Hype om brint

Brint- og brændselscellebiler promoveres kraftigt. Det amerikanske energiministerium har gjort dem til det centrale fokus i sin indsats for ren energi. Staten Californien har sagt, at den i de næste par år vil bygge en brintmotorvej med brinttankstationer hver 20 miles langs de store motorveje. General Motors bruger mere end en fjerdedel af sit forskningsbudget på brændselscellekøretøjer, og Larry Burns, GM's vicepræsident for R&D og planlægning, sagde i februar, at virksomheden vil have et kommercielt levedygtigt brændselscellekøretøj i 2010.

Alligevel vil brintbiler, trods al denne hype, sandsynligvis forblive ringere end de bedste benzin-elektriske hybridbiler såsom Toyota Prius i stort set alle henseender - omkostninger, rækkevidde, årlige brændstofregning, bekvemmelighed og sikkerhed - indtil mindst 2030. Prius vil endda have lavere samlet udledning af mange forurenende stoffer end biler, der kører på den brint, der sandsynligvis vil være tilgængelig på tankstationer i en overskuelig fremtid. Og et for tidligt skub i retning af brintbiler ville underminere bestræbelserne på at reducere de varmefangende kuldioxidemissioner, der forårsager globale klimaændringer.

For at brintbiler både kan blive praktiske fra et forbrugerperspektiv og ønskværdige fra et miljøperspektiv, vil det kræve mindst tre store teknologiske landvindinger. Derudover bliver nationen nødt til at flytte sin energipolitik dramatisk mod vedvarende energikilder som vind og sol.

Misforstå mig ikke. Jeg er en stærk fortaler for brint som et muligt brændstof for fremtiden. Faktisk hjalp jeg med at føre tilsyn med Department of Energy's program for ren energi, herunder brint, i store dele af 1990'erne - hvor vi tidoblede midlerne til brintteknologier. Jeg mener, at fortsat forskning i brint forbliver vigtig på grund af dets potentiale til at levere en forureningsfri erstatning for olie efter 2030.

Men at gå ud over F&U på dette tidspunkt til faktisk at bygge brintinfrastrukturen - som mange går ind for - er både uberettiget og uklogt. Som Peter Flynn, en ingeniørprofessor ved University of Alberta, konkluderede i en undersøgelse fra 2002 af indsatsen for at kommercialisere naturgaskøretøjer: Overdrevne påstande har skadet troværdigheden af ​​alternative transportbrændstoffer og har forsinket accepten, især af store kommercielle indkøbere.

Lad os kort se på, hvorfor brintbiler stadig er langt fra at give mening.

Det er dyrt

I en brintøkonomi vil den vigtigste energibærer være brint, der er produceret fra forureningsfri energikilder. Dette mål hviler på to søjler: en forureningsfri kilde til brint og en anordning til rent at omdanne denne brint til nyttig energi (brændselscellen).

Brint er ikke en let tilgængelig energikilde som kul eller vind. Det er tæt bundet i molekyler som vand (H20) og naturgas (primært sammensat af metan eller CH4), så det er dyrt og energikrævende at udvinde og rense. Mere end 95 procent af amerikansk brint produceres af naturgas i dag, fordi det er den billigste metode. Alligevel koster det fire gange så meget at levere brint fra naturgas til tanken på en brændselscellebil i brugbar form som benzin med en tilsvarende mængde energi. Brint fra forureningsfrie kilder, såsom vedvarende energi, er endnu dyrere. En brintinfrastruktur bygget op omkring eksisterende eller næsten kommercielle teknologier ville koste mere end 600 milliarder dollars ifølge den mest omfattende undersøgelse udført af Argonne National Laboratory.

Brændselsceller er små, modulære, elektrokemiske enheder, der ligner batterier, men som kontinuerligt kan forsynes med brændstof. En brændselscelle optager brint og ilt og afgiver elektricitet og varme; dens eneste emissioner er vand. Dette lyder som et energi-universalmiddel, men i dag, mere end 160 år efter den første brændselscelle blev bygget, og efter mere end 15 milliarder dollars i offentlige og private udgifter, har brændselscelleteknologien stadig ikke opnået større kommerciel succes.

De tekniske udfordringer er enorme. I september 2003 rapporterede et U.S. Department of Energy-panel om grundlæggende forskningsbehov for brintøkonomien, ledet af MIT professor i fysik og elektroteknik Mildred Dresselhaus, at transportbrændselsceller er 100 gange dyrere end forbrændingsmotorer. De mest modne brintlagringssystemer, der bruger ultrahøjt tryk, indeholder syv til 10 gange mindre energi pr. volumenenhed end benzin og kræver en betydelig mængde kompressionsenergi. Bare i sidste måned konkluderede et prestigefyldt National Academy of Sciences-panel, at sådan opbevaring ikke har meget løfte om langsigtet praktisk funktion. Og en rapport offentliggjort i denne måned af American Physical Society konkluderede, at et nyt materiale skal opdages for at løse opbevaringsproblemet.

Energiministeriets panel bemærkede, at omkostningerne ved at producere brint skulle reduceres med en faktor fire for at gøre brint økonomisk konkurrencedygtigt med nutidens fossile brændstoffer. Der vil også være behov for store fremskridt inden for brintinfrastruktur og -sikkerhed. Panelet konkluderede, at disse kløfter ikke kan bygges bro over trinvise fremskridt inden for den nuværende teknologi, men i stedet kræver revolutionære konceptuelle gennembrud.

Hvis det lyder som om, det vil vare lang tid, før vi ser et kommercielt levedygtigt produkt på markedet, burde det ikke være nogen overraskelse. Gennembrud, der revolutionerer energiteknologi, er sjældne. Det har taget vindkraft og solenergi hvert omkring 20 år at se et tidoblet fald i priserne efter store offentlige og private investeringer i F&U og implementering - og de tegner sig stadig for et godt stykke under én procent af den amerikanske elproduktion.

Alternative fuel vehicles (AFV'er) er en større udfordring, fordi de skal overvinde en billion-dollar-investering i benzin-brændstofinfrastrukturen. To store bestræbelser på at kommercialisere AFV'er i de sidste to årtier - elektriske køretøjer og naturgaskøretøjer - begge mislykkedes, selvom elektricitet og naturgas er bredt tilgængelige og billige. Brint er derimod næsten ikke tilgængelig nogen steder og er relativt dyrt. Vores biler og vores brændstofinfrastruktur er designet omkring flydende brændstoffer, som har høj energitæthed og er lettere at håndtere end diffuse gasser som brint.

Baseret på mine diskussioner med eksperter rundt om i landet, mener jeg, at det er usandsynligt, at brintbiler vil opnå selv en fem procents markedsandel i 2030. Men vi skal ikke have travlt med at indsætte brintbiler.

Det er ikke nødvendigvis rent

Det er en populær misforståelse, at brint i sagens natur er godt for miljøet. Men faktisk er brint ikke grønnere end de energikilder, der bruges til at producere det. Som National Academy-panelet bemærkede, er det højst sandsynligt, at fossile brændstoffer vil være de vigtigste kilder til brint i flere årtier. Ethvert for tidligt skub mod brintbiler ville uundgåeligt betyde, at brinten ville komme fra den billigste kilde i dag, naturgas. Men i betragtning af begrænsningerne på den nordamerikanske gasforsyning, ville vi bare handle med importeret gas med importeret olie.

Endnu vigtigere er det, at en brændselscellebil, der kører på brint afledt af naturgas, ikke giver væsentlige drivhusgasbesparelser sammenlignet med at køre avancerede hybridbiler på olie - som en 2003 MIT undersøgelse afsluttet. De bedste nye hybrider har kraftigt reduceret deres brændstofforbrug og dermed drivhusgasemissionerne. Kører på benzin med lavt svovlindhold, producerer 2004 Prius 90 procent mindre udstødningsemission end den gennemsnitlige nye bil.

Den billigste brint er dog beskidt. Baseret på de brinttankstationer, Royal Dutch/Shell har foreslået at bygge, ville de samlede emissioner af nitrogenoxider fra et brændselscellebil tredobbelt det af de bedste nye biler.

Lige så vigtigt ville en sådan strategi aflede naturgas fra en række bedre anvendelser. Mens køretøjer, der kører på naturgas-afledt brint, ikke vil give væsentlige drivhusgasreduktioner sammenlignet med de bedste hybrider, der kører på benzin, kan en overgang til naturgas i høj grad reducere emissionerne fra elproduktionsanlæg. En kulfyret generator frigiver mere end 1.000 kg kuldioxid til luften for hver megawatt-time elektricitet, den producerer. De bedste gasfyrede anlæg frigiver derimod kun omkring 350 kg kuldioxid pr. genereret megawatt-time.

På samme måde ville en megawatt-time elektricitet fra vedvarende energi, hvis den blev brugt til at fremstille brint til et brændselscellebil, spare omkring 230 kilo kuldioxid sammenlignet med en Prius, der kører på benzin. Det er omkring 770 kilo mindre end besparelserne ved at fortrænge kulkraft – og disse besparelser kan opnås uden at bruge hundredvis af milliarder af dollars på brændselscellekøretøjer og brintinfrastruktur. Som David Keith fra Carnegie Mellon og Alexander Farrell fra University of California, Berkeley, konkluderede i en analyse fra juli 2003 i Videnskab magasin: Indtil CO2-udslippet fra elproduktion praktisk talt er elimineret, vil det være langt mere omkostningseffektivt at bruge ny CO2-neutral elektricitet (f.eks. vind- eller atomkraft) til at reducere udledningen ved at erstatte fossilt produceret elektricitet.

Den amerikanske kongres vil dog ikke vedtage lovgivning, der kræver, at selv 10 procent af elektriciteten i 2020 skal være fra vedvarende energi. Det betyder, at brintbiler ikke vil have nogen reel værdi som en global opvarmningsstrategi før efter 2030. En analyse fra Pacific Northwest National Laboratory fra 2004 konkluderede, at selv med teknologiske gennembrud og et stort skub for at reducere kuldioxidemissionerne, trænger brint ikke ind i transporten. sektor i væsentlig grad indtil efter 2035.

Lige nu er levering af vedvarende brint til en bil i brugbar form uoverkommeligt dyrt - svarende til benzin på $ 6 til $ 10 pr. gallon. Vi har brug for et stort gennembrud inden for CO2-neutral brintproduktion sammen med betydelige spring fremad inden for brændselsceller og brintlagring, før brintbiler vil være plausible konkurrenter.

Mens vi laver F&U i løbet af de næste to årtier, skal vi, hvis vi skal undgå katastrofal global opvarmning, gøre ny CO2-neutral elektricitet til vores topprioritet. marts 2003 analyse af en gruppe videnskabsmænd ledet af Ken Caldeira fra Lawrence Livermore National Laboratory og offentliggjort i Videnskab magazine, konkluderede, at hvis klimafølsomheden er i midten af ​​det aktuelt forventede område, ville selv stabilisering ved 4C-opvarmning kræve installation af 410 megawatt kulstofemissionsfri energikapacitet hver dag - fem gange business-as-usual-prognosen.

Mens brintbiler kan have begrænset værdi, der erstatter flåder drevet af dieselmotorer i meget forurenede byer før 2030, er det usandsynligt, at brændselscellebiler vil opnå succes på massemarkedet til den tid. Hverken regeringens politik eller erhvervsinvesteringer bør være baseret på troen på, at brintbiler vil have meningsfuld kommerciel succes på kort eller mellemlang sigt.

Joseph J. Romm var fungerende assisterende energiminister for energieffektivitet og vedvarende energi under Clinton-administrationen. Denne artikel er baseret på materiale fra hans bog Hypen om brint: fakta og fiktion i kapløbet om at redde klimaet , udgivet i denne måned af Island Press. For mere information om bogen, gå til www.coolcompanies.org .

skjule