Phillip Hopkins
0 
3151
484
Damprør ved Wairakei Geothermal Generation Station.Det ser ud til, at der hver dag er en ny meddelelse i nyheden om biler drevet af brændselsceller. Løfterne er forbløffende, da brændselsceller har potentialet til meget hurtigt at fordoble effektiviteten af biler og samtidig reducere luftforureningen markant.
På samme tid har der været flere nyheder i årtier om problemerne forbundet med olie. Alt fra olieudslip til ozonalarmer til opvarmning af gl-obal får skylden for vores afhængighed af fossile brændstoffer.
Disse to kræfter fører verden mod det, der bredt kendes som brintøkonomi. Hvis forudsigelserne er rigtige, begynder vi alle de næste årtier at se et fantastisk skift væk fra den fossile brændstoføkonomi, vi har i dag, mod en meget renere fremtid i brint.
Næste op
|
Kan samfundet rent faktisk foretage dette skift, eller vil de teknologiske, økonomiske og politiske barrierer holde os bundet til olie og andre fossile brændstoffer i det næste århundrede og videre? I denne artikel lærer du om fordelene ved en brintøkonomi sammen med dens potentielle problemer. Vi vil også undersøge noget af den teknologi, der ville gøre overgangen mulig.
I øjeblikket er USA og det meste af verden låst inde i, hvad der kunne kaldes the fossil brændstoføkonomi. Vores biler, tog og fly drives næsten udelukkende af olieprodukter som benzin og diesel. En enorm procentdel af vores kraftværker bruger olie, naturgas og kul til deres brændstof.
 |
Hvis strømmen af fossile brændstoffer til De Forenede Stater nogensinde blev afskåret, ville økonomien stoppe. Der ville ikke være nogen måde at transportere de produkter, som fabrikker producerer. Der ville ikke være nogen måde for folk at køre på arbejde. Hele økonomien, og faktisk hele det vestlige samfund, afhænger i øjeblikket af fossile brændstoffer.
Mens fossile brændstoffer har spillet en vigtig rolle i at få samfundet til det punkt, det er i dag, er der fire store problemer, som fossile brændstoffer skaber:
Luftforurening - Når biler brænder benzin, ville de ideelt set forbrænde den perfekt og skabe intet andet end kuldioxid og vand i deres udstødning. Desværre er forbrændingsmotoren ikke perfekt. I processen med at brænde benzin producerer den også:
- Kulmonoxid, en giftig gas
- Kvælstofoxider, den største kilde til byens smog
- Ubrændte kulbrinter, den vigtigste kilde til urban ozon
Katalytiske omformere eliminerer meget af denne forurening, men de er ikke perfekte. Luftforurening fra biler og kraftværker er et reelt problem i store byer.
 |
Det er dårligt nu, at mange byer i sommeren har farlige ozonniveauer i luften.
Miljøforurening - Processen med transport og opbevaring af olie har en stor indvirkning på miljøet, når noget går galt.
 Supertankere, der bliver fyldt med olie i Saudi-Arabien |
Et olieudslip, rørledningseksplosion eller brændebrand kan skabe et stort rod. Exxon Valdez-spild er det bedst kendte eksempel på problemet, men mindre spild forekommer konstant.
Global opvarmning - Når du forbrænder en gallon gas i din bil, udsender du cirka 2,3 kg (2 kg) kulstof i atmosfæren. Hvis det var fast kulstof, ville det være ekstremt mærkbart - det ville være som at kaste en 5-kilos pose sukker ud af vinduet på din bil for hver gallon brændt gas. Men fordi de 5 pund kulstof kommer ud som en usynlig gas, kuldioxid, er de fleste af os glemme det. Kuldioxid, der kommer ud af hver bils halerør, er en drivhusgas det hæver langsomt klodens temperatur. De ultimative effekter er ukendte, men det er en stærk mulighed for, at der til sidst vil ske dramatiske klimaændringer, der påvirker alle på planeten. Hvis iskapperne f.eks. Smelter, vil havniveauet stige markant og oversvømme og ødelægge alle kystbyer, der findes i dag. Det er en stor bivirkning.
Afhængighed - De Forenede Stater og de fleste andre lande kan ikke producere nok olie til at imødekomme efterspørgslen, så de importerer den fra olierige lande. Det skaber en økonomisk afhængighed. Når olieproducenter i Mellemøsten beslutter at hæve prisen på olie, har resten af verden ikke andet valg end at betale den højere pris.
I det foregående afsnit så vi de betydelige, verdensomspændende problemer, der er skabt af fossile brændstoffer. Brintøkonomien lover at eliminere alle de problemer, fossil brændstoføkonomi skaber. Fordelene ved brintøkonomien inkluderer derfor:
- Fjernelse af forurening forårsaget af fossile brændstoffer - Når brint bruges i en brændselscelle til at skabe strøm, er det en helt ren teknologi. Det eneste biprodukt er vand. Der er heller ingen miljøfarer som olieudslip at bekymre sig om med brint.
- Fjernelse af drivhusgasser - Hvis brintet kommer fra elektrolyse af vand, tilføjer brint ingen drivhusgasser til miljøet. Der er en perfekt cyklus - elektrolyse producerer brint fra vand, og brintet rekombineres med ilt for at skabe vand og kraft i en brændselscelle.
- Fjernelse af økonomisk afhængighed - Fjernelse af olie betyder ingen afhængighed af Mellemøsten og dens oliereserver.
- Distribueret produktion - Brint kan produceres overalt, hvor du har elektricitet og vand. Folk kan endda fremstille det i deres hjem med relativt simpel teknologi.
Problemerne med fossil brændstoføkonomi er så store, og de miljømæssige fordele ved brintøkonomien er så betydelige, at skubben mod brintøkonomien er meget stærk.
-| Vidste du? Sensorerne, der detekterer potentielle lækager i en brintdrevet forbrændingsmotor, blev udviklet af NASA til at detektere brintlækage under rumskyttelanseringer. Lær om andre NASA-innovationer i denne interaktive animation fra Discovery Channel. |
Det store spørgsmål med brintøkonomien er: "Hvor kommer brintet fra?" Derefter kommer spørgsmålet om transport, distribution og opbevaring af brint. Brint har en tendens til at være voluminøs og vanskelig i sin naturlige gasform.
Når begge disse spørgsmål er besvaret på en økonomisk måde, vil brintøkonomien være på plads.
Vi ser på hvert af disse spørgsmål separat i de følgende afsnit.
--Et af de mere interessante problemer med brintøkonomien er selve brintet. Hvor kommer det fra? Med den fossile brændstoføkonomi pumper du simpelthen det fossile brændstof ud af jorden (se Sådan fungerer olieboring) og finjusterer det (se -Hvordan raffinering af olie fungerer). Derefter forbrænder du det som en energikilde.
De fleste af os tager olie, benzin, kul og naturgas for givet, men de er faktisk ganske mirakuløse. Disse fossile brændstoffer repræsenterer lagret solenergi fra millioner af år siden. For millioner af år siden voksede planter ved hjælp af solenergi til at drive deres vækst. De døde og blev til sidst til olie, kul og naturgas. Når vi pumper olie fra jorden, tapper vi i det enorme solenergilager "gratis." Hver gang vi brænder en gallon benzin, frigiver vi den lagrede solenergi.
I brintøkonomien er der ikke noget lagerhus, man kan benytte sig af. Vi skal faktisk oprette e-nergien i realtid.
Der er to mulige kilder til brintet:
- Elektrolyse af vand - Ved hjælp af elektricitet er det let at opdele vandmolekyler for at skabe rent brint og ilt. En stor fordel ved denne proces er, at du kan gøre det hvor som helst. For eksempel kan du have en kasse i din garage, der producerer brint fra ledningsvand, og du kan brændstof din bil med det brint.
- Reform af fossile brændstoffer - Olie og naturgas indeholder kulbrinter - molekyler bestående af brint og kulstof. Brug af en enhed kaldet en brændstofprocessor eller en reformator, du kan opdele brintet fra kulstoffet i et carbonhydrid relativt let og derefter bruge brintet. Du kasserer den resterende kulstof til atmosfæren som kuldioxid.
-Den anden mulighed er naturligvis lidt pervers. Du bruger fossilt brændstof som kilde til brint til brintøkonomien. Denne tilgang reducerer luftforurening, men det løser hverken drivhusgasproblemet (fordi der stadig er kulstof, der går ud i atmosfæren) eller afhængighedsproblemet (du har stadig brug for olie). Det kan dog være et godt midlertidigt skridt at tage under overgangen til brintøkonomien. Når du hører om "brændselscelle-drevne køretøjer", der er udviklet af bilselskaberne lige nu, planlægger næsten alle at få brint til brændselscellerne fra benzin ved hjælp af en reformer. Årsagen er, at benzin er en let tilgængelig brintkilde. Indtil der er "brintstationer" på hvert hjørne, ligesom vi har tankstationer nu, er dette den nemmeste måde at få brint til at drive et køretøjs brændselscelle.
Det interessante ved den første mulighed er, at det er kernen i den reelle brintøkonomi. At have en ren brintøkonomi, brintet skal stamme fra vedvarende kilder snarere end fossile brændstoffer, så vi holder op med at frigive kulstof i atmosfæren. At have nok elektricitet til at adskille brint fra vand og generere denne elektricitet uden at bruge fossile brændstoffer, vil være den største ændring, som vi ser i at skabe brintøkonomi.
 Bayswater Power Station (New South Wales, Australien) skaber elektricitet ved hjælp af trykdamp til at køre turbogeneratorer. |
Hvor kommer elektriciteten til elektrolyse af vand fra? Lige nu kommer omkring 68 procent (reference) af den producerede elektricitet i USA fra kul eller naturgas. Al denne produktionskapacitet skal erstattes af vedvarende kilder i brintøkonomien. Derudover skal al den fossile brændstofenergi, der nu bruges til transport (i biler, lastbiler, tog, både, fly) være nødt til at konvertere til brint, og at brint også vil blive oprettet med elektricitet. Med andre ord, den elektriske produktionskapacitet i landet bliver nødt til at fordobles for at tage på kravene om transport, og så bliver det alle nødt til at konvertere fra fossile brændstoffer til vedvarende kilder. På det tidspunkt, og kun på det tidspunkt, vil strømmen af kulstof i atmosfæren stoppe.
Lige nu er der flere forskellige måder at skabe elektricitet, der ikke bruger fossile brændstoffer:
- Atomkraft
- Vandkraft dæmninger
- Solceller
- Vindturbine
- Geotermisk kraft
- Bølgekraft og tidevandskraft
- Samproduktion (For eksempel kan et savværk forbrænde bark for at skabe kraft, eller et deponeringsanlæg kan forbrænde metan, som det rådne affald producerer.)
 Med uret øverst til højre: Solenergi-kraftværk; Atom kraftværk; hydroelektrisk dæmning; vindmølle |
I USA kommer omkring 20 procent af strømmen i øjeblikket fra atomkraft og 7 procent kommer fra vandkraft. Sol, vind, geotermisk energi og andre kilder genererer kun 5 procent af strømmen - næppe nok til at sige noget.
I fremtiden, med et teknologisk gennembrud, ser det ud til, at en af to ting vil ske for at skabe brintøkonomien: Enten vil atomkraft eller solenergi generere kapacitet stige dramatisk. Husk, at den elektriske genereringskapacitet i en ren brintøkonomi skal tilnærmelsesvis fordobles, fordi al den energi til transport, der i øjeblikket kommer fra olie, skal erstattes med elektrisk genereret brint. Så antallet af kraftværker fordobles, og alle fossile brændselsanlæg udskiftes.
Det elektriske produktionsproblem er sandsynligvis den største barriere for brintøkonomien. Når teknologien er forfinet og bliver billig, kan brændselscellekøretøjer, der drives af brint, erstatte benzinforbrændingsmotorer i løbet af et årti eller to. Men det er muligvis ikke så let at skifte kraftværker til atomkraft og sol. Atomkraft har politiske og miljømæssige problemer, og solenergi har i øjeblikket omkostninger og lokaliseringsproblemer.
-| Åben for erhvervslivet Brintfyldningsstationer er allerede åbne i flere lande, herunder De Forenede Stater, Island, Japan og Tyskland. Se FuelCells.org - verdensomspændende brændstofbrændstofstationer for at finde en brintstation i nærheden af dig. |
-I dette øjeblik er problemet med at sætte køretøjer med rent brint på vejen lagrings- / transportproblemet. Brint er en voluminøs gas, og det er ikke så let at arbejde med som benzin. Komprimering af gassen kræver energi-y, og komprimeret brint indeholder langt mindre energi end det samme volumen benzin. Imidlertid overflader løsninger til brintoplagringsproblemet.
For eksempel kan brint opbevares i fast form i et kemikalie kaldet natriumborhydrid, og denne teknologi er vist i nyheden for nylig, fordi Chrysler tester det. Dette kemikalie er skabt af boraks (en almindelig ingrediens i nogle vaskemidler). Når natriumborhydrid frigiver sit brint, omdannes det til boraks, så det kan genanvendes.
Når lagringsproblemet er løst og standardiseret, bliver et netværk af brintstationer og transportinfrastrukturen nødt til at udvikle sig omkring det. Den største barriere for dette kan være den teknologiske sorteringsproces. Stationer vil ikke udvikle sig hurtigt, før der er en lagerteknologi, der klart dominerer markedet. For eksempel, hvis alle brintdrevne biler fra alle producenter brugte natriumborhydrid, kunne et stationsnetværk hurtigt udvikle sig; den slags standardisering er usandsynligt, at der sker hurtigt, hvis historien er nogen vejledning.
Der kan også være et teknologisk gennembrud, der hurtigt kan ændre spillereglen. For eksempel, hvis nogen kunne udvikle et billigt genopladeligt batteri med høj kapacitet og en hurtig opladningstid, ville elbiler ikke have brug for brændselsceller, og der ville ikke være behov for brint på vejen. Biler oplades direkte ved hjælp af elektricitet.
- Du vil høre mere og mere om brintøkonomien i nyhederne i de sammenhængende måneder, fordi trommeslaget vokser højere. Miljøproblemerne i fossil brændstoføkonomi kombineres med gennembrud i brændselscelleteknologi, og sammenkoblingen giver os mulighed for at tage de første skridt.
Det mest indlysende trin, vi vil se, er markedsføring af køretøjer med brændselscelle. Selvom de oprindeligt vil blive drevet af benzin og reformatorer, udgør brændselsceller to store forbedringer i forhold til forbrændingsmotoren:
- De er cirka dobbelt så effektive.
- De kan reducere luftforurening i byerne markant.
Flytning til en ren brintøkonomi bliver sværere. De kraftproduktionsanlæg bliver nødt til at skifte over til vedvarende energikilder, og markedspladsen bliver nødt til at blive enige om måder at opbevare og transportere brint på. Disse forhindringer vil sandsynligvis medføre, at overgangen til brintøkonomien er en ret lang proces.
Hvis du vil lære mere om brintøkonomien og teknologierne derunder, kan du tjekke linkene på næste side.
relaterede artikler
- Brændselscelle-quiz
- -Sådan fungerer brændselsceller
- Sådan fungerer hybridbiler
- Sådan fungerer elbiler
- Sådan fungerer solceller
- Sådan fungerer vandkraftværker
- Sådan fungerer brændstofprocessorer
- Sådan fungerer katalytiske omformere
- Sådan fungerer benzin
- Sådan fungerer raffinering
- Sådan fungerer olieboring
- Sådan fungerer gaspriser
- Har klimaskeptikere ret?
Flere gode links
- National Hydrogen Association
- Dawn of the Hydrogen Age
- Rocky Mountain Institute
- Hydrogenenergiecenter
- Ovonics-energikonverteringsenheder
- Produktion af elektricitetsnet - PDF
- FuelCellStore.com: Hydrogenopbevaring
- Natriumtetrahydridoborat
- Elektrolyse af vand ved hjælp af en elektrisk strøm - bruger laboratorieudstyr
- Elektrolyse: Opnåelse af brint fra vand
- Kemisk energi - PDF