Jaké jsou výhody vozidel na vodíkový pohon?

Volkswagen Tiguan HyMotion je příkladem koncepčního vozidla poháněného vodíkovým palivovým článkem. Prohlédněte si další obrázky vozidel na alternativní paliva. Volkswagen of America

Pokaždé, když do auta pumpujete benzín, jste tak trochu vyčerpali světovou nabídku fosilní paliva. Tato paliva, která zahrnují ropa a uhlí, jsou zhuštěné zbytky živých organismů z pravěku. Dodávka těchto paliv je omezená a nakonec dojde. Horší je, že hodně z této dodávky ropy je ovládáno několika národy požehnanými množstvím ropy a tyto národy mohou diktovat jak ropu, tak její cenu. Závislost na fosilních palivech ze strany státu, jako jsou Spojené státy, dále komplikuje již složité záležitosti zahraničních vztahů a národní bezpečnosti. Fosilní paliva splňovala většinu světových energetických potřeb po několik staletí, ale existuje limit, jak dlouho mohou v budoucnosti pokračovat i v budoucnu..

Galerie obrázků z alternativního paliva

Vesmír, ve kterém žijeme, je tvořen přibližně 75% vodíku, i když na povrchu Země je překvapivě málo čistého vodíku. Plynný vodík obecně existuje jako H₂ molekuly, ve kterých jsou dva atomy vodíku spojeny dohromady. Protože H₂ molekuly jsou tak lehké, nekonzervovaný plynný vodík se může snadno vznášet na vrchol zemské atmosféry a může skutečně uniknout do vesmíru. Většina vodíku na úrovni země je vázána v molekulární formě s dalšími prvky - například ve vodě, kde je vodík kombinován s kyslíkem za vzniku H₂O molekuly.

Existuje několik metod, které lze použít k výrobě čistého vodíku z molekul obsahujících vodík. Vodík může být extrahován ze zemního plynu (zdaleka nejběžnějším způsobem), může být odstraněn z vody elektrolýzou nebo může být produkován biologicky z řas nebo určitých druhů bakterií. Některé z slibnějších metod výroby vodíku se stále zkoumají, zatímco jiné, jako je těžba ze zemního plynu, se běžně používají.

V roce 1970 tento termín vytvořil chemik John Bockris vodíková ekonomika odkazovat na budoucnost, ve které by všechna vozidla použila vodík jako palivo. Důležitým krokem v tomto směru byl vývoj zařízení zvaného a palivový článek, která vyrábí elektřinu pomocí vodíku. Hlavní výrobci automobilů již vyrobili koncepční automobily poháněné palivovými články, dva příklady jsou Volkswagen Tiguan HyMotion a SUV Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV a v Kalifornii je již k dispozici alespoň jeden model výroby vodíkových palivových článků, Honda FCX Clarity.

Proč vyvíjet tlak na vodíkovou technologii? Je to opravdu mnohem lepší než spotřeba fosilních paliv? A co ekonomika vodíku - je to vůbec možné? Zhluboka se nadechněte a přečtěte si další stránku.

Obsah

1. Žádné další znečištění?
2. Už žádná cizí závislost na ropě?
3. Je vodíková ekonomika udržitelná?

Odpoledne provozuje 14. července 2008 podél pekingských ulic naplněných smogem. Je možné, že vozidla poháněná vodíkovými palivovými články sníží znečištění vzduchu? FREDERIC J. BROWN / AFP / Getty Images

Jednou z nejdůležitějších výhod vodíkové ekonomiky je to, že palivové články nejsou znečišťující. Když se v palivovém článku vyrábí elektřina, nevznikají žádné emise uhlíku. Vodíkový palivový článek produkuje dva vedlejší produkty - teplo a vodu. Kdyby bylo každé vozidlo na silnici poháněno vodíkovým palivovým článkem, známé mraky smogu, které visí nad mnoha americkými městy, z nichž většina pochází z výfuku vozidla, by z velké části zmizely. Podle agentury na ochranu životního prostředí žije polovina Američanů v oblastech, kde je dostatečné znečištění, které má negativní dopad na lidské zdraví, takže snížení smogu by bylo významným přínosem.

Spalovací motory, které spalují paliva získaná z prvku uhlík, produkují několik vedlejších produktů, především oxid uhličitý, voda, a drobné částice hmoty, které nazýváme saze. Saze, které jsou člověkem vypouštěny do vzduchu, mohou způsobit astma, rakovinu plic a další nemoci. Většina vědců se navíc domnívá, že zvýšená množství oxidu uhličitého v atmosféře přispívají ke globálnímu oteplování, což by nakonec mohlo způsobit škodlivé klimatické změny na většině naší planety..

Pro snížení těchto problémů v 21 bude důležitá přeměna z spalovacích motorů na neznečišťující zdroje paliva, jako je vodík^Svatý století. Ale když je dnes na silnici více než 130 milionů benzínových vozidel, je nepravděpodobné, že automobily s palivovými články budou v blízké budoucnosti natolik významné, aby dosáhly významných zlepšení životního prostředí. Odhaduje se, že dřívější vozy s palivovými články budou stát nejméně 100 000 dolarů, což je vyvede z dosahu běžného řidiče. Dalším bodem, který je třeba učinit, je, že infrastruktura potřebná k tomu, aby byly tyto automobily praktické, včetně zařízení na výrobu vodíku a čerpacích stanic, ještě není k dispozici. Někteří pozorovatelé se domnívají, že v krátkodobém horizontu dojde ke změnám v životním prostředí prostřednictvím kombinovaného používání vodíkových automobilů a jiných typů vozidel, včetně elektrických automobilů poháněných bateriemi a automobilů, které používají jiné alternativní formy paliva.

Stávající znečištění ovzduší brzy nezmizí. Saze se usazují z atmosféry během několika týdnů nebo měsíců, ale oxid uhličitý zůstává po mnohem delší dobu. I kdyby byly dnes všechny zdroje emisí uhlíku odstraněny, stále by mohlo trvat desetiletí, než se úroveň atmosférického uhlíku vrátí k normálu. Kromě toho jsou automobily pouze jedním zdrojem emisí uhlíku. Aby se předešlo globálnímu oteplování, muselo by se také výrazně omezit další, například uhelné elektrárny.

Účinnost vodíku

Další hlavní výhodou vodíkového palivového článku je jeho účinnost. Spalovací motor spotřebuje v benzínu méně než 20 procent chemické energie, což z něj činí relativně neefektivní proces. Naproti tomu palivový článek je podstatně účinnější a využívá zhruba 60 procent energie dostupné ve vodíku.

Nové vozidlo poháněné vodíkem od společnosti Nissan se zobrazí během události vodíkové jízdy a jízdy v Liberty Science Center 13. srpna 2008 v Jersey City, N. J. Spencer Platt / Getty Images

Více než polovina ropy používané ve Spojených státech je dovážena z jiných zemí. To má významný dopad na ekonomiku USA. Dvě třetiny dovážené ropy se používají k přepravě. Protože tolik ropy pochází mimo USA, změny cen a dodávek jsou z velké části mimo naši kontrolu. Většina ropy pochází z politicky nestabilních regionů na Středním východě. Pokusy osvobodit USA od závislosti na ropě na Středním východě sahají do 70. let; množství dovážené ropy se však od té doby skutečně zvýšilo. Kromě toho se po teroristických událostech 11. září 2001 ještě zvýšilo znepokojení nad závislostí na ropě v USA.

Dalším problémem naší závislosti na ropě je to, že rostoucí ceny ropy mají dopad na celou americkou ekonomiku a zvyšují cenu téměř jakéhokoli produktu, který při výrobě používá ropu nebo který vyžaduje ropu, aby se dostal na trh. Ceny ropy v posledních letech prudce vzrostly, přičemž cena benzínu a motorové nafty se v průběhu roku 2008 pohybovala v rozmezí 4 až 5 USD za galon..

Bude vodík levnější než benzín? Americké ministerstvo energetiky odhaduje, že palivové články současné generace vyrábějí elektřinu za cenu přibližně 225 USD za kilowatth. Bohužel, ceny budou muset klesnout na asi 30 $ za kilowatt, než bude vodík konkurenceschopný s benzínem jako palivem; Národní rada pro výzkum však předpovídá, že náklady na samotný vodík, měřeno na míli, by mohly být brzy o 50 procent nižší než současné náklady na benzín. Je zřejmé, že tato výhoda se bude i nadále zvyšovat s rostoucí cenou plynu. Efektivita přeměny vodíku na elektřinu mu také přináší podstatnou výhodu.

Mohou vodíková vozidla pomoci zlomit naši závislost na ropě? Vodíková vozidla pomohou tuto závislost snížit, ale pravděpodobně to bude desetiletí, než bude v každodenním používání dostatek vodíkových vozidel, aby se významně změnil dovoz ropy. Z dlouhodobého hlediska by však mohl být dopad vodíkových automobilů značný.

Vodíková auta nejsou jen auta budoucnosti - několik vozidel s palivovými články (nebo FCV) je právě na cestě:

• Honda FCX Clarity: Toto je jediné vozidlo s palivovými články, které si mohou skutečně pronajmout soukromí jednotlivci, ale pouze v částech Kalifornie, kde jsou instalovány vodíkové palivové stanice. Honda účtuje 600 USD měsíčně za pronájem FCX. První FCX byl dodán kalifornské rodině 25. července 2008.
• SUV palivového článku Chevrolet Equinox: Vozový park SUV poháněných palivovými články jezdí po Kalifornii, New Yorku a Washingtonu, D.C., aby demonstrovali tuto technologii. Toto vozidlo není momentálně k dispozici k pronájmu nebo nákupu.
• Volkswagen Tiguan HyMotion: Stejně jako Chevrolet není Volkswagen připraven prodat nebo pronajmout toto vozidlo, ale HyMotion byl součástí National Hydrogen Road Tour, která proběhla z Portlandu v Maine do Los Angeles v Kalifornii..
• BMW Hydrogen 7: Přestože BMW dosud není k dispozici široké veřejnosti, BMW toto vozidlo předává celebritám - počínaje hercem Willem Ferrellem - po delší dobu používání.

Má populaci méně než 300 000 lidí, přesto se však Reykjavík na Islandu stává prvním udržitelným vodíkovým hospodářství na světě. Arctic-Images / Getty Images

Pokud má vodíková ekonomika poskytnout USA budoucnost bez znečištění a závislosti na cizí ropě, musí být udržitelná. To znamená, že musí být schopna držet krok s rostoucím populačním růstem, zvýšeným využíváním energeticky náročných technologií, změnami v politice a změnami v postojích lidí k životnímu prostředí ak blahu budoucích generací. Odhaduje se, že celosvětové energetické potřeby se do roku 2050 zdvojnásobí. Je nepravděpodobné, že by rychle se snižující zásoby fosilních paliv udržely krok s touto poptávkou, takže nové energetické zdroje budou klíčové.

Jednou z hlavních překážek udržitelného vodíkového hospodářství je to, že metody, které se v současné době používají k těžbě vodíku z větších molekul, se spoléhají na elektřinu - a že elektřina je vyráběna převážně metodami, které způsobují znečištění. Pokud se těžba vodíku provádí pomocí elektřiny z uhelné elektrárny, nezáleží na tom, že palivový článek neznečišťuje, protože ke znečištění došlo při extrahování vodíku. Má-li být vodík skutečným neznečišťujícím zdrojem energie, musí být elektřina použitá k extrakci vodíku vyrobena neznečišťující metodou, jako je sluneční energie. V současné době tomu tak obvykle není, takže skutečně udržitelné vodíkové hospodářství bude vyžadovat podstatné změny ve výrobě energie.

Úložiště je také problém. Vodíkové palivo je uloženo ve formě stlačené kapaliny a časem některé z něj uniká odpařováním. Pokud se na vodíkový vůz nejede pravidelně, ztráty z vypařování výrazně zvýší celkové náklady na palivo. A stlačení kapalného vodíku na objem, který lze nosit v autě, také vyžaduje velké množství energie a že energie mohla být vytvořena pomocí metod, které způsobují znečištění.

Někteří odborníci se domnívají, že zlepšení výroby a skladování vodíku povede k udržitelné ekonomice vodíku za 15 až 30 let. Myšlenka vodíkové ekonomiky má však své odpůrce, z nichž mnozí se domnívají, že taková ekonomika nemůže být nikdy udržitelná a že naše zdroje by byly lépe využity při zkoumání jiných forem výroby energie. Může to být roky, než bude jasné, zda je vodík skutečně palivem budoucnosti.

Další informace o vodíku, palivových článcích a dalších souvisejících tématech naleznete na odkazech na následující stránce.

Související články

• Kvízový koutek: Kvíz s palivovými články
• Jak fungují palivové články
• Jak funguje ekonomika vodíku
• Jaký je rozdíl mezi vozidlem na palivové články a vozidlem na vyžádání?
• Jak fungují ceny plynu
• Jaká jsou nebezpečí vozidel na vodíkový pohon?
• Jak fungují hybridní auta
• Jak funguje globální oteplování
• Jak fungují automobilové motory

Další skvělé odkazy

• Fueleconomy.gov
• Fuel Cells 2000
• Nova
• Honda FCX Clarity
• Ministerstvo energetiky USA

Prameny

• Bossel, Ulf a Eliasson, Baldur. "Energie a ekonomika vodíku." 8. ledna 2003. http://www.metanol.org/pdf/HydrogenEconomyReport2003.pdf
• Carseek. "Technologie vodíkových palivových článků." http://www.carseek.com/articles/hydrogen-fuel-cell-car.html
• Clayton, Mark. "Rising Call: Znížte dovoz ropy z USA." Christian Science Monitor. 5. května 2005. http://www.csmonitor.com/2005/0505/p01s04-usfp.html
• Friedemann, Alice. "Ekonomika vodíku - energie a ekonomická černá díra." Změna kultury. Září 2004 (22. srpna 2008) http://www.culturechange.org/alt_energy.htm
• Gizmag. "Honda se chystá uvolnit vůz na vodíkové palivové články - a domácí čerpací stanici." (22. srpna 2008) http://www.gizmag.com/honda-fuel-cell-fcx/8394/
• Hall, Kevin G. "Nezávislost na ropě je možná, ale USA to opravdu chce?" Milwaukee Journal Sentinel. 4. března 2006. http://www.jsonline.com/story/index.aspx?id=405957
• Huffman, Mark. "Auta na vodíkové palivové články přinášejí naději, ne-li úlevu." ConsumerAffairs. 25. června 2008. http://www.consumeraffairs.com/news04/2008/06/fuel_cell.html
• Llanos, Miguel. "Vozíky s vodíkovým pohonem připravené k jízdě - za cenu." MSNBC. 23. června 2004. http://www.msnbc.msn.com/id/4563676/
• Sinha, Vandana. "Volkswagen zasáhl silnici vodíkovým palivovým článkem." Washington Business Journal. 11. srpna 2008. http://www.bizjournals.com/washington/stories/2008/08/11/daily14.html? ana = from_rss
• Vergano, Dan. "Zatím jsou automobily poháněné vodíkem palivem pro budoucí myšlenky." USA DNES. 21. července 2008. http://www.usatoday.com/tech/science/columnist/vergano/2008-07-20- vodík-cars_N.htm