin som drivstoff; det nasjonale forskningsrådet spår imidlertid at kostnadene for selve hydrogenet, målt per kilometer, snart kan være så mye som 50 prosent lavere enn dagens bensinkostnader. Det er klart at denne fordelen vil fortsette å øke jevnlig når prisen på gass går opp. Effektiviteten som hydrogen konverteres til elektrisitet gir det også en betydelig fordel.

Kan hydrogenbiler bidra til å bryte vår oljeavhengighet? Hydrogenbiler vil bidra til å redusere denne avhengigheten, men det vil trolig gå flere tiår før nok hydrogenbiler er i daglig bruk til å utgjøre en betydelig forskjell på oljeimporten. På lang sikt kan imidlertid virkningen av hydrogenbiler være betydelig.

Hydrogenbiler er ikke bare fremtidens biler - flere brenselcellebiler (eller FCV-er) er på vei akkurat nå:

• Honda FCX klarhet: Dette er det eneste drivstoffcellekjøretøyet som faktisk kan leies av privatpersoner, men bare i deler av California der det er installert brenselstasjoner for hydrogen. Honda krever 600 dollar per måned for en FCX-leiekontrakt. Den første FCX ble levert til en familie fra California 25. juli 2008.
• Chevrolet Equinox drivstoffcelle-SUV: Flåter med drivstoffcelle-drevne Equinox-SUV-er har turnert i California, New York og Washington, D.C., for å demonstrere teknologien. Dette kjøretøyet er for øyeblikket ikke tilgjengelig for leie eller kjøp.
• Volkswagen Tiguan HyMotion: I likhet med Chevrolet er Volkswagen ikke klar til å selge eller lease dette kjøretøyet, men HyMotion var en del av en National Hydrogen Road Tour som kjørte fra Portland, Maine, til Los Angeles, Calif.
• BMW Hydrogen 7: Selv om BMW ennå ikke er tilgjengelig for allmennheten, har BMW gitt kjøretøyet til kjendiser - begynnende med skuespilleren Will Ferrell - i lengre perioder med bruk.

Det har en befolkning på under 300 000 mennesker, men likevel posisjonerer Reykjavik, Island, seg for å bli verdens første bærekraftige hydrogenøkonomi. Arktis-bilder / Getty Images

Hvis hydrogenøkonomien skal gi USA en fremtid fri for forurensning og avhengighet av utenlandsk olje, må den være bærekraftig. Det vil si at den må kunne følge med på økt befolkningsvekst, økt bruk av energihungerende teknologi, endringer i politikk og endringer i folks holdninger til miljøet og overfor fremtidige generasjoners velferd. Det er anslått at verdensomspennende energibehov vil dobles innen år 2050. Det er usannsynlig at de raskt avtagende forsyningene med fossilt brensel kan holde tritt med denne etterspørselen, så nye energiressurser vil være avgjørende.

En av de viktigste hindringene for en bærekraftig hydrogenøkonomi er at metodene som i dag brukes til å utvinne hydrogen fra større molekyler er avhengige av elektrisitet - og at elektrisitet produseres i stor grad av metoder som skaper forurensning. Hvis hydrogenutvinning utføres ved bruk av elektrisitet fra et kulldrevet kraftverk, spiller det ingen rolle at brenselcellen ikke forurenser fordi forurensningen skjedde da hydrogenet ble utvunnet. Hvis hydrogen skal være en ekte forurensende kraftkilde, må elektrisiteten som brukes til å utvinne hydrogenet produseres ved en ikke-forurensende metode som solenergi. For øyeblikket er dette vanligvis ikke tilfelle, så en virkelig bærekraftig hydrogenøkonomi vil kreve betydelige endringer i kraftproduksjon.

Lagring er også et problem. Hydrogenbrensel lagres i komprimert flytende form og over tid slipper noe av det gjennom fordampning. Hvis en hydrogenbil ikke kjøres regelmessig, vil fordampningstapene øke den totale kostnaden for drivstoffet betraktelig. Og å komprimere flytende hydrogen til et volum som kan føres i en bil, krever også mye energi, og at energi kan ha blitt generert ved hjelp av metoder som forårsaker forurensning.

Noen eksperter mener at forbedringer i hydrogenproduksjon og lagring vil føre til en bærekraftig hydrogenøkonomi om 15 til 30 år. Ideen om en hydrogenøkonomi har imidlertid motstanderne, mange av dem mener at en slik økonomi aldri kan være bærekraftig og at ressursene våre vil bli bedre brukt til å utforske andre former for kraftproduksjon. Det kan gå år før det blir klart om hydrogen virkelig er fremtidens drivstoff.

For mer informasjon om hydrogen, brenselceller og andre relaterte emner, følg lenkene på neste side.

Relaterte artikler

• Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
• Hvordan brenselceller fungerer
• Hvordan Hydrogenøkonomien fungerer
• Hva er forskjellen mellom et drivstoffcellebil og et hydrogen-on-demand-kjøretøy?
• Hvordan gasspriser fungerer
• Hva er farene ved hydrogendrevne kjøretøy?
• Hvordan hybridbiler fungerer
• Hvordan global oppvarming fungerer
• Hvordan bilmotorer fungerer

Flere gode lenker

• Fueleconomy.gov
• Drivstoffceller 2000
• Nova
• Honda FCX klarhet
• U.S. Department of Energy

kilder

• Bossel, Ulf og Eliasson, Baldur. "Energi og hydrogenøkonomi." 8. januar 2003. http://www.methanol.org/pdf/HydrogenEconomyReport2003.pdf
• Carseek. "Hydrogen Fuel Cell Car Technology." http://www.carseek.com/articles/hydrogen-fuel-cell-car.html
• Clayton, Mark. "Rising Call: Cut U.S. Oil Import." Christian Science Monitor. 5. mai 2005. http://www.csmonitor.com/2005/0505/p01s04-usfp.html
• Friedemann, Alice. "Hydrogenøkonomien - Energi og økonomisk svart hull." Kulturendring. Sept. 2004. (22. august 2008) http://www.culturechange.org/alt_energy.htm
• Gizmag. "Honda vil frigjøre brenselcellebiler - og bensinstasjon til hjemmet." (22. august 2008) http://www.gizmag.com/honda-fuel-cell-fcx/8394/
• Hall, Kevin G. "Oljeuavhengighet er mulig, men vil USA virkelig ha det?" Milwaukee Journal Sentinel. 4. mars 2006. http://www.jsonline.com/story/index.aspx?id=405957
• Huffman, Mark. "Hydrogenbrenselcellebiler bringer håp, hvis ikke lettelse." ConsumerAffairs. 25. juni 2008. http://www.consumeraffairs.com/news04/2008/06/fuel_cell.html
• Llanos, Miguel. "Hydrogenbiler klare til å rulle - for en pris." MSNBC. 23. juni 2004. http://www.msnbc.msn.com/id/4563676/
• Sinha, Vandana. "Volkswagen treffer veien med brenselcellebil." Washington Business Journal. 11. august 2008. http://www.bizjournals.com/washington/stories/2008/08/11/daily14.html? ana = from_rss
• Vergano, Dan. "Så langt er hydrogendrevne biler drivstoff for fremtidige tanker." USA I DAG. 21. juli 2008. http://www.usatoday.com/tech/science/columnist/vergano/2008-07-20- hydrogen-cars_N.htm