Jakie są zalety pojazdów napędzanych wodorem?

Przykładem koncepcyjnego pojazdu napędzanego wodorowym ogniwem paliwowym jest Volkswagen Tiguan HyMotion. Zobacz więcej zdjęć pojazdów napędzanych paliwami alternatywnymi. Volkswagen of America

Za każdym razem, gdy wlewasz benzynę do samochodu, nieznacznie wyczerpujesz światowe zasoby paliwa kopalne. Paliwa te, w tym ropa naftowa i węgiel, to skondensowane pozostałości organizmów żywych z czasów prehistorycznych. Podaż tych paliw jest ograniczona i ostatecznie się wyczerpie. Co gorsza, znaczna część tej podaży ropy jest kontrolowana przez kilka krajów pobłogosławionych obfitością ropy, które mogą dyktować zarówno podaż ropy, jak i jej cenę. Co więcej, uzależnienie od paliw kopalnych kraju takiego jak Stany Zjednoczone dodatkowo komplikuje i tak już złożone kwestie stosunków zagranicznych i bezpieczeństwa narodowego. Paliwa kopalne zaspokajają większość światowego zapotrzebowania na energię od kilku stuleci, ale istnieje ograniczenie co do tego, jak długo mogą to robić w przyszłości.

Galeria zdjęć pojazdu na paliwo alternatywne

Wszechświat, w którym żyjemy, składa się w około 75% z wodoru, chociaż tutaj na powierzchni Ziemi jest zaskakująco mało czystego wodoru. Wodór występuje na ogół jako H₂ cząsteczki, w których dwa atomy wodoru są ze sobą połączone. Ponieważ H.₂ cząsteczki są tak lekkie, że niezabezpieczony wodór może z łatwością unosić się na szczycie ziemskiej atmosfery i faktycznie może uciec w kosmos. Większość wodoru na poziomie gruntu wiąże się w formie molekularnej z innymi pierwiastkami - na przykład w wodzie, gdzie wodór łączy się z tlenem, tworząc H₂O cząsteczki.

Istnieje kilka metod produkcji czystego wodoru z cząsteczek zawierających wodór. Wodór można ekstrahować z gazu ziemnego (jest to zdecydowanie najpowszechniejsza metoda), można go usunąć z wody poprzez elektrolizę lub można go wyprodukować biologicznie z alg lub niektórych rodzajów bakterii. Niektóre z bardziej obiecujących metod produkcji wodoru są nadal badane, podczas gdy inne, takie jak wydobywanie z gazu ziemnego, są w powszechnym użyciu.

W 1970 roku chemik John Bockris ukuł ten termin gospodarka wodorowa aby odnieść się do przyszłości, w której wszystkie pojazdy będą używane wodór jako paliwo. Ważnym krokiem w tym kierunku było opracowanie urządzenia o nazwie a ogniwo paliwowe, który wytwarza energię elektryczną za pomocą wodoru. Główni producenci samochodów już wyprodukowali samochody koncepcyjne zasilane ogniwami paliwowymi, Volkswagen Tiguan HyMotion i SUV Chevrolet Equinox Fuel Cell to dwa przykłady, a co najmniej jeden model produkcyjny wodorowych ogniw paliwowych jest już dostępny w Kalifornii, Honda FCX Clarity.

Dlaczego nacisk na technologię wodorową? Czy to naprawdę dużo lepsze niż zużycie paliw kopalnych? A co z gospodarką wodorową - czy to w ogóle możliwe? Weź głęboki oddech i przeczytaj następną stronę.

Zawartość

1. Nigdy więcej zanieczyszczeń?
2. Koniec z zależnością od zagranicznych paliw?
3. Czy gospodarka wodorowa jest zrównoważona??

14 lipca 2008 r. Popołudniowe ruch uliczny płynie wzdłuż smogowych ulic Pekinu. Czy pojazdy napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi mogą zmniejszyć zanieczyszczenie powietrza? FREDERIC J. BROWN / AFP / Getty Images

Jedną z najważniejszych zalet gospodarki wodorowej jest to, że ogniwa paliwowe nie zanieczyszczają środowiska. Podczas wytwarzania energii elektrycznej w ogniwie paliwowym nie dochodzi do emisji dwutlenku węgla. Wodorowe ogniwo paliwowe wytwarza dwa produkty uboczne - ciepło i wodę. Gdyby każdy pojazd na drodze był napędzany wodorowym ogniwem paliwowym, znajome chmury smogu, które wiszą nad wieloma amerykańskimi miastami, z których większość pochodzi ze spalin samochodowych, w dużej mierze zniknęłyby. Według Agencji Ochrony Środowiska połowa Amerykanów mieszka na obszarach, na których jest wystarczająco dużo zanieczyszczeń, aby mieć negatywny wpływ na zdrowie ludzi, więc zmniejszenie smogu byłoby znaczącą korzyścią.

Silniki spalinowe, które spalają paliwa pochodzące z pierwiastka węgiel, wytwarzają przede wszystkim kilka produktów ubocznych dwutlenek węgla, woda, oraz maleńkie cząsteczki materii, które nazywamy sadza. Sadza wyrzucona do powietrza wdychanego przez ludzi może powodować astmę, raka płuc i inne choroby. Ponadto większość naukowców uważa, że ​​zwiększone ilości dwutlenku węgla w atmosferze przyczyniają się do globalnego ocieplenia, które może ostatecznie spowodować szkodliwe zmiany klimatyczne na dużej części naszej planety.

Przejście z silników spalinowych na niezanieczyszczające źródła paliwa, takie jak wodór, będzie ważne dla zmniejszenia tych problemów w 21^św stulecie. Jednak przy obecnie na drogach ponad 130 milionów pojazdów napędzanych benzyną, jest mało prawdopodobne, aby samochody napędzane ogniwami paliwowymi w najbliższej przyszłości spowodowały znaczną poprawę stanu środowiska. Szacuje się, że wczesne samochody z ogniwami paliwowymi będą kosztować co najmniej 100 000 USD, co spowoduje, że będą one poza zasięgiem zwykłego kierowcy. Inną kwestią, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że infrastruktura potrzebna do uczynienia tych samochodów praktycznymi, w tym zakłady produkujące wodór i stacje paliw, nie jest jeszcze dostępna. Niektórzy obserwatorzy uważają, że w perspektywie krótkoterminowej zmiany środowiskowe nastąpią w wyniku jednoczesnego użytkowania samochodów napędzanych wodorem i innych typów pojazdów, w tym samochodów elektrycznych zasilanych bateriami i samochodów wykorzystujących inne alternatywne formy paliwa.

Istniejące zanieczyszczenie atmosfery nie zniknie szybko. Sadza wydostaje się z atmosfery w ciągu kilku tygodni lub miesięcy, ale dwutlenek węgla pozostaje przez znacznie dłuższy czas. Nawet gdyby wszystkie źródła emisji dwutlenku węgla zostały dziś wyeliminowane, nadal może minąć dziesięciolecia, zanim poziomy węgla w atmosferze powrócą do normy. Ponadto samochody są tylko jednym źródłem emisji dwutlenku węgla. Inne, takie jak elektrownie węglowe, również musiałyby zostać znacznie ograniczone, aby zapobiec globalnemu ociepleniu.

Wydajność wodoru

Kolejną ważną zaletą wodorowego ogniwa paliwowego jest jego wydajność. Silnik spalinowy zużywa mniej niż 20 procent energii chemicznej benzyny, co czyni go stosunkowo nieefektywnym procesem. Natomiast ogniwo paliwowe jest znacznie bardziej wydajne, wykorzystując około 60 procent energii dostępnej w wodorze.

Nowy pojazd napędzany wodorem marki Nissan jest prezentowany podczas imprezy Hydrogen Ride and Drive w Liberty Science Center 13 sierpnia 2008 w Jersey City, N. J. Spencer Platt / Getty Images

Ponad połowa ropy używanej w Stanach Zjednoczonych jest importowana z innych krajów. Ma to znaczący wpływ na gospodarkę Stanów Zjednoczonych. Dwie trzecie importowanej ropy jest wykorzystywane do transportu. Ponieważ tak dużo ropy pochodzi spoza Stanów Zjednoczonych, zmiany cen i podaży są w dużej mierze poza naszą kontrolą. Duża część ropy pochodzi z niestabilnych politycznie regionów Bliskiego Wschodu. Próby uwolnienia USA od uzależnienia od ropy z Bliskiego Wschodu sięgają lat 70-tych XX wieku; Jednak od tego czasu ilość importowanej ropy w rzeczywistości wzrosła. Ponadto zaniepokojenie uzależnieniem od ropy naftowej USA wzrosło jeszcze bardziej po wydarzeniach terrorystycznych z 11 września 2001 r.

Innym problemem związanym z naszą zależnością od ropy naftowej jest to, że rosnące ceny ropy mają wpływ na całą gospodarkę USA, podnosząc cenę prawie każdego produktu, który wykorzystuje ropę do jej produkcji lub który wymaga ropy, aby trafić na rynek. Ceny ropy gwałtownie wzrosły w ostatnich latach, a ceny benzyny i oleju napędowego wahały się w przedziale od 4 do 5 USD za galon w całym 2008 roku.

Czy wodór będzie tańszy niż benzyna? Departament Energii Stanów Zjednoczonych szacuje, że ogniwa paliwowe obecnej generacji wytwarzają energię elektryczną po cenie około 225 USD za kilowat. Niestety, ceny będą musiały spaść do około 30 dolarów za kilowat, zanim wodór stanie się konkurencyjny dla benzyny jako paliwa; Jednak National Research Council przewiduje, że koszt samego wodoru, mierzony w przeliczeniu na milę, może wkrótce być nawet o 50 procent niższy niż obecny koszt benzyny. Oczywiście przewaga ta będzie systematycznie rosnąć wraz ze wzrostem ceny gazu. Sprawność, z jaką wodór jest przetwarzany na energię elektryczną, również daje mu istotną zaletę.

Czy pojazdy napędzane wodorem mogą pomóc przełamać uzależnienie od ropy? Pojazdy napędzane wodorem pomogą zmniejszyć tę zależność, ale prawdopodobnie miną dziesięciolecia, zanim w codziennym użytkowaniu będzie wystarczająca liczba pojazdów napędzanych wodorem, aby znacząco zmienić import ropy. Jednak na dłuższą metę wpływ samochodów napędzanych wodorem może być znaczący.

Samochody napędzane wodorem to nie tylko samochody przyszłości - kilka pojazdów z ogniwami paliwowymi (lub FCV) jeździ teraz po drogach:

• Honda FCX Clarity: Jest to jedyny pojazd na ogniwa paliwowe, który faktycznie może być wynajmowany przez osoby prywatne, ale tylko w tych częściach Kalifornii, gdzie są zainstalowane stacje paliw wodorowych. Honda pobiera 600 USD miesięcznie za dzierżawę FCX. Pierwszy FCX został dostarczony rodzinie kalifornijskiej 25 lipca 2008 roku.
• Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV: Floty SUV-ów Equinox napędzanych ogniwami paliwowymi podróżowały po Kalifornii, Nowym Jorku i Waszyngtonie, aby zademonstrować technologię. Ten pojazd nie jest obecnie dostępny do leasingu ani zakupu.
• Volkswagen Tiguan HyMotion: Podobnie jak Chevrolet, Volkswagen nie jest gotowy do sprzedaży ani leasingu tego pojazdu, ale HyMotion był częścią National Hydrogen Road Tour, która prowadziła z Portland w stanie Maine do Los Angeles w Kalifornii..
• BMW Hydrogen 7: Chociaż BMW nie jest jeszcze dostępne dla ogółu społeczeństwa, udostępnia ten pojazd celebrytom - począwszy od aktora Willa Ferrella - na dłuższe okresy użytkowania..

Liczy mniej niż 300 000 mieszkańców, jednak Islandia w Reykjaviku jest pierwszą na świecie zrównoważoną gospodarką wodorową. Arctic-Images / Getty Images

Jeśli gospodarka wodorowa ma zapewnić Stanom Zjednoczonym przyszłość wolną od zanieczyszczeń i zależności od obcej ropy, musi być zrównoważona. Oznacza to, że musi być w stanie nadążyć za wzrostem liczby ludności, zwiększonym wykorzystaniem energochłonnych technologii, zmianami w polityce i zmianą nastawienia ludzi do środowiska i dobrobytu przyszłych pokoleń. Szacuje się, że światowe zapotrzebowanie na energię podwoi się do roku 2050. Jest mało prawdopodobne, aby szybko zmniejszające się dostawy paliw kopalnych mogły nadążyć za tym zapotrzebowaniem, więc nowe zasoby energii będą miały kluczowe znaczenie..

Jedną z głównych przeszkód dla zrównoważonej gospodarki wodorowej jest to, że metody stosowane obecnie do wydobywania wodoru z większych cząsteczek opierają się na energii elektrycznej - oraz że energia elektryczna jest wytwarzana głównie metodami, które powodują zanieczyszczenie. Jeśli wydobycie wodoru odbywa się przy użyciu energii elektrycznej z elektrowni węglowej, nie ma znaczenia, że ​​ogniwo paliwowe nie zanieczyszcza, ponieważ zanieczyszczenie nastąpiło podczas wydobywania wodoru. Jeśli wodór ma być prawdziwym, niezanieczyszczającym źródłem energii, energia elektryczna wykorzystywana do jego wydobycia będzie musiała być wytwarzana metodą niezanieczyszczającą, taką jak energia słoneczna. Obecnie zazwyczaj tak nie jest, więc prawdziwie zrównoważona gospodarka wodorowa będzie wymagać znacznych zmian w wytwarzaniu energii.

Przechowywanie również jest problemem. Paliwo wodorowe jest magazynowane w postaci sprężonej cieczy iz czasem część z niego ulatnia się przez parowanie. Jeśli samochód napędzany wodorem nie jest regularnie eksploatowany, straty spowodowane parowaniem znacznie zwiększą całkowity koszt paliwa. Sprężanie ciekłego wodoru do objętości, którą można przewozić w samochodzie, również wymaga dużej ilości energii, a energia ta mogła zostać wygenerowana przy użyciu metod powodujących zanieczyszczenie..

Niektórzy eksperci uważają, że ulepszenia w produkcji i magazynowaniu wodoru doprowadzą do zrównoważonej gospodarki wodorowej za 15–30 lat. Jednak idea gospodarki wodorowej ma swoich przeciwników, z których wielu uważa, że ​​taka gospodarka nigdy nie będzie zrównoważona i że nasze zasoby będą lepiej wykorzystywane do odkrywania innych form wytwarzania energii. Może minąć wiele lat, zanim stanie się jasne, czy wodór rzeczywiście będzie paliwem przyszłości.

Aby uzyskać więcej informacji na temat wodoru, ogniw paliwowych i innych powiązanych tematów, skorzystaj z łączy na następnej stronie.

Powiązane artykuły

• Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
• Jak działają ogniwa paliwowe
• Jak działa gospodarka wodorowa
• Jaka jest różnica między pojazdem napędzanym ogniwami paliwowymi a pojazdem napędzanym wodorem na żądanie?
• Jak działają ceny gazu
• Jakie są niebezpieczeństwa związane z pojazdami napędzanymi wodorem?
• Jak działają samochody hybrydowe
• Jak działa globalne ocieplenie
• Jak działają silniki samochodowe

Więcej świetnych linków

• Fueleconomy.gov
• Ogniwa paliwowe 2000
• Nova
• Honda FCX Clarity
• Departament Energii Stanów Zjednoczonych

Źródła

• Bossel, Ulf i Eliasson, Baldur. „Energia i gospodarka wodorowa”. 8 stycznia 2003. http://www.methanol.org/pdf/HydrogenEconomyReport2003.pdf
• Carseek. „Technologia samochodów z wodorowymi ogniwami paliwowymi”. http://www.carseek.com/articles/hydrogen-fuel-cell-car.html
• Clayton Mark. „Rising Call: Cut U.S. Oil Import”. The Christian Science Monitor. 5 maja 2005. http://www.csmonitor.com/2005/0505/p01s04-usfp.html
• Friedemann, Alice. „Gospodarka wodorowa - energia i gospodarcza czarna dziura”. Zmiana kultury. Wrzesień 2004. (22 sierpnia 2008) http://www.culturechange.org/alt_energy.htm
• Gizmag. „Honda zamierza wypuścić samochód napędzany wodorowymi ogniwami paliwowymi - i domową stację paliw”. (22 sierpnia 2008) http://www.gizmag.com/honda-fuel-cell-fcx/8394/
• Hall, Kevin G. "Niezależność naftowa jest możliwa, ale czy Stany Zjednoczone naprawdę tego chcą?" Milwaukee Journal Sentinel. 4 marca 2006. http://www.jsonline.com/story/index.aspx?id=405957
• Huffman, Mark. „Samochody napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi przynoszą nadzieję, jeśli nie ulgę”. Sprawy konsumenckie. 25 czerwca 2008 r. Http://www.consumeraffairs.com/news04/2008/06/fuel_cell.html
• Llanos Miguel. „Samochody napędzane wodorem gotowe do jazdy - za odpowiednią cenę”. MSNBC. 23 czerwca 2004. http://www.msnbc.msn.com/id/4563676/
• Sinha, Vandana. „Volkswagen rusza w drogę samochodem z wodorowymi ogniwami paliwowymi”. Washington Business Journal. 11 sierpnia 2008. http://www.bizjournals.com/washington/stories/2008/08/11/daily14.html? ana = from_rss
• Vergano, Dan. „Jak dotąd samochody napędzane wodorem są paliwem do przyszłych myśli”. USA DZIŚ. 21 lipca 2008. http://www.usatoday.com/tech/science/columnist/vergano/2008-07-20- hydrogen-cars_N.htm