211service.com
Ažiotāža par ūdeņradi
Ūdeņraža un degvielas šūnu automašīnas tiek plaši popularizētas. ASV Enerģētikas departaments ir izvirzījis tos par savu tīras enerģijas centienu galveno uzmanību. Kalifornijas štats ir paziņojis, ka tuvāko gadu laikā būvēs ūdeņraža maģistrāli ar ūdeņraža degvielas uzpildes stacijām ik pēc 20 jūdzēm gar galvenajām maģistrālēm. General Motors vairāk nekā ceturto daļu sava pētniecības budžeta tērē kurināmā elementu transportlīdzekļiem, un Lerijs Bērnss, GM viceprezidents pētniecības, izstrādes un plānošanas jautājumos, februārī sacīja, ka uzņēmumam līdz 2010. gadam būs komerciāli dzīvotspējīgs transportlīdzeklis ar degvielas elementu.
Tomēr, neskatoties uz visu šo ažiotāžu, ūdeņraža automašīnas, visticamāk, paliks zemākas par labākajiem benzīna un elektriskajiem hibrīdautomobiļiem, piemēram, Toyota Prius, praktiski visos aspektos — izmaksu, diapazona, ikgadējā degvielas rēķina, ērtību un drošības ziņā vismaz līdz 2030. gadam. Prius daudzu piesārņotāju kopējās emisijas būs pat zemākas nekā automašīnām, kas darbojas ar ūdeņradi, kas, visticamāk, būs pieejams degvielas uzpildes stacijās tuvākajā nākotnē. Un priekšlaicīga virzība uz ūdeņraža automašīnām apdraudētu centienus samazināt siltumu noturošās oglekļa dioksīda emisijas, kas izraisa globālās klimata pārmaiņas.
Lai ūdeņraža automašīnas kļūtu gan praktiskas no patērētāja viedokļa, gan vēlamas no vides perspektīvas, būs nepieciešami vismaz trīs lieli tehnoloģiju sasniegumi. Turklāt valstij būs dramatiski jāmaina sava enerģētikas politika uz atjaunojamiem enerģijas avotiem, piemēram, vēja un saules enerģiju.
Nepārprotiet mani nepareizi. Es esmu spēcīgs ūdeņraža kā iespējamās nākotnes degvielas piekritējs. Patiesībā es palīdzēju pārraudzīt Enerģētikas departamenta programmu tīrai enerģijai, tostarp ūdeņradim, lielāko daļu 90. gadu, un šajā laikā mēs desmitkārtīgi palielinājām finansējumu ūdeņraža tehnoloģijām. Es uzskatu, ka nepārtraukta ūdeņraža izpēte joprojām ir svarīga, jo tā potenciāls pēc 2030. gada var nodrošināt naftas aizstājēju bez piesārņojuma.
Taču šobrīd iet tālāk par pētniecību un izstrādi, lai faktiski izveidotu ūdeņraža infrastruktūru — kā daudzi to atbalsta — ir gan nepamatoti, gan nesaprātīgi. Kā secināja Albertas Universitātes inženieru profesors Pīters Flinns 2002. gadā veiktajā pētījumā par dabasgāzes transportlīdzekļu komercializāciju: pārspīlēti apgalvojumi ir iedragājuši alternatīvu transporta degvielu uzticamību un kavējuši to pieņemšanu, īpaši lielo komerciālo pircēju vidū.
Īsi apskatīsim, kāpēc ūdeņraža automašīnas joprojām ir tālu no jēgas.
Tas ir dārgi
Ūdeņraža ekonomikā galvenais enerģijas nesējs būtu ūdeņradis, kas tiek ražots no enerģijas avotiem, kas nerada piesārņojumu. Šis mērķis balstās uz diviem pīlāriem: ūdeņraža avotu bez piesārņojuma un ierīci ūdeņraža tīrai pārvēršanai noderīgā enerģijā (kurināmā šūna).
Ūdeņradis nav viegli pieejams enerģijas avots, piemēram, ogles vai vējš. Tas ir cieši saistīts ar tādām molekulām kā ūdens (H20) un dabasgāze (galvenokārt sastāv no metāna jeb CH4), tāpēc tās ieguve un attīrīšana ir dārga un energoietilpīga. Vairāk nekā 95 procenti ASV ūdeņraža mūsdienās tiek ražoti no dabasgāzes, jo tā ir lētākā metode. Tomēr ūdeņraža piegāde no dabasgāzes uz degvielas šūnu automašīnas tvertni izmantojamā veidā maksā četras reizes vairāk nekā benzīns ar līdzvērtīgu enerģijas daudzumu. Ūdeņradis no bezpiesārņojuma avotiem, piemēram, atjaunojamiem avotiem, ir vēl dārgāks. Ūdeņraža infrastruktūra, kas veidota, pamatojoties uz esošām vai gandrīz komerciālām tehnoloģijām, izmaksātu vairāk nekā 600 miljardus ASV dolāru, liecina visplašākā informācija. pētījums veica Argonnes Nacionālā laboratorija.
Kurināmā elementi ir mazas, modulāras, elektroķīmiskas ierīces, līdzīgas akumulatoriem, bet kuras var nepārtraukti darbināt ar degvielu. Kurināmā šūna uzņem ūdeņradi un skābekli un izdala elektrību un siltumu; tās vienīgās emisijas ir ūdens. Tas izklausās kā enerģētikas panaceja, taču šodien, vairāk nekā 160 gadus pēc pirmās kurināmā elementa uzbūvēšanas un pēc vairāk nekā 15 miljardu dolāru valsts un privātajiem izdevumiem, kurināmā elementu tehnoloģija joprojām nav guvusi lielus komerciālus panākumus.
Tehniskie izaicinājumi ir milzīgi. 2003. gada septembrī ASV Enerģētikas departamenta ekspertu grupa par ūdeņraža ekonomikas pamatpētījumu vajadzībām, kuru vadīja MIT fizikas un elektrotehnikas profesore Mildred Dresselhaus, ziņoja, ka transporta kurināmā elementi ir 100 reizes dārgāki nekā iekšdedzes dzinēji. Visnobriedušākās ūdeņraža uzglabāšanas sistēmas, kurās izmanto īpaši augstu spiedienu, satur septiņas līdz desmit reizes mazāk enerģijas uz tilpuma vienību nekā benzīns, un tām ir nepieciešams ievērojams kompresijas enerģijas daudzums. Tikai pagājušajā mēnesī prestižā Nacionālās Zinātņu akadēmijas ekspertu grupa secināja, ka šādai uzglabāšanai ir maz solījumu par ilgtermiņa praktiskumu. Un šomēnes American Physical Society publicētajā ziņojumā secināts, ka ir jāatklāj jauns materiāls, lai atrisinātu uzglabāšanas problēmu.
Enerģētikas departamenta ekspertu grupa atzīmēja, ka ūdeņraža ražošanas izmaksas būtu jāsamazina četras reizes, lai ūdeņradis būtu ekonomiski konkurētspējīgs ar mūsdienu fosilo kurināmo. Būtu nepieciešami arī lieli sasniegumi ūdeņraža infrastruktūras un drošības jomā. Ekspertu grupa secināja, ka šīs nepilnības nevar pārvarēt ar pakāpenisku pašreizējās tehnikas attīstības progresu, bet tā vietā ir nepieciešami revolucionāri konceptuāli sasniegumi.
Ja tas izklausās tā, ka paies ilgs laiks, pirms mēs redzēsim tirgū komerciāli dzīvotspējīgu produktu, tam nevajadzētu būt pārsteigumam. Izrāvieni, kas rada revolūciju enerģētikas tehnoloģijās, ir reti. Pēc lielām valdības un privātā sektora investīcijām pētniecībā un izstrādē un izvēršanā, vēja enerģijai un saules enerģijai bija nepieciešami aptuveni 20 gadi, lai redzētu cenu samazināšanos desmitkārtīgi, un tās joprojām veido krietni mazāk par vienu procentu no ASV elektroenerģijas ražošanas.
Alternatīvās degvielas transportlīdzekļi (AFV) ir lielāks izaicinājums, jo tiem jāpārvar triljonu dolāru investīcijas benzīna degvielas uzpildes infrastruktūrā. Divi galvenie centieni komercializēt AFV pēdējo divu desmitgažu laikā — gan elektriskie transportlīdzekļi, gan dabasgāzes transportlīdzekļi — neizdevās, lai gan elektrība un dabasgāze ir plaši pieejamas un lētas. Turpretim ūdeņradis gandrīz nekur nav pieejams un ir salīdzinoši dārgs. Mūsu automašīnas un mūsu degvielas uzpildes infrastruktūra ir veidota, izmantojot šķidro degvielu, kurai ir augsts enerģijas blīvums un kuras ir vieglāk vadāmas nekā ar difūzām gāzēm, piemēram, ūdeņradi.
Pamatojoties uz manām diskusijām ar ekspertiem visā valstī, es uzskatu, ka ir maz ticams, ka ūdeņraža automašīnas līdz 2030. gadam sasniegs pat piecu procentu tirgus daļu. Taču mums nevajadzētu steigties ar ūdeņraža automobiļu ieviešanu.
Tas nav obligāti tīrs
Tas ir populārs nepareizs uzskats, ka ūdeņradis pēc būtības ir labvēlīgs videi. Bet patiesībā ūdeņradis nav zaļāks par enerģijas avotiem, ko izmanto tā ražošanai. Kā atzīmēja Nacionālās akadēmijas grupa, ļoti iespējams, ka fosilais kurināmais būs galvenie ūdeņraža avoti vairākas desmitgades. Jebkāda priekšlaicīga virzība uz ūdeņraža automašīnām neizbēgami nozīmētu, ka ūdeņradis nāks no šodien lētākā avota, dabasgāzes. Tomēr, ņemot vērā Ziemeļamerikas gāzes piegādes ierobežojumus, mēs tikai tirgotu importēto gāzi pret importēto naftu.
Vēl svarīgāk ir tas, ka degvielas šūnu automašīna, kas darbojas ar ūdeņradi, kas iegūts no dabasgāzes, nenodrošina ievērojamus siltumnīcefekta gāzu ietaupījumus, salīdzinot ar modernu hibrīdautomobiļu darbināšanu ar naftu — kā 2003. gadā. MIT pētījums secināja. Labākie jaunie hibrīdi ir krasi samazinājuši degvielas patēriņu un līdz ar to arī siltumnīcefekta gāzu emisijas. Darbojas ar benzīnu ar zemu sēra saturu, 2004. gada Prius rada par 90 procentiem mazāk izplūdes gāzu nekā vidējais jaunais auto.
Tomēr lētākais ūdeņradis ir netīrs. Pamatojoties uz ūdeņraža degvielas uzpildes stacijām, ko Royal Dutch/Shell ir ierosinājis būvēt, kopējā slāpekļa oksīdu emisija no degvielas elementa transportlīdzekļa būtu trīskāršs ka no labākajām jaunajām automašīnām.
Tikpat svarīgi ir tas, ka šāda stratēģija novirzītu dabasgāzi no dažādiem labākiem lietojumiem. Lai gan transportlīdzekļi, kas darbojas ar dabasgāzes ūdeņradi, nenodrošinās ievērojamu siltumnīcefekta gāzu samazinājumu salīdzinājumā ar labākajiem hibrīdiem, kas darbojas ar benzīnu, pāreja uz dabasgāzi var ievērojami samazināt elektroenerģijas ražošanas iekārtu emisijas. Ar oglēm darbināms ģenerators uz katru saražotās elektroenerģijas megavatstundu gaisā izdala vairāk nekā 1000 kilogramu oglekļa dioksīda. Savukārt labākās ar gāzi darbināmās iekārtas izdala tikai aptuveni 350 kilogramus oglekļa dioksīda uz saražoto megavatstundu.
Tāpat viena megavatstunda elektroenerģijas no atjaunojamiem enerģijas avotiem, ja to izmantotu ūdeņraža ražošanai degvielas šūnu transportlīdzeklim, ietaupītu aptuveni 230 kilogramus oglekļa dioksīda salīdzinājumā ar Prius, kas darbojas ar benzīnu. Tas ir par aptuveni 770 kilogramiem mazāk nekā ietaupījumi no ogļu enerģijas pārvietošanas, un šos ietaupījumus var panākt, neiztērējot simtiem miljardu dolāru degvielas šūnu transportlīdzekļiem un ūdeņraža infrastruktūrai. Kā secināja Deivids Kīts no Kārnegija Melona un Aleksandrs Farels no Kalifornijas Universitātes Bērklijā 2003. gada jūlijā veiktajā analīzē. Zinātne Žurnāls: Kamēr praktiski netiks novērstas elektroenerģijas ražošanas radītās CO2 emisijas, būs daudz izdevīgāk izmantot jaunu CO2 neitrālu elektroenerģiju (piemēram, vēja vai kodolenerģiju), lai samazinātu emisijas, aizstājot ar fosilā ražoto elektroenerģiju.
Tomēr ASV Kongress nepieņems tiesību aktus, kas paredz, ka 2020. gadā pat 10 procentiem elektroenerģijas ir jābūt no atjaunojamiem enerģijas avotiem. Tas nozīmē, ka ūdeņraža automašīnām nebūs reālas vērtības kā globālās sasilšanas stratēģijai līdz 2030. gadam. Klusā okeāna ziemeļrietumu nacionālās laboratorijas 2004. gadā veiktajā analīzē secināts, ka pat ar tehnoloģiju sasniegumiem un lielu centienu samazināt oglekļa dioksīda emisijas, ūdeņradis transportā neiekļūst. nozarē līdz 2035. gadam.
Pašlaik atjaunojamā ūdeņraža piegāde automašīnai izmantojamā veidā ir pārmērīgi dārga — līdzvērtīga benzīnam, kura cena ir no 6 līdz 10 USD par galonu. Mums ir nepieciešams liels sasniegums CO2 neitrāla ūdeņraža ražošanā, kā arī ievērojami lēcieni uz priekšu kurināmā elementu un ūdeņraža uzglabāšanas jomā, pirms ūdeņraža automašīnas kļūs par ticamiem konkurentiem.
Kamēr mēs veicam pētniecību un attīstību nākamajās divās desmitgadēs, mums, lai izvairītos no katastrofālas globālās sasilšanas, par galveno prioritāti ir jāparedz jauna CO2 neitrāla elektroenerģija. 2003. gada marts analīze Zinātnieku grupa, kuru vadīja Kens Kaldeira no Lorensa Livermoras Nacionālās laboratorijas, un publicēja Zinātne žurnāls secināja, ka, ja klimata jutīgums ir pašlaik prognozētā diapazona vidū, pat stabilizācijai pie 4C sasilšanas katru dienu būtu jāuzstāda 410 megavati bezoglekļa emisiju enerģijas, kas ir piecas reizes lielāka nekā parasti.
Lai gan līdz 2030. gadam ļoti piesārņotajās pilsētās ūdeņraža transportlīdzekļiem varētu būt ierobežota vērtība, aizstājot ar dīzeļdzinējiem darbināmos autoparkus, taču maz ticams, ka līdz tam laikam degvielas elementu automašīnas gūs panākumus masu tirgū. Ne valdības politika, ne biznesa investīcijas nedrīkst balstīties uz pārliecību, ka ūdeņraža automašīnām tuvākā vai vidējā termiņā būs nozīmīgi komerciāli panākumi.
Džozefs J. Romms Klintona administrācijas laikā pildīja enerģētikas sekretāra vietnieka pienākumus energoefektivitātes un atjaunojamās enerģijas jautājumos. Šis raksts ir balstīts uz viņa grāmatas materiāliem Ažiotāža par ūdeņradi: fakti un daiļliteratūra sacensībā par klimata saglabāšanu , ko šomēnes publicēja Island Press. Lai iegūtu papildinformāciju par grāmatu, dodieties uz www.coolcompanies.org .