211service.com
Ažiotažas apie vandenilį
Vandenilio ir kuro elementų automobiliai yra labai reklamuojami. JAV energetikos departamentas paskyrė juos pagrindiniu savo švarios energijos pastangų centru. Kalifornijos valstija pranešė, kad per ateinančius kelerius metus nuties vandenilio greitkelį su vandenilio degalinėmis prie pagrindinių greitkelių kas 20 mylių. „General Motors“ daugiau nei ketvirtadalį savo mokslinių tyrimų biudžeto išleidžia kuro elementų transporto priemonėms, o Larry Burnsas, GM viceprezidentas, atsakingas už mokslinius tyrimus, plėtrą ir planavimą, vasario mėnesį pareiškė, kad įmonė iki 2010 m. turės komerciškai perspektyvią transporto priemonę su kuro elementais.
Vis dėlto, nepaisant visų šių ažiotažų, vandeniliniai automobiliai greičiausiai išliks prastesni už geriausias benzinines ir elektrines hibridines transporto priemones, tokias kaip Toyota Prius, pagal kainą, diapazoną, metines degalų sąnaudas, patogumą ir saugumą bent iki 2030 m. Prius bendras daugelio teršalų išmetimas bus mažesnis nei automobilių, varomų vandeniliu, kurį artimiausioje ateityje greičiausiai bus galima įsigyti degalinėse. O per ankstyvas spaudimas vandeniliniams automobiliams pakenktų pastangoms sumažinti šilumą sulaikančio anglies dioksido emisiją, sukeliančią pasaulinę klimato kaitą.
Kad vandeniliniai automobiliai taptų ir praktiški vartotojų požiūriu, ir pageidaujami aplinkosaugos požiūriu, reikės bent trijų pagrindinių technologijų proveržių. Be to, tauta turės dramatiškai pakeisti savo energetikos politiką į atsinaujinančius energijos šaltinius, tokius kaip vėjas ir saulė.
Nesupraskite manęs klaidingai. Esu tvirtas vandenilio, kaip galimo kuro ateičiai, šalininkas. Tiesą sakant, didžiąją dešimtojo dešimtmečio dalį padėjau prižiūrėti Energetikos departamento švarios energijos, įskaitant vandenilį, programą – tuo metu mes dešimt kartų padidinome finansavimą vandenilio technologijoms. Manau, kad tolesni vandenilio tyrimai tebėra svarbūs, nes po 2030 m. jis gali tapti neteršiančiu naftos pakaitalu.
Tačiau šiuo metu peržengti mokslinius tyrimus ir plėtrą iki realaus vandenilio infrastruktūros kūrimo – kaip daugelis pasisako – yra nepateisinama ir neprotinga. Albertos universiteto inžinerijos profesorius Peteris Flynnas padarė išvadą 2002 m. tyrime apie pastangas komercializuoti gamtinėmis dujomis varomas transporto priemones: perdėti teiginiai pakenkė alternatyvių transporto kuro rūšių patikimumui ir sulėtino priėmimą, ypač didelių komercinių pirkėjų.
Trumpai pažiūrėkime, kodėl vandeniliniai automobiliai dar toli nuo prasmės.
Tai brangu
Vandenilio ekonomikoje pagrindinis energijos nešiklis būtų vandenilis, gaminamas iš neužterštų energijos šaltinių. Šis tikslas remiasi dviem ramsčiais: neužterštu vandenilio šaltiniu ir įrenginiu, kuris švariai paverčia šį vandenilį naudinga energija (kuro elementas).
Vandenilis nėra lengvai prieinamas energijos šaltinis, pavyzdžiui, anglis ar vėjas. Jis yra glaudžiai susietas su tokiomis molekulėmis kaip vanduo (H20) ir gamtinės dujos (daugiausia sudarytas iš metano arba CH4), todėl jį išgauti ir išvalyti yra brangu ir reikalauja daug energijos. Daugiau nei 95 procentai JAV vandenilio šiandien gaminama iš gamtinių dujų, nes tai yra pigiausias būdas. Tačiau vandenilio tiekimas iš gamtinių dujų į kuro elementų automobilio baką tinkamu pavidalu kainuoja keturis kartus daugiau nei benzinas su lygiaverčiu energijos kiekiu. Vandenilis iš neužterštų šaltinių, pavyzdžiui, atsinaujinančių šaltinių, yra dar brangesnis. Remiantis plačiausiais duomenimis, vandenilio infrastruktūra, sukurta remiantis esamomis arba beveik komercinėmis technologijomis, kainuotų daugiau nei 600 mlrd. studijuoti padarė Argonne nacionalinė laboratorija.
Kuro elementai yra maži, moduliniai, elektrocheminiai įtaisai, panašūs į baterijas, bet kurie gali būti nuolat maitinami kuru. Kuro elementas paima vandenilį ir deguonį bei išskiria elektrą ir šilumą; jo vienintelė emisija yra vanduo. Tai skamba kaip energijos panacėja, tačiau šiandien, praėjus daugiau nei 160 metų nuo pirmojo kuro elemento pastatymo ir daugiau nei 15 milijardų dolerių viešųjų ir privačių išlaidų, kuro elementų technologija vis dar nepasiekė didelės komercinės sėkmės.
Techniniai iššūkiai yra didžiuliai. 2003 m. rugsėjo mėn. JAV Energetikos departamento pagrindinių vandenilio ekonomikos tyrimų poreikių grupė, kuriai pirmininkavo MIT fizikos ir elektros inžinerijos profesorė Mildred Dresselhaus, pranešė, kad transporto kuro elementai yra 100 kartų brangesni nei vidaus degimo varikliai. Brandžiausiose vandenilio kaupimo sistemose, naudojančiose itin aukštą slėgį, tūrio vienete yra nuo 7 iki 10 kartų mažiau energijos nei benzino, ir jiems reikia daug suspaudimo energijos. Dar praėjusį mėnesį prestižinė Nacionalinės mokslų akademijos komisija padarė išvadą, kad toks saugojimas mažai žada ilgalaikį praktiškumą. Šį mėnesį Amerikos fizikos draugijos paskelbtoje ataskaitoje padaryta išvada, kad reikia atrasti naują medžiagą, kad būtų išspręsta saugojimo problema.
Energetikos departamento komisija pažymėjo, kad vandenilio gamybos sąnaudos turėtų būti sumažintos keturis kartus, kad vandenilis būtų ekonomiškai konkurencingas šiandieniniam iškastiniam kurui. Didelės pažangos taip pat reikės vandenilio infrastruktūros ir saugos srityje. Grupė padarė išvadą, kad šių spragų negalima užpildyti laipsniškai tobulinant dabartinę techniką, o vietoj to reikia revoliucinių konceptualių proveržių.
Jei tai skamba taip, kad praeis daug laiko, kol rinkoje pamatysime komerciškai perspektyvų produktą, tai neturėtų stebinti. Proveržiai, kurie keičia energijos technologijas, yra reti. Prireikė maždaug 20 metų vėjo ir saulės energijos, kad po didelių vyriausybės ir privataus sektoriaus investicijų į mokslinius tyrimus, plėtrą ir diegimą kainos sumažėjo dešimt kartų, ir jos vis dar sudaro gerokai mažiau nei vieną procentą JAV elektros energijos.
Alternatyvaus kuro transporto priemonės (AFV) yra didesnis iššūkis, nes jos turi įveikti trilijonus dolerių investicijas į benzino tiekimo infrastruktūrą. Dvi pagrindinės pastangos komercializuoti AFV per pastaruosius du dešimtmečius – elektrinės ir gamtinėmis dujomis varomos transporto priemonės – žlugo, nors elektra ir gamtinės dujos yra plačiai prieinamos ir nebrangios. Vandenilio, priešingai, vargu ar kur galima įsigyti ir jis yra gana brangus. Mūsų automobiliai ir degalų tiekimo infrastruktūra yra sukurti naudojant skystąjį kurą, kurio energijos tankis yra didelis ir yra lengviau valdomas nei išsklaidytas dujas, tokias kaip vandenilis.
Remdamasis mano diskusijomis su ekspertais iš visos šalies, manau, mažai tikėtina, kad iki 2030 m. vandeniliniai automobiliai pasieks net penkis procentus rinkos. Tačiau mes neturėtume skubėti diegti vandenilinių automobilių.
Tai nebūtinai švarus
Paplitusi klaidinga nuomonė, kad vandenilis iš prigimties yra naudingas aplinkai. Tačiau iš tikrųjų vandenilis nėra ekologiškesnis už energijos šaltinius, naudojamus jam gaminti. Kaip pažymėjo Nacionalinės akademijos komisija, labai tikėtina, kad iškastinis kuras kelis dešimtmečius bus pagrindinis vandenilio šaltinis. Bet koks ankstyvas spaudimas vandenilinių automobilių link neišvengiamai reikštų, kad vandenilis būtų gaunamas iš pigiausio šiandieninio šaltinio – gamtinių dujų. Tačiau, atsižvelgiant į Šiaurės Amerikos dujų tiekimo apribojimus, mes tiesiog prekiaujame importuotomis dujomis į importuotą naftą.
Dar svarbiau yra tai, kad kuro elementų automobilis, varomas vandeniliu, gautu iš gamtinių dujų, nesumažina reikšmingo šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekio, palyginti su pažangiomis hibridinėmis transporto priemonėmis, varomomis alyva – kaip 2003 m. MIT tyrimas padarė išvadą. Geriausi nauji hibridai smarkiai sumažino degalų sąnaudas, taigi ir šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisiją. Varomas mažai sieros turinčiu benzinu, 2004 m. Prius išmeta 90 procentų mažiau išmetamųjų teršalų nei vidutinis naujas automobilis.
Tačiau pigiausias vandenilis yra nešvarus. Remiantis Royal Dutch/Shell pasiūlytomis vandenilio degalinėmis, bendras azoto oksidų išmetimas iš kuro elementų transporto priemonės būtų trigubas kad iš geriausių naujų automobilių.
Taip pat svarbu, kad tokia strategija nukreiptų gamtines dujas nuo įvairių geresnių naudojimo būdų. Nors transporto priemonės, varomos iš gamtinių dujų gautu vandeniliu, nesumažins reikšmingo šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekio, palyginti su geriausiais benzinu varomais hibridais, perėjimas prie gamtinių dujų gali labai sumažinti elektros energijos gamybos įrenginių išmetamų teršalų kiekį. Anglimi kūrenamas generatorius į orą išskiria daugiau nei 1000 kilogramų anglies dvideginio už kiekvieną pagamintą elektros megavatvalandę. Geriausi dujomis kūrenami įrenginiai, priešingai, išskiria tik apie 350 kilogramų anglies dioksido per pagamintą megavatvalandę.
Panašiai, viena megavatvalandė elektros energijos iš atsinaujinančių šaltinių, jei ji būtų naudojama kuro elementų transporto priemonei vandeniliui gaminti, sutaupytų apie 230 kilogramų anglies dioksido, palyginti su benzinu varomu Prius. Tai yra maždaug 770 kilogramų mažiau nei sutaupoma iškeitus anglies energiją – ir tai galima sutaupyti neišleidžiant šimtų milijardų dolerių kuro elementų transporto priemonėms ir vandenilio infrastruktūrai. David Keith iš Carnegie Mellon ir Alexanderis Farrellas iš Kalifornijos universiteto Berklyje padarė išvadą 2003 m. liepos mėn. Mokslas Žurnalas: Kol iš elektros energijos gamybos išmetamas CO2 kiekis nebus iš esmės pašalintas, bus daug ekonomiškiau naudoti naują CO2 neutralią elektros energiją (pvz., vėjo ar branduolinę), kad sumažintumėte išmetamų teršalų kiekį, pakeičiant iškastinio kuro elektrą.
Tačiau JAV Kongresas nepriims teisės aktų, pagal kuriuos 2020 metais net 10 procentų elektros energijos būtų pagaminta iš atsinaujinančių šaltinių. Tai reiškia, kad vandeniliu varomi automobiliai neturės realios vertės kaip globalinio atšilimo strategija iki 2030 m. 2004 m. Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinės laboratorijos atlikta analizė padarė išvadą, kad net ir technologijų proveržiams ir dideliam anglies dioksido išmetimo mažinimui vandenilis neprasiskverbia į transportą. sektoriuje iš esmės iki 2035 m.
Šiuo metu atsinaujinančio vandenilio tiekimas į automobilį tinkamu pavidalu yra pernelyg brangus – prilygsta benzinui – 6–10 USD už galoną. Mums reikia didelio proveržio CO2 neutralaus vandenilio gamyboje, taip pat didelių žingsnių į priekį kuro elementų ir vandenilio saugojimo srityse, kad vandeniliniai automobiliai taptų patikimais konkurentais.
Per ateinančius du dešimtmečius atliekame mokslinius tyrimus ir plėtrą, jei norime išvengti katastrofiško visuotinio atšilimo, naująją CO2 emisiją neutralią elektrą turime padaryti savo prioritetu. 2003 m. kovo mėn analizė mokslininkų grupė, vadovaujama Keno Caldeiros iš Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos, ir paskelbta m. Mokslas žurnale, padarė išvadą, kad jei klimato jautrumas yra šiuo metu prognozuojamo diapazono viduryje, net stabilizuojant 4C atšilimą reikėtų kiekvieną dieną įrengti 410 megavatų anglies dvideginio neišskiriančių energijos pajėgumų, ty penkis kartus daugiau nei įprasta verslo prognozė.
Nors iki 2030 m. labai užterštuose miestuose vandenilinės transporto priemonės gali turėti nedidelę vertę, pakeisdamos dyzeliniais varikliais varomus automobilius, vargu ar iki 2030 m. kuro elementais varomi automobiliai sulauks sėkmės masinėje rinkoje. Nei vyriausybės politika, nei verslo investicijos neturėtų būti grindžiamos tikėjimu, kad vandeniliniai automobiliai artimiausiu ar vidutinės trukmės laikotarpiu turės reikšmingos komercinės sėkmės.
Joseph J. Romm Clinton administracijos metu ėjo energijos efektyvumo ir atsinaujinančios energijos sekretoriaus pavaduotojo pareigas. Šis straipsnis yra pagrįstas medžiaga iš jo knygos Ažiotažas apie vandenilį: faktai ir fantastika lenktynėse siekiant išsaugoti klimatą , kurį šį mėnesį paskelbė Island Press. Norėdami gauti daugiau informacijos apie knygą, eikite į www.coolcompanies.org .