Hvad er fordelene ved brintdrevne køretøjer?

Volkswagen Tiguan HyMotion er et eksempel på et konceptkøretøj drevet af en brændstofcelle. Se flere billeder af alternative brændstofbiler. Volkswagen of America

Hver gang du pumper benzin ind i din bil, udtømmer du nogensinde verdens forsyning med fossile brændstoffer. Disse brændstoffer, der inkluderer petroleum og kul, er de kondenserede rester af levende organismer fra forhistorisk tid. Udbuddet af disse brændstoffer er begrænset og vil til sidst løbe tør. Værre er, at meget af denne forsyning med olie kontrolleres af nogle få nationer, der er velsignet med en overflod af olie, og disse nationer kan diktere både petroleumsforsyningen og dens pris. Desuden komplicerer afhængighed af fossile brændstoffer fra en nation som De Forenede Stater yderligere komplicerede spørgsmål om udenrigsrelationer og national sikkerhed. Fossilt brændstof har opfyldt meget af verdens energibehov i flere århundreder, men der er en grænse for, hvor længe de kan fortsætte med at gøre det i fremtiden.

Alternativt billedgalleri med brændstofkøretøj

Universet, vi lever i, består af cirka 75 procent brint, skønt der er overraskende lidt rent brint her på jordoverfladen. Brintgas findes generelt som H₂ molekyler, hvor to hydrogenatomer er bundet sammen. Fordi H₂ molekyler er så lette, uholdet brintgas kan let flyde til toppen af ​​jordens atmosfære og faktisk kan flygte ud i rummet. Det meste af brint på jordniveau er bundet i molekylær form med andre elementer - i vand, for eksempel, hvor brint kombineres med ilt til dannelse af H₂O-molekyler.

Der er flere metoder, der kan bruges til at fremstille rent brint fra brintholdige molekyler. Brint kan ekstraheres fra naturgas (langt den mest almindelige metode), det kan fjernes fra vand gennem elektrolyse, eller det kan produceres biologisk fra alger eller visse slags bakterier. Nogle af de mere lovende metoder til brintproduktion undersøges stadig, mens andre, såsom ekstraktion fra naturgas, er i almindelig brug.

I 1970 opfandt kemikeren John Bockris begrebet brintøkonomi at henvise til en fremtid, hvor alle køretøjer ville bruge hydrogen som brændstof. Et vigtigt trin i denne retning har været udviklingen af ​​en enhed kaldet a brændselscelle, der genererer elektricitet ved hjælp af brint. Større bilproducenter har allerede produceret konceptbiler drevet af brændselsceller, Volkswagen Tiguan HyMotion og Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV er to eksempler, og mindst én produktionsmodel for brændstofcelleproduktion er allerede tilgængelig i Californien, Honda FCX Clarity.

Hvorfor skubbe på brintteknologi? Er det virkelig så meget bedre end forbrug af fossilt brændstof? Hvad med brintøkonomien - er det endda muligt? Tag en dyb indånding og læs næste side.

Indhold

1. Ikke mere forurening?
2. Ikke mere udenlandsk olieafhængighed?
3. Er brintøkonomien bæredygtig?

Eftermiddagstrafik strømmer langs smogfyldte Beijing-gader den 14. juli 2008. Er det muligt for køretøjer, der er drevet af brintbrændselsceller, at reducere forureningen i luften? FREDERIC J. BROWN / AFP / Getty Images

En af de vigtigste fordele ved en brintøkonomi er, at brændselsceller ikke forurener. Der produceres ingen kulstofemissioner, når der genereres elektricitet i en brændselscelle. En brintbrændselscelle producerer to biprodukter - varme og vand. Hvis hvert køretøj på vejen blev drevet af en brintbrændselscelle, ville de velkendte smogskyer, der hænger over mange amerikanske byer, hvoraf de fleste stammer fra køretøjets udstødning, i vid udstrækning forsvinde. Ifølge Environmental Protection Agency bor halvdelen af ​​alle amerikanere i områder, hvor der er tilstrækkelig forurening til at give en negativ effekt på menneskers sundhed, så reduktion af smog ville være en betydelig fordel.

Forbrændingsmotorer, der brænder brændstof, der stammer fra elementet kulstof, producerer adskillige biprodukter, primært carbondioxid, vand, og de små stofpartikler, som vi refererer til som sod. Sodet, når det sprøjtes ud i luft indåndet af mennesker, kan forårsage astma, lungekræft og andre sygdomme. Derudover mener de fleste forskere, at øgede mængder kuldioxid i atmosfæren bidrager til den globale opvarmning, som i sidste ende kan forårsage skadelige klimaændringer over store dele af vores planet.

Konvertering fra forbrændingsmotorer til ikke-forurenende brændstofkilder som brint vil være vigtigt for at reducere disse problemer i 21^st århundrede. Men med mere end 130 millioner benzindrevne køretøjer på vejen i dag, er det usandsynligt, at brændselscellebiler vil gøre nok af en forskel i den nærmeste fremtid til at producere betydelige miljøforbedringer. Det anslås, at tidlige brændstofcellebiler koster mindst $ 100.000, hvilket vil sætte dem uden for den almindelige chaufførs rækkevidde. Et andet punkt at gøre er, at den infrastruktur, der er nødvendig for at gøre disse biler praktisk, herunder brintproduktionsanlæg og tankstationer, endnu ikke er tilgængelig. Nogle observatører mener, at miljøændringer på kort sigt vil ske gennem den kombinerede brug af brintbiler og andre typer køretøjer, herunder batteridrevne elbiler og biler, der bruger andre alternative brændstofformer.

Eksisterende atmosfærisk forurening forsvinder ikke snart. Sod slår sig ud af atmosfæren i løbet af uger eller måneder, men kuldioxid forbliver i betydeligt længere tid. Selv hvis alle kilder til kulstofemissioner blev elimineret i dag, kan det stadig tage årtier, før de atmosfæriske kulstofniveauer vender tilbage til det normale. Desuden er biler kun en kilde til CO2-emissioner. Andre, såsom kulfyrede kraftværker, ville også være nødt til at begrænses kraftigt for at forhindre global opvarmning.

Hydrogeneffektivitet

En anden vigtig fordel ved en brintbrændselscelle er dens effektivitet. En forbrændingsmotor bruger mindre end 20 procent af den kemiske energi i benzin, hvilket gør det til en relativt ineffektiv proces. I modsætning hertil er en brændselscelle betydeligt mere effektiv og bruger ca. 60 procent af den tilgængelige energi i brint.

Et nyt brintdrevet køretøj af Nissan vises under en Hydrogen Ride and Drive-begivenhed på Liberty Science Center den 13. august 2008 i Jersey City, N. J. Spencer Platt / Getty Images

Mere end halvdelen af ​​den olie, der bruges i USA, importeres fra andre lande. Dette har en betydelig indflydelse på den amerikanske økonomi. To tredjedele af denne importerede olie bruges til transport. Fordi så meget olie kommer fra uden for De Forenede Stater, er ændringer i priser og levering stort set uden for vores kontrol. Meget af olien kommer fra politisk ustabile regioner i Mellemøsten. Forsøg på at befri USA fra afhængighed af olie fra Mellemøsten går tilbage til 1970'erne; Imidlertid er mængden af ​​importeret olie faktisk steget siden da. Derudover er bekymringen over U.S.-olieafhængighed vokset endnu større efter terrorbegivenhederne den 11. september 2001.

Et andet problem med vores afhængighed af olie er, at stigende oliepriser har en indflydelse på hele den amerikanske økonomi, hvilket øger prisen på næsten ethvert produkt, der bruger olie i dens fremstilling, eller som kræver olie for at nå markedet. Oliepriserne er steget kraftigt i de senere år, med prisen på benzin og dieselolie svævende inden for $ 4 til $ 5 per gallon i hele 2008.

Vil brint være billigere end benzin? U.S.A. Department of Energy estimerer, at den nuværende generation af brændselsceller producerer elektricitet til en pris på ca. $ 225 pr. Kilowatt. Desværre er priserne nødt til at falde til ca. $ 30 pr. Kilowatt, inden brint er konkurrencedygtigt med benzin som brændstof; det nationale forskningsråd forudsiger imidlertid, at omkostningerne ved selve brintet, målt på en kilometerbasis, snart kunne være så meget som 50 procent lavere end de nuværende omkostninger til benzin. Det er klart, at denne fordel vil fortsætte med at stige støt, når prisen på gas stiger. Effektiviteten, hvormed brint omdannes til elektricitet, giver det også en betydelig fordel.

Kan brintkøretøjer hjælpe med at bryde vores olieafhængighed? Hydrogenkøretøjer vil hjælpe med at reducere denne afhængighed, men det vil sandsynligvis gå flere årtier, før nok brintbiler er i daglig brug til at gøre en betydelig forskel på olieimport. På lang sigt kan imidlertid påvirkningen af ​​brintbiler være betydelig.

Brintbiler er ikke kun fremtidens biler - flere brændselscellebiler (eller FCV'er) er på vej lige nu:

• Honda FCX klarhed: Dette er det eneste køretøj, der faktisk kan lejes af private, men kun i dele af Californien, hvor brændstofbrændstofstationer er installeret. Honda opkræver $ 600 per måned for en FCX-lejekontrakt. Den første FCX blev leveret til en familie i Californien den 25. juli 2008.
• Chevrolet Equinox brændselscelle-SUV: Flåder af brændselscelle-drevne Equinox-SUV'er har turneret i Californien, New York og Washington, D.C., for at demonstrere teknologien. Dette køretøj er ikke i øjeblikket tilgængeligt til leje eller køb.
• Volkswagen Tiguan HyMotion: Ligesom Chevrolet er Volkswagen ikke klar til at sælge eller lease dette køretøj, men HyMotion var en del af en National Hydrogen Road Tour, der kørte fra Portland, Maine, til Los Angeles, Calif.
• BMW Hydrogen 7: Selvom BMW endnu ikke er tilgængelig for offentligheden, har BMW givet dette køretøj til berømtheder - begyndende med skuespiller Will Ferrell - i lang tids brug.

Det har en befolkning på under 300.000 mennesker, men alligevel positionerer Reykjavik, Island, sig for at blive verdens første bæredygtige brintøkonomi. Arktiske billeder / Getty-billeder

Hvis brintøkonomien vil give USA en fremtid fri for forurening og afhængighed af udenlandsk olie, skal den være bæredygtig. Det vil sige, at den skal kunne følge med i øget befolkningstilvækst, øget brug af energihungerende teknologi, ændringer i politik og ændringer i folks holdning til miljøet og over for kommende generationers velfærd. Det er blevet anslået, at verdensomspændende energibehov vil blive fordoblet inden år 2050. Det er usandsynligt, at de hurtigt faldende forsyninger med fossile brændstoffer kunne følge med i denne efterspørgsel, så nye energiressourcer vil være afgørende.

En af de største hindringer for en bæredygtig brintøkonomi er, at de metoder, der i øjeblikket bruges til at udvinde brint fra større molekyler, er afhængige af elektricitet - og at elektricitet produceres stort set ved metoder, der skaber forurening. Hvis brintekstraktion udføres ved hjælp af elektricitet fra et kuldrevet kraftværk, betyder det ikke, at brændselscellen ikke forurener, fordi forureningen opstod, da brintet blev udvundet. Hvis brint skal være en ægte ikke-forurenende strømkilde, skal den elektricitet, der bruges til at udvinde brintet, produceres ved en ikke-forurenende metode, såsom solenergi. På nuværende tidspunkt er dette normalt ikke tilfældet, så en virkelig bæredygtig brintøkonomi vil kræve betydelige ændringer i kraftproduktion.

Opbevaring er også et problem. Brintbrændstof opbevares i komprimeret flydende form, og med tiden slipper noget af det gennem fordampning. Hvis en brintbil ikke køres regelmæssigt, vil fordampningstabene øge den samlede udgift af brændstof betydeligt. Og komprimering af flydende brint til et volumen, der kan transporteres i en bil, kræver også en hel del energi, og at energi kan være genereret ved hjælp af metoder, der forårsager forurening.

Nogle eksperter mener, at forbedringer i brintproduktion og -lagring vil føre til en bæredygtig brintøkonomi om 15 til 30 år. Ideen om en brintøkonomi har imidlertid sine modstandere, hvoraf mange mener, at en sådan økonomi aldrig kan være bæredygtig, og at vores ressourcer ville blive bedre brugt til at udforske andre former for kraftproduktion. Det kan gå år, før det bliver klart, om brint virkelig er fremtidens brændstof.

For mere information om brint, brændselsceller og andre relaterede emner, skal du følge linkene på næste side.

Relaterede artikler

• Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
• Sådan fungerer brændselsceller
• Sådan fungerer brintøkonomien
• Hvad er forskellen mellem et brændstofcellekøretøj og et brint-på-efterspørgselskøretøj?
• Sådan fungerer gaspriser
• Hvad er farerne ved brintdrevne køretøjer?
• Sådan fungerer hybridbiler
• Sådan fungerer global opvarmning
• Sådan fungerer bilmotorer

Flere gode links

• Fueleconomy.gov
• Brændstofceller 2000
• Nova
• Honda FCX klarhed
• U.S. Department of Energy

Kilder

• Bossel, Ulf og Eliasson, Baldur. "Energi og brintøkonomi." 8. januar 2003. http://www.methanol.org/pdf/HydrogenEconomyReport2003.pdf
• Carseek. "Hydrogenbrændstofcellebilteknologi." 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. "Hydrogenøkonomien - energi og økonomisk sort hul." Kulturændring. Sept. 2004. (22. august 2008) http://www.culturechange.org/alt_energy.htm
• Gizmag. "Honda er indstillet til at frigive brændstofcellebil - og hjemmebrændstofstation." (22. august 2008) http://www.gizmag.com/honda-fuel-cell-fcx/8394/
• Hall, Kevin G. "Olieuafhængighed er mulig, men ønsker U.S. virkelig det?" Milwaukee Journal Sentinel. 4. marts 2006. http://www.jsonline.com/story/index.aspx?id=405957
• Huffman, Mark. "Hydrogenbrændstofcellebiler bringer håb, hvis ikke lettelse." ConsumerAffairs. 25. juni 2008. http://www.consumeraffairs.com/news04/2008/06/fuel_cell.html
• Llanos, Miguel. "Brintbiler klar til at rulle - til en pris." MSNBC. 23. juni 2004. http://www.msnbc.msn.com/id/4563676/
• Sinha, Vandana. "Volkswagen rammer vejen med brændstofcellebil." Washington Business Journal. 11. august 2008. http://www.bizjournals.com/washington/stories/2008/08/11/daily14.html? ana = from_rss
• Vergano, Dan. "Indtil videre er brintdrevne biler brændstof til fremtidige tanker." USA I DAG. 21. juli 2008. http://www.usatoday.com/tech/science/columnist/vergano/2008-07-20- hydrogen-cars_N.htm