Stoomleidingen bij het geothermische generatorstation Wairakei. Het lijkt alsof er elke dag een nieuwe aankondiging in het nieuws is over auto's die worden aangedreven door brandstofcellen. De beloften zijn verleidelijk, aangezien brandstofcellen het potentieel hebben om de efficiëntie van auto's zeer snel te verdubbelen en tegelijkertijd de luchtvervuiling aanzienlijk te verminderen.
Tegelijkertijd zijn er al tientallen jaren nieuwsberichten over de problemen die met aardolie samenhangen. Alles, van olielekkages tot ozonwaarschuwingen tot opwarming van de aarde, wordt toegeschreven aan onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen.
Deze twee krachten leiden de wereld naar wat algemeen bekend staat als de waterstofeconomie . Als de voorspellingen uitkomen, zullen we de komende decennia allemaal een verbazingwekkende verschuiving zien van de fossiele brandstofeconomie die we vandaag hebben, naar een veel schonere waterstoftoekomst.
Kan de samenleving deze verschuiving daadwerkelijk maken, of houden de technologische, economische en politieke barrières ons de komende eeuw en daarna gebonden aan aardolie en andere fossiele brandstoffen? In dit artikel leer je over de voordelen van een waterstofeconomie, samen met de mogelijke problemen. We zullen ook enkele technologie onderzoeken die de overgang mogelijk zouden maken.
Inhoud
Momenteel zitten de Verenigde Staten en het grootste deel van de wereld vast in wat het verbruik van fossiele brandstoffen zou kunnen worden genoemd. . Onze auto's, treinen en vliegtuigen worden bijna uitsluitend van brandstof voorzien door aardolieproducten zoals benzine en diesel. Een enorm percentage van onze energiecentrales gebruikt olie, aardgas en steenkool als brandstof.
Als de stroom van fossiele brandstoffen naar de Verenigde Staten ooit zou worden afgesneden, zou de economie tot stilstand komen. Er zou geen manier zijn om de producten die fabrieken produceren te vervoeren. Mensen zouden niet met de auto naar hun werk kunnen rijden. De hele economie, en eigenlijk de hele westerse samenleving, is momenteel afhankelijk van fossiele brandstoffen.
Hoewel fossiele brandstoffen een belangrijke rol hebben gespeeld om de samenleving te krijgen waar ze nu is, zijn er vier grote problemen die fossiele brandstoffen veroorzaken:
Luchtvervuiling - Wanneer auto's benzine verbranden, zouden ze het idealiter perfect verbranden en niets anders dan koolstofdioxide en water in hun uitlaat produceren. Helaas is de verbrandingsmotor niet perfect. Tijdens het verbranden van de benzine produceert het ook:
Katalysatoren elimineren veel van deze vervuiling, maar ze zijn niet perfect. Luchtvervuiling door auto's en energiecentrales is een reëel probleem in grote steden.
Het is al erg genoeg dat in de zomer in veel steden gevaarlijke ozonconcentraties in de lucht hangen.
Milieuvervuiling - Het proces van het transporteren en opslaan van olie heeft een grote impact op het milieu als er iets misgaat.
Supertankers worden geladen met olie in Saoedi-Arabië
Een olielek, een explosie in een pijpleiding of een bronbrand kan een enorme puinhoop veroorzaken. De lekkage van Exxon Valdez is het bekendste voorbeeld van het probleem, maar er gebeuren voortdurend kleine lekkages.
Opwarming van de aarde - Wanneer u een liter gas in uw auto verbrandt, stoot u ongeveer 2,3 kg koolstof uit in de atmosfeer. Als het vaste koolstof zou zijn, zou het extreem merkbaar zijn - het zou zijn alsof je een zak suiker van 5 pond uit het raam van je auto gooit voor elke gallon verbrand gas. Maar omdat de 5 pond koolstof eruit komt als een onzichtbaar gas, koolstofdioxide, zijn de meesten van ons zich er niet van bewust. De koolstofdioxide die uit de uitlaat van elke auto komt, is een broeikasgas waardoor de temperatuur van de planeet langzaam stijgt. De uiteindelijke effecten zijn onbekend, maar de kans is groot dat er uiteindelijk dramatische klimaatveranderingen zullen plaatsvinden die iedereen op de planeet zullen treffen. Als de ijskappen bijvoorbeeld smelten, zal de zeespiegel aanzienlijk stijgen, waardoor alle huidige kuststeden onder water komen te staan en worden vernietigd. Dat is een grote bijwerking.
Afhankelijkheid - De Verenigde Staten en de meeste andere landen kunnen niet genoeg olie produceren om aan de vraag te voldoen, dus importeren ze het uit olierijke landen. Dat creëert een economische afhankelijkheid. Wanneer de olieproducenten in het Midden-Oosten besluiten de olieprijs te verhogen, heeft de rest van de wereld weinig andere keus dan de hogere prijs te betalen.
In de vorige paragraaf zagen we de grote, wereldwijde problemen die fossiele brandstoffen met zich meebrengen. De waterstofeconomie belooft alle problemen die de fossiele brandstofeconomie met zich meebrengt, te elimineren. Daarom omvatten de voordelen van de waterstofeconomie:
De problemen met de fossiele brandstofeconomie zijn zo groot, en de milieuvoordelen van de waterstofeconomie zo groot, dat de drang naar de waterstofeconomie zeer sterk is.
| Wist je dat? De sensoren die potentiële lekken detecteren in een door waterstof aangedreven verbrandingsmotor zijn door NASA ontwikkeld om waterstoflekken te detecteren tijdens lanceringen van de spaceshuttle. |
De grote vraag bij de waterstofeconomie is:"Waar komt de waterstof vandaan?" Daarna komt de kwestie van het transporteren, distribueren en opslaan van waterstof. Waterstof heeft de neiging om omvangrijk en lastig te zijn in zijn natuurlijke gasvorm.
Zodra beide vragen op een economische manier zijn beantwoord, zal de waterstofeconomie op zijn plaats zijn.
We zullen elk van deze vragen afzonderlijk bekijken in de volgende secties.
B
Een van de interessantere problemen met de waterstofeconomie is de waterstof zelf. Waar zal het vandaan komen? Met de fossiele brandstofeconomie pompt u de fossiele brandstof eenvoudig uit de grond (zie Hoe olieboringen werken) en verfijnt u deze (zie Hoe olieraffinage werkt). Dan verbrand je het als energiebron.
De meesten van ons nemen olie, benzine, kolen en aardgas als vanzelfsprekend aan, maar ze zijn eigenlijk heel wonderbaarlijk. Deze fossiele brandstoffen vertegenwoordigen opgeslagen zonne-energie van miljoenen jaren geleden. Miljoenen jaren geleden groeiden planten met behulp van zonne-energie om hun groei te stimuleren. Ze stierven en veranderden uiteindelijk in olie, kolen en aardgas. Als we olie uit de grond pompen, boren we dat enorme zonne-energiemagazijn 'gratis' aan. Telkens wanneer we een liter benzine verbranden, laten we die opgeslagen zonne-energie vrij.
In de waterstofeconomie is er geen pakhuis om aan te boren. We moeten de energie daadwerkelijk in realtime creëren.
Er zijn twee mogelijke bronnen voor de waterstof:
De tweede optie is natuurlijk een beetje pervers. U gebruikt fossiele brandstof als bron van waterstof voor de waterstofeconomie. Deze aanpak vermindert de luchtvervuiling, maar lost het broeikasgasprobleem (omdat er nog steeds koolstof in de atmosfeer komt) of het afhankelijkheidsprobleem (je hebt nog steeds olie nodig) niet op. Wel kan het tijdens de transitie naar de waterstofeconomie een goede tijdelijke stap zijn. Als je hoort over 'auto's met brandstofcellen' die momenteel door de autofabrikanten worden ontwikkeld, zijn ze bijna allemaal van plan om de waterstof voor de brandstofcellen uit benzine te halen met behulp van een reformer. De reden is dat benzine een gemakkelijk verkrijgbare bron van waterstof is. Totdat er op elke hoek "waterstofstations" zijn, zoals we nu benzinestations hebben, is dit de gemakkelijkste manier om waterstof te verkrijgen om de brandstofcel van een voertuig van stroom te voorzien.
Het interessante van de eerste optie is dat het de kern is van de echte waterstofeconomie. Om een pure waterstofeconomie te hebben , moet de waterstof afkomstig zijn uit hernieuwbare bronnen in plaats van fossiele brandstoffen, zodat we stoppen met het vrijgeven van koolstof in de atmosfeer. Het hebben van voldoende elektriciteit om waterstof van water te scheiden en het opwekken van die elektriciteit zonder fossiele brandstoffen te gebruiken, zal de grootste verandering zijn die we zien bij het creëren van de waterstofeconomie.
De Bayswater Power Station (New South Wales, Australië) wekt elektriciteit op door gebruik te maken van stoom om turbogeneratoren te laten draaien.
Waar komt de elektriciteit voor de elektrolyse van water vandaan? Op dit moment is ongeveer 68 procent (referentie) van de elektriciteit die in de Verenigde Staten wordt geproduceerd, afkomstig van steenkool of aardgas. Al die opwekkingscapaciteit zal in de waterstofeconomie moeten worden vervangen door hernieuwbare bronnen. Bovendien zal alle fossiele energie die nu voor transport wordt gebruikt (in auto's, vrachtwagens, treinen, boten, vliegtuigen) moeten worden omgezet in waterstof, en die waterstof zal ook met elektriciteit worden gemaakt. Met andere woorden, de elektrische opwekkingscapaciteit in het land zal moeten verdubbelen om aan de eisen van transport te kunnen voldoen, en dan zal het allemaal moeten worden omgezet van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare bronnen. Op dat moment, en alleen op dat moment, stopt de koolstofstroom in de atmosfeer.
Op dit moment zijn er verschillende manieren om elektriciteit op te wekken die geen fossiele brandstoffen gebruiken:
Met de klok mee vanaf rechtsboven:zonne-elektrische centrale; kerncentrale; Hydro-elektrische dam; windturbine
In de Verenigde Staten komt momenteel ongeveer 20 procent van de stroom uit kernenergie en 7 procent uit waterkracht. Zonne-, wind-, geothermische en andere bronnen genereren slechts 5 procent van de stroom - nauwelijks genoeg om van belang te zijn.
In de toekomst, behoudens een technologische doorbraak, lijkt het waarschijnlijk dat een van de twee dingen zal gebeuren om de waterstofeconomie te creëren:de opwekkingscapaciteit van kernenergie of zonne-energie zal dramatisch toenemen. Bedenk dat in een pure waterstofeconomie de elektrische opwekkingscapaciteit ongeveer moet verdubbelen omdat alle energie voor transport die nu uit olie komt, vervangen moet worden door elektrisch opgewekte waterstof. Het aantal elektriciteitscentrales zal dus verdubbelen en alle fossiele brandstofcentrales zullen worden vervangen.
Het probleem van de opwekking van elektriciteit is waarschijnlijk de grootste barrière voor de waterstofeconomie. Als de technologie eenmaal is verfijnd en goedkoop wordt, kunnen brandstofcelvoertuigen op waterstof in de loop van een decennium of twee de verbrandingsmotoren van benzine vervangen. Maar het veranderen van de energiecentrales naar nucleair en zonne-energie is misschien niet zo eenvoudig. Kernenergie heeft politieke en milieuproblemen, en zonne-energie heeft momenteel kosten- en locatieproblemen.
| Open voor bedrijven Waterstoftankstations zijn al geopend in verschillende landen, waaronder de Verenigde Staten, IJsland, Japan en Duitsland. Zie FuelCells.org - Wereldwijde waterstoftankstations om een waterstofstation bij u in de buurt te vinden. |
Op dit moment is het probleem met het op de weg zetten van voertuigen op pure waterstof het opslag-/transportprobleem. Waterstof is een volumineus gas en het is lang niet zo gemakkelijk om mee te werken als benzine. Het comprimeren van het gas vereist energie en gecomprimeerde waterstof bevat veel minder energie dan dezelfde hoeveelheid benzine. Er komen echter oplossingen voor het waterstofopslagprobleem aan de oppervlakte.
Waterstof kan bijvoorbeeld in vaste vorm worden opgeslagen in een chemische stof die natriumboorhydride wordt genoemd, en deze technologie is onlangs in het nieuws verschenen omdat Chrysler het aan het testen is. Deze chemische stof is gemaakt van borax (een veelgebruikt ingrediënt in sommige wasmiddelen). Terwijl natriumboorhydride zijn waterstof afgeeft, verandert het weer in borax, zodat het kan worden gerecycled.
Als het opslagprobleem is opgelost en gestandaardiseerd, moet er een netwerk van waterstofstations en de transportinfrastructuur omheen ontstaan. De belangrijkste belemmering hiervoor zou het technologische sorteerproces kunnen zijn. Stations zullen zich niet snel ontwikkelen totdat er een opslagtechnologie is die duidelijk de markt domineert. Als bijvoorbeeld alle waterstofauto's van alle fabrikanten natriumboorhydride zouden gebruiken, zou er snel een stationsnetwerk kunnen ontstaan; dat soort standaardisatie zal waarschijnlijk niet snel gebeuren, als de geschiedenis een leidraad is.
Mogelijk komt er ook een technologische doorbraak die het speelveld snel kan veranderen. Als iemand bijvoorbeeld een goedkope oplaadbare batterij met een hoge capaciteit en een snelle oplaadtijd zou kunnen ontwikkelen, zouden elektrische auto's geen brandstofcellen nodig hebben en zou er geen waterstof op de weg nodig zijn. Auto's zouden direct worden opgeladen met elektriciteit.
Over de waterstofeconomie hoor je de komende maanden steeds meer in het nieuws, want het tromgeroffel wordt steeds luider. De milieuproblemen van de fossiele brandstofeconomie worden gecombineerd met doorbraken in brandstofceltechnologie, en de koppeling zal ons in staat stellen de eerste stappen te zetten.
De meest voor de hand liggende stap die we zullen zien, is de marketing van voertuigen op brandstofcel . Hoewel ze in eerste instantie zullen worden aangedreven door benzine en reformers, belichamen brandstofcellen twee belangrijke verbeteringen ten opzichte van de verbrandingsmotor:
Benzine-aangedreven brandstofcelvoertuigen zijn vanwege die voordelen een uitstekende overgangsstap.
Op weg naar een pure waterstofeconomie zal moeilijker zijn. De elektriciteitscentrales zullen moeten overschakelen op hernieuwbare energiebronnen en de markt zal het eens moeten worden over manieren om waterstof op te slaan en te transporteren. Door deze hindernissen zal de overgang naar de waterstofeconomie waarschijnlijk een vrij lang proces worden.
Gerelateerde artikelen
Meer geweldige links
