Elke keer dat u benzine in uw auto pompt, raakt de wereldvoorraad van fossiele brandstoffen enigszins uitgeput . Deze brandstoffen, waaronder aardolie en kolen , zijn de gecondenseerde overblijfselen van levende organismen uit de prehistorie. De voorraad van deze brandstoffen is beperkt en zal op den duur opraken. Erger nog, een groot deel van dit aanbod van aardolie wordt gecontroleerd door een paar landen die gezegend zijn met een overvloed aan olie en deze landen kunnen zowel de aardolievoorziening als de prijs dicteren. Bovendien compliceert de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen door een land als de Verenigde Staten de toch al complexe zaken van buitenlandse betrekkingen en nationale veiligheid. Fossiele brandstoffen voorzien al eeuwenlang in een groot deel van de energiebehoefte van de wereld, maar er is een grens aan hoe lang ze dat in de toekomst kunnen blijven doen.
Het universum waarin we leven bestaat voor ongeveer 75 procent uit waterstof, hoewel er hier op het aardoppervlak verrassend weinig zuivere waterstof is. Waterstofgas bestaat over het algemeen als H2 moleculen, waarin twee waterstofatomen aan elkaar zijn gebonden. Omdat H2 moleculen zijn zo licht dat niet-opgesloten waterstofgas gemakkelijk naar de top van de atmosfeer van de aarde kan drijven en zelfs de ruimte in kan ontsnappen. De meeste waterstof op grondniveau is in moleculaire vorm verbonden met andere elementen -- in water bijvoorbeeld, waar waterstof wordt gecombineerd met zuurstof om H2 te vormen O moleculen.
Er zijn verschillende methoden die kunnen worden gebruikt om zuivere waterstof te produceren uit waterstofhoudende moleculen. Waterstof kan worden gewonnen uit aardgas (veruit de meest gebruikelijke methode), het kan door elektrolyse uit water worden verwijderd of het kan biologisch worden geproduceerd uit algen of bepaalde soorten bacteriën. Sommige van de meer veelbelovende methoden voor waterstofproductie worden nog steeds onderzocht, terwijl andere, zoals winning uit aardgas, algemeen worden gebruikt.
In 1970 bedacht de scheikundige John Bockris de term waterstofeconomie om te verwijzen naar een toekomst waarin alle voertuigen waterstof zouden gebruiken als brandstof. Een belangrijke stap in deze richting was de ontwikkeling van een apparaat dat een brandstofcel . wordt genoemd , die elektriciteit opwekt met waterstof. Grote autofabrikanten hebben al conceptauto's geproduceerd die worden aangedreven door brandstofcellen, de Volkswagen Tiguan HyMotion en de Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV zijn twee voorbeelden, en er is al minstens één productiemodel voor waterstofbrandstofcellen beschikbaar in Californië, de Honda FCX Clarity.
Inhoud
Een van de belangrijkste voordelen van een waterstofeconomie is dat brandstofcellen niet vervuilend zijn. Bij het opwekken van elektriciteit in een brandstofcel ontstaat er geen CO2-uitstoot. Een waterstofbrandstofcel produceert twee bijproducten:warmte en water. Als elk voertuig op de weg zou worden aangedreven door een waterstofbrandstofcel, zouden de bekende smogwolken die boven veel Amerikaanse steden hangen, waarvan de meeste afkomstig zijn van uitlaatgassen van voertuigen, grotendeels verdwijnen. Volgens de Environmental Protection Agency woont de helft van alle Amerikanen in gebieden waar er voldoende vervuiling is om een negatief effect op de menselijke gezondheid te hebben, dus het verminderen van smog zou een aanzienlijk voordeel zijn.
Verbrandingsmotoren, die brandstoffen verbranden die zijn afgeleid van het element koolstof , verschillende bijproducten produceren, voornamelijk kooldioxide , water , en de kleine deeltjes materie waarnaar we verwijzen als roet . Het roet kan, wanneer het wordt uitgestoten in de lucht die door mensen wordt ingeademd, astma, longkanker en andere ziekten veroorzaken. Bovendien zijn de meeste wetenschappers van mening dat grotere hoeveelheden koolstofdioxide in de atmosfeer bijdragen aan de opwarming van de aarde, wat uiteindelijk schadelijke klimaatveranderingen kan veroorzaken over een groot deel van onze planeet.
Het omschakelen van verbrandingsmotoren naar niet-vervuilende brandstofbronnen zoals waterstof zal belangrijk zijn om deze problemen in de 21 st te verminderen. eeuw. Maar met meer dan 130 miljoen benzine-aangedreven voertuigen op de weg vandaag, is het onwaarschijnlijk dat brandstofcelauto's in de nabije toekomst genoeg verschil zullen maken om significante milieuverbeteringen te realiseren. Geschat wordt dat vroege brandstofcelauto's minstens $ 100.000 zullen kosten, wat ze buiten het bereik van de gewone bestuurder zal maken. Een ander punt van aandacht is dat de infrastructuur die nodig is om deze auto's praktisch te maken, inclusief waterstofproductiefabrieken en tankstations, nog niet beschikbaar is. Sommige waarnemers zijn van mening dat op korte termijn veranderingen in het milieu zullen plaatsvinden door het gecombineerde gebruik van waterstofauto's en andere soorten voertuigen, waaronder elektrische auto's op batterijen en auto's die andere alternatieve brandstoffen gebruiken.
Bestaande luchtverontreiniging zal niet snel verdwijnen. Roet bezinkt in een kwestie van weken of maanden uit de atmosfeer, maar kooldioxide blijft aanzienlijk langer in de atmosfeer. Zelfs als alle bronnen van koolstofemissies vandaag zouden worden geëlimineerd, kan het nog tientallen jaren duren voordat de atmosferische koolstofniveaus weer normaal zijn. Bovendien zijn auto's slechts één bron van koolstofemissies. Andere, zoals kolencentrales, zouden ook sterk moeten worden ingeperkt om de opwarming van de aarde te voorkomen.
WaterstofefficiëntieEen ander groot voordeel van een waterstofbrandstofcel is de efficiëntie. Een verbrandingsmotor gebruikt minder dan 20 procent van de chemische energie in benzine, waardoor het een relatief inefficiënt proces is. Een brandstofcel is daarentegen aanzienlijk efficiënter en gebruikt ongeveer 60 procent van de beschikbare energie in waterstof.
Meer dan de helft van de olie die in de Verenigde Staten wordt gebruikt, wordt geïmporteerd uit andere landen. Dit heeft een aanzienlijke impact op de economie van de VS. Tweederde van deze geïmporteerde olie wordt gebruikt voor transport. Omdat zoveel olie van buiten de Verenigde Staten komt, hebben we geen controle over veranderingen in prijzen en aanbod. Veel van de olie komt uit politiek instabiele regio's in het Midden-Oosten. Pogingen om de VS te bevrijden van de afhankelijkheid van olie uit het Midden-Oosten dateren uit de jaren zeventig; de hoeveelheid geïmporteerde olie is sindsdien echter toegenomen. Bovendien is de bezorgdheid over de Amerikaanse olieafhankelijkheid nog groter geworden na de terroristische gebeurtenissen van 11 september 2001.
Een ander probleem met onze afhankelijkheid van olie is dat stijgende olieprijzen een effect hebben op de hele Amerikaanse economie, waardoor de prijs stijgt van bijna elk product dat olie gebruikt bij de productie ervan of dat olie nodig heeft om de markt te bereiken. De olieprijzen zijn de afgelopen jaren sterk gestegen, waarbij de prijs van benzine en diesel in 2008 tussen de $ 4 en $ 5 per gallon schommelde.
Zal waterstof goedkoper zijn dan benzine? Het Amerikaanse ministerie van Energie schat dat de huidige generatie brandstofcellen elektriciteit produceren tegen een prijs van ongeveer $ 225 per kilowatt. Helaas zullen de prijzen moeten dalen tot ongeveer $ 30 per kilowatt voordat waterstof kan concurreren met benzine als brandstof; de National Research Council voorspelt echter dat de kosten van waterstof zelf, gemeten per kilometer, binnenkort wel 50 procent lager kunnen zijn dan de huidige kosten van benzine. Uiteraard zal dit voordeel gestaag blijven toenemen naarmate de gasprijs stijgt. De efficiëntie waarmee waterstof wordt omgezet in elektriciteit geeft het ook een aanzienlijk voordeel.
Kunnen waterstofvoertuigen onze olieverslaving helpen doorbreken? Waterstofvoertuigen zullen deze afhankelijkheid helpen verminderen, maar het zal waarschijnlijk tientallen jaren duren voordat er voldoende waterstofvoertuigen in het dagelijks gebruik zijn om een significant verschil te maken in de olie-import. Op de lange termijn kan de impact van waterstofauto's echter aanzienlijk zijn.
Waterstofauto's zijn niet alleen de auto's van de toekomst -- er zijn momenteel verschillende brandstofcelvoertuigen (of FCV's) op de weg:
Als de waterstofeconomie de Verenigde Staten een toekomst wil bieden die vrij is van vervuiling en afhankelijkheid van buitenlandse olie, moet deze duurzaam zijn. Dat wil zeggen, het moet gelijke tred kunnen houden met de toegenomen bevolkingsgroei, het toegenomen gebruik van energieverslindende technologie, veranderingen in de politiek en veranderingen in de houding van mensen ten opzichte van het milieu en het welzijn van toekomstige generaties. Er wordt geschat dat de wereldwijde energiebehoefte tegen het jaar 2050 zal verdubbelen. Het is onwaarschijnlijk dat de snel afnemende voorraden fossiele brandstoffen deze vraag kunnen bijbenen, dus nieuwe energiebronnen zullen cruciaal zijn.
Een van de belangrijkste obstakels voor een duurzame waterstofeconomie is dat de methoden die momenteel worden gebruikt om waterstof uit grotere moleculen te winnen, afhankelijk zijn van elektriciteit - en dat elektriciteit grotendeels wordt opgewekt met methoden die vervuiling veroorzaken. Als de waterstofwinning wordt uitgevoerd met elektriciteit uit een kolencentrale, maakt het niet uit dat de brandstofcel niet vervuilt omdat de vervuiling is opgetreden toen de waterstof werd gewonnen. Als waterstof een echte niet-vervuilende energiebron wil worden, moet de elektriciteit die wordt gebruikt om de waterstof te extraheren, worden geproduceerd met een niet-vervuilende methode zoals zonne-energie. Op dit moment is dit meestal niet het geval, dus een echt duurzame waterstofeconomie vereist substantiële veranderingen in de energieopwekking.
Opslag is ook een probleem. Waterstofbrandstof wordt opgeslagen in gecomprimeerde vloeibare vorm en na verloop van tijd ontsnapt een deel ervan door verdamping. Als er niet regelmatig met een waterstofauto wordt gereden, zullen de verdampingsverliezen de totale brandstofkosten aanzienlijk verhogen. En het comprimeren van vloeibare waterstof tot een volume dat in een auto kan worden vervoerd, vereist ook veel energie, en die energie kan zijn opgewekt met methoden die vervuiling veroorzaken.
Sommige experts zijn van mening dat verbeteringen in de productie en opslag van waterstof over 15 tot 30 jaar zullen leiden tot een duurzame waterstofeconomie. Het idee van een waterstofeconomie heeft echter zijn tegenstanders, van wie velen geloven dat een dergelijke economie nooit duurzaam kan zijn en dat onze hulpbronnen beter kunnen worden gebruikt bij het verkennen van andere vormen van energieopwekking. Het kan nog jaren duren voordat duidelijk wordt of waterstof echt de brandstof van de toekomst is.
Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen
Meer geweldige links
Bronnen
