Når prisen på vedvarende energi falder og lagringsteknologierne modnes, får brændstofbrændstof opmærksomhed.

Jorgo Chatzimarkakis brændstofpåfyldte sin brændstofcellebil på en af 50-plus tankstationer spredt rundt i Tyskland, da en Tesla-chauffør, der genoplade sin egen bil, nærmede sig.

Manden var begejstret for at se en brintdrevet bil i aktion og var fyldt med spørgsmål. Chatzimarkakis, der er generalsekretær for Hydrogen Europa, svarede glad for dem, og de to talte i flere minutter.

Men på det tidspunkt blev brændstofbilen tanket fuldt ud, mens Tesla-chaufføren stadig stod over for en lang ventetid, mens hans batteri genoplades.

”Dette er virkelighed,” siger Chatzimarkakis. ”I dag er tankstationer klar, bilen er klar, jeg kan planlægge min rejse fra Schweiz til Danmark og ind i Norge uden problemer.”

Visionen om en brintdrevet verden har haft flere næsten mangler end Wile E. Coyote. I 1923 forestilte den britiske genetiker JBS Haldane sig en netværk af brintgenererende vindmøller magt Storbritannien, men intet kom ud af det. I 1970 brugte den sydafrikanskfødte elektrokemiker John Bockris først udtrykket ”brintøkonomi” i en tale og offentliggjorde senere en bog, der beskriver, hvordan en solbrintdrevet verden kan se ud. Men igen ændrede intet. I 2002 argumenterede den amerikanske økonomiske og sociale teoretiker Jeremy Rifkin for, at brint kunne overtage olie og at fremtidens energi lå i brintdrevne brændselsceller.

Men branchen var ikke klar, siger Chatzimarkakis. ”Det var virkelig meget gyldigt, hvad Jeremy Rifkin sagde, men politikere og journalister, de vil altid se beviset,” siger han. ”Og på det tidspunkt var det virkelig langt væk fra at blive realiseret, fordi forskningen ikke var avanceret nok.”

Brint kommer fra alder

Endelig er brintets øjeblik endelig kommet.

Japan planlægger at bruge 2020 olympiske lege i Tokyo til at fremvise dens vision for et brintsamfund og har investeret US $ 348 millioner i etablering af brændstofpåfyldningsstationer og anden infrastruktur. Tyskland har lanceret verdens første brintdrevne tog at supplere et voksende antal af brændstofpåfyldningsstationer på tværs af landet. Schweiz er køb af 1,000 brintdrevne lastbiler, Norge har haft brændstofpåfyldningsstationer siden 2006, og Sydkorea er det investerer US $ 2.33 milliarder over de næste fem år at skabe brændstofpåfyldningsstationer, brændselscellekøretøjer, brændselscellebusser og brintlagringssystemer. Og Australien har set begge dens nationalt videnskabsbureau CSIRO , chefforsker Alan Finkel rapporterer separat deres visioner for en brintdrevet nation og eksportindustri.

Coradia iLint begyndte at levere brintdrevet massetransport i Tyskland i 2018. Foto med tilladelse fra Alstom | R Frampe

I hjertet af brintøkonomien er brugen af ​​elektricitet fra vedvarende energikilder som sol, vind og vandkraft til at opdele vand til ilt og brint - en proces kaldet elektrolyse. Det "grønne brint" kan derefter bruges i brændselsceller til at generere elektricitet, og brændselscellerne kan bruges individuelt til at køre køretøjer eller i stakke til at understøtte eller endda drive et net. Bedst af alt er, at udstødningen, der genereres af brintbrændselsceller, er vand, som en dag kan genindvindes og genanvendes til elektrolyse igen.

Økonomi og klima

Så hvad er der ændret for endelig at bringe brint på spidsen af ​​de globale energiplaner? Jenny Hayward, senior forsker ved CSIRO og medforfatter til det 2018 National Hydrogen-køreplan, siger, at mere gunstig økonomi har spillet en betydelig rolle.

"Du har fået en produktion til at falde i omkostninger, men også du har fået en udnyttelse i priser," siger Hayward. Ikke kun er prisen på elektricitet fra solcelleanlæg og vind dramatisk faldet, men elektrolyseteknologier er også blevet meget billigere, større og mere effektive. På samme tid forbedrer brintbrændselsceller også både i effektivitet og omkostninger, siger hun.

Klik for at se et amerikansk energiministerium infografisk om brintbrændstof.

En anden vigtig drivkraft er den stigende hastighed for betydelige reduktioner af drivhusgasemissioner, siger John Andrews, en ekspert på bæredygtig energi og professor ved RMIT University i Melbourne, Australien.

”Det er så vigtigt at holde sin introduktion bundet til at være en del af løsningen på at tackle klimaændringer,” siger Andrews. ”Det er ikke kun et spørgsmål om at få et alternativt brændstof; det er et spørgsmål om at få et nul-emission brændstof- og energisystem. ”

At fremme tilpasningen af ​​brint som brændstof har ikke været let. På trods af det århundrede gamle søgen efter en brintøkonomi har der været nogle betydelige teknologiske udfordringer at overvinde for at komme til dette punkt - og det er stadig tidlige dage.

Løsning af lagringsproblemet

Et vigtigt spørgsmål i brugen af ​​brint til transport har været opbevaring. Det er først for nylig blevet muligt at komprimere brint i en beholder, der er lille nok og let nok til at passe bagpå et køretøj, mens den stadig indeholder nok energi til at brændstof denne bil til mindst 300 miles.

”Man troede altid, at det ville være meget vanskeligt at få en brintoplagring, der kunne slå det amerikanske energiministerium til brug med brændstofcellebiler,” siger Andrews. Så kom udviklingen af ​​en højtrykshydrogentank lavet af avancerede kompositter, der var i stand til at imødekomme og endda overstige kravene.

Opbevaring af brændstof har været en stor udfordring for brændstofdrevet transport. De nylige forbedringer har udvidet række personbiler til mere end 300 miles pr. Fyld. Foto © iStockphoto.com/Tramino

”Jeg tror, ​​at der fik folk til at sætte sig op og sige ja, det er muligt at have en form for opbevaring, der kunne bruges til at transportere brint om bord på et køretøj og give et interval, der kan sammenlignes med konventionelle biler og have en refill-tid - dette er en kritisk fordel af brint - på kun få minutter, ”siger han.

Hydrogenbrændselscellekøretøjer matcher eller endog overstiger rækkevidden af ​​konventionelle benzin- eller dieselbiler; Toyota hævder, at det får Mirai omkring 312 miles fra en brintbeholder. Dette gør dem til et langt mere attraktivt udsyn til langdistanserejse end et elektrisk batteridrevet køretøj.

Det gør dem også til en levedygtig mulighed for mere hårdtarbejdende køretøjer, siger Lisa Ruf, koordinator for Hydrogenmobilitet Europa og hovedkonsulent hos Element Energy i England.

”I operationer til lastbiler, for taxaer, til nødhjælpstjenester skal du have rækkevidden og tankningstiden, der svarer til konventionelle køretøjer,” siger hun og henviser til sagen om London Metropolitan Police, som i år erhvervede 11 brændstofcellebiler. 

Fodring af gitteret

Hydrogen undersøges også som en måde at hjælpe med at bevare stabiliteten i et vedvarende fodret energinet, ifølge Morry Markowitz, præsident for Fuel Cell and Hydrogen Energy Association i USA

”Fordi solen ikke skinner hele tiden, og vinden ikke blæser, har vedvarende energikilder et intermittency-problem, så du skal være i stand til at finde en måde at effektivt opbevare de elektroner, der oprettes,” siger han. Overskydende elektricitet kan bruges til at drive elektrolyse og generere brint, der kan bruges i brændselscellekøretøjer eller stationære brændselsceller, eller opbevares til transport.

Dette scenarie er især tiltalende for fjerntliggende områder, f.eks. Outback-byer i Australien, der ellers er afhængige af dieseldrevne generatorer. At drive byer, der bruger en kombination af vedvarende energi og brintoplagring, kan snart blive omkostningseffektive, især når prisen på diesel stiger, siger Hayward.

Gasfirmaer ser også på brint som et potentielt alternativ til naturgas, der kan gøre brug af den eksisterende infrastruktur. ”Det ville være fantastisk; så er de ikke afhængige af, at lastbiler kommer med diesel, de har bare brug for deres vedvarende energi, ”siger hun. "De kunne have et system, hvor de har en brændselscelle, og de genvinder vandet, så det er et selvstændigt system."

Gasfirmaer ser også brint som et potentielt alternativ til naturgas, der kan gøre brug af den eksisterende infrastruktur.

"Især hvis vi vil gå til mål med høje emissioner, vil de have, at al denne gasinfrastruktur sidder der ikke bliver brugt," siger Hayward. ”Det, der er interessant, er i gasdistributionsnetværket, hvis de er lavet af PVC-rør, kan du have 100 procent brint, selvom apparater og målere skulle skiftes.”

Hindenburg-effekten

Det er umuligt at tale om brint uden at adressere blimp i rummet, hvad Markowitz kalder "Hindenburg-effekten." Den spektakulære brintdrevne inferno, der var Hindenburg-luftskibskatastrofen i New Jersey i 1937, hjemsøger stadig brintindustrien og spørgsmålet om brændstofs antændelighed og sikkerhedsproblemer rejses uundgåeligt i diskussioner om brintøkonomien.

Men Markowitz siger, at brintteknologi i dag er langt avanceret fra brintteknologien i den æra.

”Avancerede materialer som kulfibertanke, sensorer, computere og andre ting er forbedret så dramatisk ... sikkerhed for brint burde ikke engang være et problem,” siger han. "I transportsektoren og andre områder mødes eller overstiger brintkøretøjer alt, hvad der er på vejen i dag."

Der er også bekymring for, at øget optagelse af brint kan påvirke ozonlaget. EN 2003 undersøgelse foreslog, at hvis al energiproduktion med fossil brændsel blev erstattet med brint, kunne lækage af gassen i atmosfæren reagere med ilt til dannelse af vanddamp, der kunne forstyrre ozonlaget med en betydelig mængde.

En anden kritik, der ofte fremsættes af brint, er, at der stadig er en betydelig mængde produceret ved hjælp af fossile brændstoffer. I USA produceres det meste brint via en proces, der kaldes reform af naturgas, hvor naturgas omsættes med højtemperaturdamp for at producere brint, kulilte og en lille mængde kuldioxid. Det kan også laves af forgasning af brunkul, hvilket også resulterer i CO₂ produktion.

"Hvis du følger en af ​​disse ruter for at få brint, er der nogle kuldioxidemissioner, der kommer fra disse ruter, så den eneste måde, du kan gøre det nulemission på er at parre det med kulstoffangst og -lagring," siger Andrews. ”Og det er stadig et stort spørgsmål om, hvorvidt det kan være levedygtigt, om det vil være sikkert, og vi kan holde kuldioxid i tusinder af år under jorden, og om det nogensinde kan være økonomisk.”

Målt tilgang

Der er en følelse af uopsættelighed for drøftelser om brint, hvilket afspejler den udbredte erkendelse af, at der er behov for at afkarbonisere transporten, siger Ruf. Hun argumenterer for, at selvom der er en række løsninger på bordet, kan brint kunne tackle problemer, som andre teknologier ikke kan gøre så let eller omkostningseffektivt.

Men selvom der er stor spænding omkring brintets potentiale, råder Ruf også til en målrettet tilgang.

”Det problem, vi har, antager jeg som en sektor til understøttelse af brændstofcelle-teknologi er, at vi skal være på vagt over for hypen, og vi skal være i stand til at styre forventningerne,” siger hun. ”Det er noget, der tager tid og investeringer. Det vil ikke ske natten over, men på lang sigt er det en meget god løsning. ”

Denne artikel blev oprindeligt vist på Ensia

Om forfatteren

Bianca Nogrady er en freelance videnskabsjournalist, som endnu ikke har fundet et stykke forskning, som hun ikke synes er fascinerende. Hun skriver for en række butikker, herunder Nature, The Guardian, Australian Geographic, BBC Future og Australian Broadcasting Corporation.  twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

Redaktørens note: Forfatteren har skrevet kontrakt for CSIRO tidligere, men ikke relateret til brintbrændstof.

Bøger af denne forfatter

at InnerSelf Market og Amazon