По мере роста цен на технологии возобновляемых источников энергии и технологий хранения водородное топливо привлекает новое внимание.

Jorgo Chatzimarkakis заправлял свой водородный топливный элемент на одном из Заправочные станции 50-plus разбросанных по Германии, когда подошел водитель Тесла, который подзарядил свой автомобиль.

Человек был взволнован, увидев машину с водородным двигателем в действии и был наполнен вопросами. Чацимаркакис, который является генеральным секретарем Водородная Европа, был рад ответить на них, и оба говорили в течение нескольких минут.

Но к тому времени водородный автомобиль был полностью заправлен топливом, в то время как водитель Tesla все еще стоял долгое время, пока его аккумулятор заряжался.

«Это реальность, - говорит Чацимаркакис. «В настоящее время заправочные станции готовы, машина готова, я могу без проблем запланировать поездку из Швейцарии в Данию и в Норвегию».

В видении мира с водородным топливом было больше промахов, чем Wile E. Coyote, В 1923 британский генетик JBS Холдейн представил себе сеть водородно-генерирующих ветряных мельниц питая Великобританию, но ничего не вышло. В 1970, электрохимик из Южной Африки Джон Бокрис впервые использовал термин «водородная экономика» в речи, а затем опубликовал книга, описывающая, как может выглядеть мир с солнечным водородом, Но опять же ничего не изменилось. В 2002 американский экономический и социальный теоретик Джереми Рифкин утверждал, что водород может перехватить нефть, и что будущее энергии лежит в топливных элементах с водородным топливом.

Но промышленность не была готова, говорит Чацимаркакис. «Это было действительно очень справедливо, - сказал Джереми Рифкин, но политики и журналисты всегда хотят увидеть доказательство», - говорит он. «И в то время это было очень далеко от того, чтобы быть реализованным, потому что исследования не были достаточно продвинуты».

Водород приближается

Возможно, наконец, наступил момент водорода.

Япония планирует использовать Олимпийские игры 2020 в Токио для демонстрации своих видение водородного общества и вложил в US $ 348 миллион в создании водозаправочных станций и другой инфраструктуры. Германия запустила первый в мире поезда с водородом в дополнение к растущему числу водородные заправочные станции через всю страну. Швейцария покупка грузовиков с водородным двигателем 1,000, Норвегия водородные заправочные станции поскольку 2006 и Южная Корея инвестируя $ 2.33 млрд. долл. США в течение следующих пяти лет создать водородные заправочные станции, заводы топливных элементов, топливные ячейки и системы хранения водорода. В Австралии национальное научное учреждение CSIRO и главный ученый Алан Финкель отдельно сообщают о своих видениях для страны с водородом и экспортной промышленностью.

Coradia iLint начала поставки водорода в газу в 2018. Фото предоставлено Alstom | R Frampe

В основе водородной экономики лежит использование электроэнергии из возобновляемых источников, таких как солнечная энергия, ветер и гидроэнергетика, для разделения воды на кислород и водород - процесс, называемый электролиз, Этот «зеленый водород» может затем использоваться в топливных элементах для выработки электроэнергии, а топливные элементы могут использоваться индивидуально для управления транспортными средствами или в штабелях, чтобы поддерживать или даже приводить в действие сетку. Лучше всего, что выхлоп, вырабатываемый водородными топливными элементами, представляет собой воду, которая в один прекрасный день может быть снова захвачена и повторно использована для электролиза.

Экономика и климат

Итак, что изменилось, чтобы в конечном итоге привести водород к авангарду глобальных энергетических планов? Дженни Хейворд, старший научный сотрудник CSIRO и соавтор ее Национальная дорожная карта 2018, говорит, что более благоприятная экономика сыграла значительную роль.

«У вас есть производство, стоимость которого снижается, но также у вас есть сокращение расходов, - говорит Хейворд. Мало того, что цена на электричество от солнечной фотоэлектрической и ветровой энергии резко снизилась, но электролизерные технологии также стали намного дешевле, крупнее и эффективнее. В то же время водородные топливные элементы также улучшаются как по эффективности, так и по стоимости, говорит она.

Нажмите, чтобы увидеть инфографику Министерства энергетики США о водородном топливе.

По словам Джона Эндрюса, эксперта по устойчивой энергетике и профессора Университета RMIT в Мельбурне, Австралия, еще одна важная движущая сила - это увеличение срочности для значительных сокращений выбросов парниковых газов.

«Очень важно сохранить свое введение, связанное с тем, чтобы быть частью решения проблемы изменения климата», - говорит Эндрюс. «Речь идет не только о получении альтернативного топлива; это вопрос получения топливно-энергетической системы с нулевым уровнем выбросов ».

Продвижение адаптации водорода в качестве топлива было непростым. Несмотря на вековые стремления к водородной экономике, для преодоления этой проблемы были достигнуты некоторые важные технологические проблемы - и еще рано.

Решение проблемы хранения

Ключевой вопрос использования водорода для транспортировки диск, Совсем недавно стало возможно сжать водород в контейнер, достаточно маленький и достаточно легкий, чтобы поместиться в задней части пассажирского автомобиля, при этом все еще содержащая достаточно энергии, чтобы подпитывать этот автомобиль, по крайней мере, до 300 миль.

«Всегда считалось, что было бы очень трудно получить хранилище водорода, которое могло бы превзойти цели Министерства энергетики США для использования с водородными топливными ячейками», - говорит Эндрюс. Затем началась разработка резервуар для водорода высокого давления изготовленные из передовых композитов, которые смогли удовлетворить и даже превысить требования.

Хранение топлива было большой проблемой для транспортировки водорода. Недавние усовершенствования расширили диапазон пассажирских автомобилей до более чем 300 миль за заполнение. Фото © iStockphoto.com/Tramino

«Я думаю, что это заставило людей сесть и сказать« да », можно иметь форму хранения, которую можно использовать для перевозки водорода на борту транспортного средства и дать диапазон, сопоставимый с обычными автомобилями, и иметь время перезарядки - это критический преимущество водорода - всего несколько минут », - говорит он.

Транспортные автомобили с водородными топливными элементами теперь соответствуют или даже превышают диапазон обычных бензиновых или дизельных транспортных средств; Toyota утверждает, что Mirai получает около 312 миль из бака водорода. Это делает их гораздо более привлекательной перспективой для дальних поездок, чем автомобиль с электромобилем.

Это также делает их жизнеспособным вариантом для более трудолюбивых автомобилей, говорит Лиза Руф, координатор Водородная мобильность Европа и главный консультант Element Energy в Великобритании.

«В операциях для грузовых автомобилей, для такси, для служб экстренного реагирования вы должны иметь диапазон и время дозаправки, аналогичное обычным транспортным средствам», - говорит она, сославшись на случай Лондонская столичная полиция, который в этом году приобрел автомобили водородного топлива 11. 

Подача сетки

Согласно исследованию Морри Марковитц, президента компании, водород также рассматривается как способ поддержать стабильность энергоносителей с возобновляемой энергией. Ассоциация топливных элементов и водородной энергетики в США.

«Поскольку солнце не светит постоянно и ветер не дует, у возобновляемых источников есть проблема с перемежаемостью, поэтому вам нужно найти способ эффективно хранить создаваемые электроны», - говорит он. Избыточное электричество может быть использовано для электролиза электролита и создания водорода, который может использоваться в транспортных средствах на топливных элементах или стационарных топливных элементах или храниться для транспортировки.

Этот сценарий особенно привлекателен для отдаленных районов, таких как города-эмигранты в Австралии, которые в ином случае зависят от дизельных генераторов. Силовые города, использующие комбинацию возобновляемых источников энергии и хранения водорода, вскоре могут стать экономически эффективными, особенно по мере роста цен на дизельное топливо, говорит Хейворд.

Газовые компании также рассматривают водород как потенциальную альтернативу природному газу, который может использовать существующую инфраструктуру. «Это было бы фантастично; то они не полагаются на грузовики, входящие в дизельное топливо, им просто нужны их возобновляемые источники энергии », - говорит она. «У них может быть система, в которой у них есть топливный элемент, и они восстанавливают воду, поэтому это автономная система».

Газовые компании также рассматривают водород как потенциальную альтернативу природному газу, который может использовать существующую инфраструктуру.

«В частности, если мы собираемся пойти на высокие показатели сокращения выбросов, у них будет вся эта газовая инфраструктура, которая там не используется», - говорит Хейворд. «Что интересно в газораспределительных сетях, если они сделаны из ПВХ-труб, у вас может быть водород 100, хотя бы приборы и счетчики пришлось бы менять».

Эффект Гинденбурга

Невозможно говорить о водороде, не обращаясь к дирижаблю в комнате, что Марковиц называет «эффектом Гинденбурга». Зрелищный водородный афер, который был катастрофой Хинденбурга в Нью-Джерси в 1937, все еще преследует водородную промышленность, и проблема проблемы воспламеняемости и безопасности водорода неизбежно возникают в дискуссиях о водородной экономике.

Но Марковиц говорит, что водородная технология сегодня далеко продвинулась от водородной технологии той эпохи.

«Передовые материалы, такие как цистерны из углеродного волокна, датчики, компьютеры и другие вещи, улучшились настолько резко ... безопасность для водорода не должна быть проблемой», - говорит он. «В транспортном секторе и в других районах водородные транспортные средства сегодня встречаются или превосходят все, что есть на дороге».

Существуют также опасения, что увеличение поглощения водорода может повлиять на озоновый слой. исследование, проведенное в 2003 г. предположил, что если бы вся энергия генерации ископаемого топлива была заменена водородом, утечка газа в атмосферу могла бы взаимодействовать с кислородом с образованием водяного пара, который мог бы разрушить озоновый слой на значительное количество.

Другая критика, часто сделанная из водорода, заключается в том, что значительная сумма по-прежнему с использованием ископаемого топлива, В Соединенных Штатах большинство водорода получают посредством процесса, называемого реформирование природного газа, в котором природный газ взаимодействует с высокотемпературным паром для получения водорода, моноксида углерода и небольшого количества двуокиси углерода. Это также может быть сделано газифицирующий бурый уголь, что также приводит к СО₂ производства.

«Если вы будете следовать одному из этих маршрутов, чтобы получить водород, некоторые выбросы углекислого газа будут поступать с этих маршрутов, так что единственный способ сделать это нулевое излучение - связать это с улавливанием и хранением углерода», - говорит Эндрюс. «И это все еще большой вопрос относительно того, может ли это быть жизнеспособным, будет ли оно безопасным, и мы можем сохранить этот углекислый газ на протяжении тысяч лет под землей и может ли он когда-либо быть экономическим».

Измеренный подход

Существует ощущение неотложности обсуждений о водороде, что отражает широко распространенное признание необходимости декарбонизации транспорта, говорит Руф. Она утверждает, что, хотя на столе существует множество решений, водород способен решать проблемы, которые другие технологии не могут сделать так легко или экономически эффективно.

Но в то время как есть много волнений о потенциале водорода, Руф также советует для взвешенного подхода.

«Проблема, которую я имею в виду как сектор поддержки технологии водородных топливных элементов, заключается в том, что мы должны быть осторожны в рекламе, и мы должны иметь возможность управлять ожиданиями», - говорит она. «Это то, что требует времени и инвестиций. Это не произойдет в одночасье, но в долгосрочной перспективе это очень хорошее решение ».

Эта статья первоначально появилась на Ensia

Об авторе

Бьянка Ногради - независимый научный журналист, которому еще предстоит провести исследование, которое она не находит увлекательным. Она пишет для различных магазинов, в том числе Природа, Хранитель, Австралийский Географический, BBC Future и Австралийская вещательная корпорация.  twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

Примечание редактора. В прошлом автор писал контракт на CSIRO, хотя и не связанный с водородным топливом.

Книги этого автора

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon