Vilka är fördelarna med vätendrivna fordon?

Volkswagen Tiguan HyMotion är ett exempel på ett konceptfordon som drivs med en vätebränslecell. Se fler bilder på alternativa bränslefordon. Volkswagen of America

Varje gång du pumpar bensin i din bil tappar du någonsin världens utbud av fossila bränslen. Dessa bränslen, som inkluderar petroleum och kol, är de kondenserade resterna av levande organismer från förhistorisk tid. Tillförseln av dessa bränslen är begränsad och kommer slutligen att ta slut. Värre är att mycket av denna oljeförsörjning styrs av några få nationer välsignade med ett överflöd av olja och dessa nationer kan diktera både oljeförsörjningen och dess pris. Dessutom komplicerar beroende av fossila bränslen av en nation som USA ytterligare komplexa frågor om utrikesrelationer och nationell säkerhet. Fossila bränslen har mött mycket av världens energibehov under flera århundraden, men det finns en gräns för hur länge de kan fortsätta göra det i framtiden.

Alternativt bildgalleri för bränslefordon

Universumet vi lever i består av cirka 75 procent väte, men det finns förvånansvärt lite rent väte här på jordens yta. Vätgas förekommer generellt som H₂ molekyler, i vilka två väteatomer är bundna samman. Eftersom H₂ molekyler är så lätta, okontrollerad vätgas kan lätt flyta till toppen av jordens atmosfär och faktiskt kan fly ut i rymden. Det mesta av väte på marknivå är bundet i molekylform med andra element - i vatten, till exempel, där väte kombineras med syre för att bilda H₂O-molekyler.

Det finns flera metoder som kan användas för att producera rent väte från väteinnehållande molekyler. Väte kan utvinnas från naturgas (den överlägset vanligaste metoden), det kan tas bort från vatten genom elektrolys eller det kan produceras biologiskt från alger eller vissa typer av bakterier. Några av de mer lovande metoderna för vätgasproduktion forskas fortfarande, medan andra, till exempel utvinning från naturgas, är i vanlig användning.

1970 myntade kemisten John Bockris termen väteekonomi att hänvisa till en framtid där alla fordon skulle använda väte som bränsle. Ett viktigt steg i denna riktning har varit utvecklingen av en enhet som kallas a bränslecell, som genererar el med väte. Stora biltillverkare har redan producerat konceptbilar som drivs med bränsleceller, Volkswagen Tiguan HyMotion och Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV är två exempel, och åtminstone en produktionsmodell för vätgasbränsleceller finns redan i Kalifornien, Honda FCX Clarity.

Varför driva efter vätgas-teknik? Är det verkligen så mycket bättre än fossilt bränsleförbrukning? Vad sägs om väteekonomin - är det till och med möjligt? Ta ett djupt andetag och läs nästa sida.

Innehåll

1. Inga fler föroreningar?
2. Inget mer utländskt oljeberoende?
3. Är väteekonomin hållbar?

Eftermiddagstrafiken flyter längs smogfyllda Pekinggator den 14 juli 2008. Är det möjligt för fordon som drivs med vätgasbränsleceller att minska föroreningen i luften? FREDERIC J. BROWN / AFP / Getty Images

En av de viktigaste fördelarna med en väteekonomi är att bränsleceller är förorenande. Inga koldioxidutsläpp produceras när el genereras i en bränslecell. En vätebränslecell producerar två biprodukter - värme och vatten. Om varje fordon på vägen drivs av en vätebränslecell skulle de välkända smogmoln som hänger över många amerikanska städer, de flesta kommer från fordonsavgas, till stor del försvinna. Enligt miljöskyddsbyrån bor hälften av alla amerikaner i områden där det finns tillräckligt med föroreningar för att ge en negativ effekt på människors hälsa, så att minska smog skulle vara en betydande fördel.

Förbränningsmotorer som bränner bränslen härrörande från elementet kol, producerar flera biprodukter, främst koldioxid, vatten, och de små partiklarna av materia som vi refererar till som sot. Soten, när den kastas ut i luft andas av människor, kan orsaka astma, lungcancer och andra sjukdomar. Dessutom tror de flesta forskare att ökade mängder koldioxid i atmosfären bidrar till den globala uppvärmningen, vilket så småningom kan orsaka skadliga klimatförändringar över stora delar av vår planet.

Omvandling från förbränningsmotorer till icke-förorenande bränslekällor som väte kommer att vara viktigt för att minska dessa problem i 21^st århundrade. Men med mer än 130 miljoner bensindrivna fordon på vägen idag är det osannolikt att bränslecellbilar kommer att göra tillräckligt med en skillnad inom en snar framtid för att producera betydande miljöförbättringar. Det uppskattas att tidiga bränslecellbilar kommer att kosta minst 100 000 $, vilket kommer att sätta dem utom räckhåll för den vanliga föraren. En annan poäng att göra är att den infrastruktur som krävs för att göra dessa bilar praktiska, inklusive väteproduktionsanläggningar och tankningsstationer, ännu inte finns. Vissa observatörer tror att miljöförändringar på kort sikt kommer att ske genom kombinerad användning av vätebilar och andra fordonstyper, inklusive batteridrivna elbilar och bilar som använder andra alternativa bränslen.

Befintlig atmosfärisk förorening kommer inte att försvinna snart. Sot slår sig ur atmosfären inom några veckor eller månader, men koldioxid kvarstår betydligt längre. Även om alla källor till koldioxidutsläpp elimineras idag, kan det fortfarande ta årtionden för atmosfäriska kolnivåer att återgå till det normala. Dessutom är bilar bara en källa till koldioxidutsläpp. Andra, som kolförbränna kraftverk, måste också begränsas kraftigt för att förhindra den globala uppvärmningen.

Väteeffektivitet

En annan viktig fördel med en vätebränslecell är dess effektivitet. En förbränningsmotor använder mindre än 20 procent av den kemiska energin i bensin, vilket gör den till en relativt ineffektiv process. En bränslecell, däremot, är avsevärt effektivare och utnyttjar ungefär 60 procent av den tillgängliga energin i väte.

Ett nytt vätendrivet fordon av Nissan visas under en Hydrogen Ride and Drive-händelse vid Liberty Science Center 13 augusti 2008 i Jersey City, N. J. Spencer Platt / Getty Images

Mer än hälften av den olja som används i USA importeras från andra länder. Detta har en betydande inverkan på USA: s ekonomi. Två tredjedelar av denna importerade olja används för transport. Eftersom så mycket olja kommer från utanför USA är förändringar i priser och utbud till stor del utanför vår kontroll. Mycket av oljan kommer från politiskt instabila regioner i Mellanöstern. Försök att befria USA från beroende av Mellanösterns olja går tillbaka till 1970-talet. emellertid har mängden importerad olja faktiskt ökat sedan dess. Dessutom har oro över det amerikanska oljeberoendet ökat ännu större efter terroristhändelserna den 11 september 2001.

Ett annat problem med vårt beroende av olja är att stigande oljepriser påverkar hela den amerikanska ekonomin, vilket ökar priset på nästan alla produkter som använder olja i sin tillverkning eller som kräver olja för att nå marknaden. Oljepriserna har stigit kraftigt de senaste åren, med priset på bensin och dieselbränsle som svävade mellan $ 4 och $ 5 per gallon under hela 2008.

Kommer väte att vara billigare än bensin? Det amerikanska energidepartementet uppskattar att nuvarande generation bränsleceller producerar elektricitet till ett pris av cirka 225 dollar per kilowatt. Tyvärr kommer priserna att behöva sjunka till cirka 30 dollar per kilowatt innan väte är konkurrenskraftigt med bensin som bränsle; det nationella forskningsrådet förutspår dock att kostnaden för vätet självt, uppmätt per mil, snart kan bli så mycket som 50 procent lägre än den nuvarande bensinkostnaden. Uppenbarligen kommer denna fördel att fortsätta öka stadigt när priset på gas ökar. Effektiviteten med vilken väte konverteras till el ger det också en väsentlig fördel.

Kan vätebilar hjälpa till att bryta vårt oljeavhängighet? Vätefordon kommer att bidra till att minska detta beroende, men det kommer troligtvis att vara decennier innan tillräckligt med vätgasfordon används i vardagen för att göra en betydande skillnad på oljeimporten. På lång sikt kan emellertid effekten av vätebilar vara betydande.

Vätgasbilar är inte bara framtidens bilar - flera bränslecellfordon (eller FCV) är på väg just nu:

• Honda FCX klarhet: Detta är det enda bränslecellfordonet som faktiskt kan hyras av privatpersoner, men bara i delar av Kalifornien där vätgasbränslestationer är installerade. Honda tar ut $ 600 per månad för ett FCX-hyresavtal. Den första FCX levererades till en familj i Kalifornien den 25 juli 2008.
• Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV: Flottar med Equinox-SUV: er med bränsleceller har turnerat i Kalifornien, New York och Washington, D.C., för att demonstrera tekniken. Detta fordon är för närvarande inte tillgängligt för hyresavtal eller köp.
• Volkswagen Tiguan HyMotion: Precis som Chevrolet är Volkswagen inte redo att sälja eller hyra detta fordon, men HyMotion var en del av en National Hydrogen Road Tour som sprang från Portland, Maine, till Los Angeles, Calif.
• BMW Hydrogen 7: Även om BMW ännu inte är tillgängligt för allmänheten, har BMW gett detta fordon till kändisar - från början med skådespelaren Will Ferrell - under en längre användningstid.

Det har en befolkning på mindre än 300 000 människor, men ändå placerar Reykjavik, Island, sig för att bli världens första hållbara väteekonomi. Arktis-bilder / Getty Images

Om väteekonomin kommer att ge Förenta staterna en framtid fri från föroreningar och beroende av utländsk olja, måste det vara hållbart. Det vill säga den måste kunna hålla jämna steg med ökad befolkningstillväxt, ökad användning av energihungande teknik, förändringar i politik och förändringar i människors attityder till miljön och till kommande generationers välfärd. Det har uppskattats att det globala energibehovet kommer att fördubblas år 2050. Det är osannolikt att de snabbt minskande leveranserna av fossila bränslen skulle kunna hålla jämna steg med denna efterfrågan, så nya energiresurser kommer att vara avgörande.

Ett av de främsta hindren för en hållbar väteekonomi är att de metoder som för närvarande används för att utvinna väte från större molekyler är beroende av el - och att el genereras till stor del av metoder som skapar föroreningar. Om väteuttag utförs med hjälp av elektricitet från ett kolkraftverk, spelar det ingen roll att bränslecellen inte förorenar på grund av att föroreningen inträffade när vätet utvanns. Om väte ska vara en verklig icke-förorenande kraftkälla, kommer den elektricitet som används för att utvinna vätet måste produceras med en icke-förorenande metod som solkraft. För närvarande är detta vanligtvis inte fallet, så en verkligt hållbar väteekonomi kommer att kräva betydande förändringar i kraftproduktionen.

Lagring är också ett problem. Vätgasbränsle lagras i komprimerad flytande form och över tiden slipper en del av det genom förångning. Om en vätebil inte körs regelbundet, kommer förångningsförlusterna att öka bränsleets totala kostnad avsevärt. Och att komprimera flytande väte till en volym som kan transporteras i en bil kräver också mycket energi, och att energi kan ha genererats med metoder som orsakar föroreningar.

Vissa experter tror att förbättringar i vätgasproduktion och lagring kommer att leda till en hållbar väteekonomi på 15 till 30 år. Men idén om en väteekonomi har sina motståndare, av vilka många tror att en sådan ekonomi aldrig kan vara hållbar och att våra resurser skulle bättre användas för att utforska andra former av kraftproduktion. Det kan gå flera år innan det blir klart om väte verkligen är framtidens bränsle.

För mer information om väte, bränsleceller och andra relaterade ämnen, följ länkarna på nästa sida.

Relaterade artiklar

• Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
• Hur bränsleceller fungerar
• Hur väteekonomin fungerar
• Vad är skillnaden mellan ett bränslecellfordon och ett väte-på-begäran fordon?
• Hur gaspriser fungerar
• Vilka är farorna med vätendrivna fordon?
• Hur hybridbilar fungerar
• Hur global uppvärmning fungerar
• Hur bilmotorer fungerar

Fler bra länkar

• Fueleconomy.gov
• Bränsleceller 2000
• nova
• Honda FCX klarhet
• U.S. Department of Energy

källor

• Bossel, Ulf och Eliasson, Baldur. "Energi och väteekonomi." 8 januari 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 maj 2005. http://www.csmonitor.com/2005/0505/p01s04-usfp.html
• Friedemann, Alice. "Väteekonomin - energi och ekonomiskt svart hål." Kulturförändring. Sept. 2004. (22 aug. 2008) http://www.culturechange.org/alt_energy.htm
• Gizmag. "Honda kommer att släppa vätgasbränslecellbil - och bensinstation." (22 augusti 2008) http://www.gizmag.com/honda-fuel-cell-fcx/8394/
• Hall, Kevin G. "Oljeoberoende är möjligt, men vill USA verkligen ha det?" Milwaukee Journal Sentinel. 4 mars 2006. http://www.jsonline.com/story/index.aspx?id=405957
• Huffman, Mark. "Vätebränslecellbilar ger hopp om inte lättnad." Konsumentrelationer. 25 juni 2008. http://www.consumeraffairs.com/news04/2008/06/fuel_cell.html
• Llanos, Miguel. "Vätebilar redo att rulla - till ett pris." MSNBC. 23 juni 2004. http://www.msnbc.msn.com/id/4563676/
• Sinha, Vandana. "Volkswagen träffar vägen med bränslecellbil." Washington Business Journal. 11 augusti 2008. http://www.bizjournals.com/washington/stories/2008/08/11/daily14.html? ana = from_rss
• Vergano, Dan. "Hittills är vätendrivna bilar bränsle för framtida tankar." USA I DAG. 21 juli 2008. http://www.usatoday.com/tech/science/columnist/vergano/2008-07-20- väte-bilar_N.htm