Ponieważ ceny energii odnawialnej spadają i technologie magazynowania stają się coraz bardziej popularne, paliwo wodorowe przyciąga uwagę.

Jorgo Chatzimarkakis tankował swój samochód napędzany wodorowymi ogniwami paliwowymi w jednym z nich Stacje tankowania 50-plus rozproszyły się po Niemczech, gdy podjechał kierowca Tesli, który ładował swój samochód.

Mężczyzna był podekscytowany widokiem samochodu napędzanego wodorem i był pełen pytań. Chatzimarkakis, który jest sekretarzem generalnym Hydrogen Europe, z przyjemnością ich odpowiedziała i rozmawiali przez kilka minut.

Ale do tego czasu samochód napędzany wodorem został całkowicie zatankowany, podczas gdy kierowca Tesli wciąż czekał na długie oczekiwanie na naładowanie akumulatora.

„To jest rzeczywistość”, mówi Chatzimarkakis. „Obecnie stacje paliw są gotowe, samochód jest gotowy, bez problemu mogę zaplanować podróż ze Szwajcarii do Danii i Norwegii”.

Wizja świata napędzanego wodorem miała więcej braków niż Wile E. Coyote. W 1923 brytyjski genetyk JBS Haldane wyobraził sobie sieć wiatraków wytwarzających wodór zasilający Wielką Brytanię, ale nic z tego nie wyszło. W 1970, urodzony w Południowej Afryce elektrochemik John Bockris po raz pierwszy użył terminu „gospodarka wodorowa” w przemówieniu, a później opublikował książka opisująca, jak mógłby wyglądać świat napędzany wodorem i wodorem. Ale znowu nic się nie zmieniło. W 2002 amerykański teoretyk ekonomii i społeczeństwa Jeremy Rifkin argumentował, że wodór może przejąć ropę naftową i że przyszłość energii leży w ogniwach paliwowych napędzanych wodorem.

Ale przemysł nie był gotowy, mówi Chatzimarkakis. „To było bardzo ważne, jak powiedział Jeremy Rifkin, ale politycy i dziennikarze zawsze chcą zobaczyć dowód” - mówi. „W tym czasie było to naprawdę dalekie od realizacji, ponieważ badania nie były wystarczająco zaawansowane”.

Wodór nadchodzi z wiekiem

Być może wreszcie nadszedł moment wodoru.

Japonia planuje wykorzystać Igrzyska Olimpijskie 2020 w Tokio, aby ją zaprezentować wizja społeczeństwa wodorowego i zainwestował milion 348 USD w budowę stacji tankowania wodoru i innej infrastruktury. Niemcy wprowadziły pierwszą na świecie pociągi napędzane wodorem w celu uzupełnienia rosnącej liczby stacje tankowania wodoru w całym kraju. Szwajcaria jest zakup ciężarówek napędzanych wodorem 1,000, Norwegia miała stacje tankowania wodoru od 2006, a Korea Południowa jest inwestowanie miliardów 2.33 USD w ciągu najbliższych pięciu lat do tworzenia stacji tankowania wodoru, zakładów produkcji ogniw paliwowych, autobusów na ogniwa paliwowe i systemów magazynowania wodoru. I Australia widziała oba krajowa agencja naukowa CSIRO i główny naukowiec Alan Finkel osobno zgłaszają swoje wizje kraju napędzanego wodorem i przemysłu eksportowego.

Coradia iLint rozpoczęła 2018 w masowym transporcie wodorowym w Niemczech. Zdjęcie dzięki uprzejmości Alstom | R Frampe

Podstawą gospodarki wodorowej jest wykorzystanie energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, takich jak energia słoneczna, wiatrowa i wodna, do podziału wody na tlen i wodór - proces o nazwie elektroliza. Ten „zielony wodór” może być następnie wykorzystany w ogniwach paliwowych do wytwarzania energii elektrycznej, a ogniwa paliwowe mogą być użyte osobno do napędzania pojazdów lub w stosach do podtrzymywania, a nawet zasilania sieci. Co najlepsze, spaliny wytwarzane przez wodorowe ogniwa paliwowe to woda, którą pewnego dnia można odzyskać i ponownie wykorzystać do elektrolizy.

Ekonomia i klimat

Co się zmieniło, aby wodór znalazł się na czele światowych planów energetycznych? Jenny Hayward, starszy pracownik naukowy w CSIRO i jej współautor Narodowa mapa drogowa wodoru 2018, mówi, że korzystniejsza ekonomia odegrała znaczącą rolę.

„Produkcja spada, a koszty są niższe” - mówi Hayward. Nie tylko dramatycznie spadła cena energii elektrycznej z fotowoltaiki słonecznej i wiatru, ale także technologie elektrolizerów stały się znacznie tańsze, na większą skalę i bardziej wydajne. Jednocześnie wodorowe ogniwa paliwowe poprawiają się zarówno pod względem wydajności, jak i kosztów, mówi.

Kliknij, aby zobaczyć infografikę Departamentu Energii USA na temat paliw wodorowych.

John Andrews, ekspert ds. Zrównoważonej energii i profesor na Uniwersytecie RMIT w Melbourne w Australii, mówi, że kolejnym ważnym czynnikiem jest rosnąca pilna potrzeba znacznej redukcji emisji gazów cieplarnianych.

„To bardzo ważne, aby jego wprowadzenie wiązało się z byciem częścią rozwiązania problemu zmiany klimatu”, mówi Andrews. „Nie chodzi tylko o pozyskanie alternatywnego paliwa; chodzi o uzyskanie systemu paliwowo-energetycznego o zerowej emisji ”.

Postęp w adaptacji wodoru jako paliwa nie był łatwy. Pomimo stuletniej pogoni za gospodarką wodorową, przed osiągnięciem tego punktu trzeba było pokonać kilka istotnych wyzwań technologicznych - i wciąż są to pierwsze dni.

Rozwiązywanie problemu z pamięcią masową

Kluczowym problemem przy stosowaniu wodoru do transportu było przechowywanie. Dopiero niedawno stało się możliwe sprężanie wodoru do pojemnika wystarczająco małego i lekkiego, aby zmieścił się z tyłu pojazdu pasażerskiego, a jednocześnie nadal zawierał wystarczającą ilość energii, aby zatankować ten samochód co najmniej 300 mil.

„Zawsze uważano, że bardzo trudno będzie uzyskać magazyn wodoru, który mógłby pokonać cele Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych do stosowania w samochodach napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi” - mówi Andrews. Potem przyszedł czas na opracowanie wysokociśnieniowy zbiornik wodoru wykonane z zaawansowanych kompozytów, które były w stanie spełnić, a nawet przekroczyć wymagania.

Magazynowanie paliwa stanowiło duże wyzwanie dla transportu napędzanego wodorem. Ostatnie ulepszenia rozszerzyły zakres pojazdów osobowych do ponad 300 mil na jedno wypełnienie. Zdjęcie © iStockphoto.com/Tramino

„Myślę, że dzięki temu ludzie usiedli i powiedzieli„ tak ”, można mieć formę przechowywania, która mogłaby być użyta do przewozu wodoru w pojeździe i dać zasięg porównywalny z konwencjonalnymi samochodami i mieć czas na uzupełnienie paliwa - to bardzo ważne przewaga wodoru - zaledwie kilka minut - mówi.

Wodorowe pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi są teraz równe lub nawet przekraczają zasięg konwencjonalnych pojazdów napędzanych benzyną lub olejem napędowym; Toyota twierdzi, że ma Mirai około mil 312 ze zbiornika wodoru. To sprawia, że ​​są znacznie bardziej atrakcyjną perspektywą na dalekie podróże niż elektryczny pojazd na baterie.

To także sprawia, że ​​są one opłacalną opcją dla bardziej pracowitych pojazdów, mówi Lisa Ruf, koordynator Mobilność wodoru w Europie oraz główny konsultant w Element Energy w Wielkiej Brytanii.

„W operacjach dla ciężarówek, taksówek i służb ratowniczych musisz mieć zasięg i czas tankowania podobny do konwencjonalnych pojazdów”, mówi, przytaczając przypadek London Metropolitan Police, który w tym roku nabył samochody napędzane wodorem na ogniwa paliwowe 11. 

Feeding the Grid

Według Morry'ego Markowitza, prezesa, wodór jest również badany jako sposób na utrzymanie stabilności sieci energetycznej zasilanej energią odnawialną. Stowarzyszenie ogniw paliwowych i technologii wodorowych w Stanach Zjednoczonych

„Ponieważ słońce nie świeci cały czas, a wiatr nie wieje, odnawialne źródła energii mają problem z przerywalnością, dlatego musisz znaleźć sposób na skuteczne przechowywanie tworzonych elektronów” - mówi. Nadmiar energii elektrycznej można wykorzystać do zasilania elektrolizy i wytworzenia wodoru, który można wykorzystać w pojazdach napędzanych ogniwami paliwowymi lub stacjonarnych ogniwach paliwowych lub magazynować do transportu.

Ten scenariusz jest szczególnie atrakcyjny dla odległych obszarów, takich jak oddalone miasta w Australii, które w innym przypadku zależą od generatorów napędzanych olejem napędowym. Hayward twierdzi, że zasilanie miast za pomocą kombinacji odnawialnych źródeł energii i magazynowania wodoru może wkrótce stać się opłacalne, zwłaszcza gdy cena oleju napędowego rośnie.

Firmy gazowe postrzegają również wodór jako potencjalną alternatywę dla gazu ziemnego, który mógłby wykorzystać istniejącą infrastrukturę. „To byłoby fantastyczne; wtedy nie polegają na samochodach dostawczych z olejem napędowym, potrzebują tylko odnawialnych źródeł energii ”- mówi. „Mogą mieć system, w którym mają ogniwo paliwowe i odzyskują wodę, więc jest to niezależny system”.

Firmy gazowe postrzegają również wodór jako potencjalną alternatywę dla gazu ziemnego, który mógłby wykorzystać istniejącą infrastrukturę.

„W szczególności, jeśli zamierzamy osiągnąć cele w zakresie redukcji emisji, nie wykorzystają całej tej infrastruktury gazowej” - mówi Hayward. „Co ciekawe, w sieciach dystrybucji gazu, jeśli są one wykonane z rur PVC, możesz mieć procent wodoru 100, chociaż urządzenia i liczniki musiałyby zostać zmienione.”

Efekt Hindenburga

Niemożliwe jest mówienie o wodorze bez zajęcia się sterowcem w pomieszczeniu, co Markowitz nazywa „efektem Hindenburga”. Spektakularne piekło napędzane wodorem, które było katastrofą sterowca Hindenburga w New Jersey w 1937, wciąż prześladuje przemysł wodorowy i kwestię kwestie związane z palnością i bezpieczeństwem wodoru są nieuchronnie podnoszone w dyskusjach na temat gospodarki wodorowej.

Ale Markowitz mówi, że dzisiejsza technologia wodorowa jest znacznie zaawansowana w porównaniu z technologią wodorową tamtej epoki.

„Zaawansowane materiały, takie jak zbiorniki z włókna węglowego, czujniki, komputery i inne rzeczy, uległy tak znacznej poprawie… bezpieczeństwo wodoru nie powinno nawet stanowić problemu”, mówi. „W sektorze transportu i innych obszarach pojazdy napędzane wodorem spełniają lub przewyższają wszystko, co jest obecnie na drodze”.

Istnieją również obawy, że zwiększone pobieranie wodoru może mieć wpływ na warstwę ozonową. ZA Badanie 2003 zasugerował, że gdyby całe wytwarzanie energii z paliw kopalnych zostało zastąpione wodorem, wyciek gazu do atmosfery mógłby reagować z tlenem z wytworzeniem pary wodnej, która mogłaby znacznie zakłócić warstwę ozonową.

Inną krytyką często podnoszoną za wodór jest to, że wciąż jest znaczna ilość wyprodukowany przy użyciu paliw kopalnych. W Stanach Zjednoczonych większość wodoru jest wytwarzana w procesie zwanym reformowanie gazu ziemnego, w którym gaz ziemny poddaje się reakcji z parą wysokotemperaturową z wytworzeniem wodoru, tlenku węgla i niewielkiej ilości dwutlenku węgla. Może to być również wykonane przez zgazowanie węgla brunatnego, co powoduje również CO₂ produkcji.

„Jeśli podążysz którąś z tych dróg, aby uzyskać wodór, istnieje emisja dwutlenku węgla pochodząca z tych dróg, więc jedynym sposobem na osiągnięcie zerowej emisji jest połączenie tego z wychwytywaniem i składowaniem węgla”, mówi Andrews. „I to wciąż jest duże pytanie, czy to może być opłacalne, czy będzie bezpieczne, a my możemy utrzymać ten dwutlenek węgla przez tysiące lat pod ziemią i czy kiedykolwiek będzie on ekonomiczny”.

Podejście zmierzone

Ruf mówi, że dyskusje na temat wodoru są pilne, co odzwierciedla powszechne uznanie, że istnieje potrzeba dekarbonizacji transportu. Argumentuje, że chociaż na stole dostępnych jest wiele rozwiązań, wodór jest w stanie rozwiązać problemy, których inne technologie nie są w stanie zrobić tak łatwo lub opłacalnie.

Ale chociaż istnieje duże podniecenie związane z potencjałem wodoru, Ruf zaleca również podejście oparte na pomiarach.

„Problem, który, jak sądzę, jako sektor wspierający technologię wodorowych ogniw paliwowych polega na tym, że musimy uważać na szum i musimy radzić sobie z oczekiwaniami” - mówi. „To wymaga czasu i inwestycji. Nie stanie się to z dnia na dzień, ale w perspektywie długoterminowej jest to bardzo dobre rozwiązanie. ”

Artykuł pierwotnie pojawił się na Ensia

O autorze

Bianca Nogrady jest niezależną dziennikarką naukową, która nie została jeszcze poddana badaniom, które nie są dla niej fascynujące. Pisze dla różnych sklepów, w tym Nature, The Guardian, Australian Geographic, BBC Future i Australian Broadcasting Corporation.  twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

Notka redaktora: W przeszłości autor napisał umowę dla CSIRO, choć nie był związany z paliwem wodorowym.

Książki tego autora

at Rynek wewnętrzny i Amazon