211service.com
En föroreningsfri väteekonomi? Inte så snart
Tänk väte - framtidens rena bränsle. Det brinner med syre för att göra vattenånga, och bara vattenånga-ingen sot, inga lustgaser, ingen koldioxid med dess potentiella växthusuppvärmning. I sitt meddelande om State of the Union i januari tillkännagav president Bush ett stort nytt initiativ. Han föreslog 1,2 miljarder dollar i forskningsfinansiering som han sa skulle göra det möjligt för USA att leda världen när det gäller att utveckla rena, vätgasdrivna bilar. Uppmuntrad av detta nya federala stöd, sa Bush, kommer våra forskare och ingenjörer att övervinna hinder för att ta dessa bilar från laboratoriet till utställningslokalen, så att den första bilen som körs av ett barn som är född i dag kan drivas av vätgas och är fri från föroreningar. Hans överraskningsmeddelande möttes av entusiastiska applåder.
Nu är här en mer pessimistisk syn på väteekonomin: enorma dagbrottsgruvor som ärr i stora delar av Pennsylvania, Illinois, Utah och Colorado. Miljarder ton koldioxid dumpas i atmosfären varje år från anläggningar som producerar väte genom att bränna fossila bränslen kol, olja och naturgas.
Var är sanningen? Utan tvekan någonstans mittemellan - men det handlar förmodligen om kraftig förbränning av fossila bränslen.
Nyckelfaktumet är detta: Väte är inte en energikälla. Det är bara ett sätt att förvara och transportera det. Även om väte är det vanligaste grundämnet i universum (och i det mer omedelbara närområdet, det utgör 90 procent av atomerna i solen och Jupiter), finns det praktiskt taget ingen vätgas på jorden. Vår gravitation är så svag att i princip allt vårt ursprungliga väte - utom det som binder sig till tyngre föreningar - flydde ut i rymden för miljarder år sedan. Vätgasbränsle måste alltså tillverkas genom att utvinna det ur vatten och metan. Från vätebränsle får du bara ut den energi du lägger i utvinningen, eller från att förbränna kol i processen.
Vatten kan delas upp i väte och syre genom elektrisk ström, den process som kallas elektrolys. Vanlig värme kommer också göra susen. Över 2 700 C vatten sönderfaller spontant. Vid en tillräckligt varm eld (t.ex. Kuwaits oljebrunnsbränder) sönderfaller vattnet och återförenas sedan när det svalnar ovanför brunnen.
Men att klyva vatten är dyrt, och vi behöver inte syret. Det finns ett mycket billigare sätt att producera väte: spraya ånga på vitglödiga kol och ut kommer mestadels vätgas (40 procent) och kolmonoxid (50 procent), en blandning som lämpligen kallas vattengas. Det är det billigaste sättet att tillverka väte. Tyvärr är kolmonoxiden som produceras tillsammans med den mycket giftig. För att utvinna den sista energibiten kan kolmonoxiden förbrännas, och det förvandlar den till växthusgasen koldioxid.
Produktionen av vattengas började på allvar på 1870-talet. Den andra vanliga tillverkade gasen då var kolgas, utvunnen från bituminöst kol genom att värma det i en syrefri miljö. Kolgas gick till gatlyktor och hem, och den farligare vattengasen användes av industrin. Vattengas förekommer fortfarande i stor utsträckning i ståltillverkning och i den så kallade Fisher-Tropsch-processen, som används för att tillverka syntetisk bensin och alkoholer.
På 1920-talet gav upptäckten av stora underjordiska reserver av metan ett billigare alternativ till kolgas. Eftersom det inte tillverkades kallades det naturgas, namnet används fortfarande idag. Metan ersatte också kol för vattengasproduktion. Liksom med kol, producerar väte från metan rikligt med kolmonoxid som vid förbränning blir till koldioxid.
Men nyheterna är inte bara dåliga. För samma energi som levereras dumpar produktion av väte från metan ungefär hälften så mycket koldioxid i atmosfären som förbränning av fossila bränslen. Det beror till stor del på att vätebaserade bränsleceller är effektivare än förbränningsmotorer. Dessutom pågår seriösa forskningsprogram för att hitta ett sätt att binda koldioxid, oavsett om det kommer från väteproduktion eller någon annan process som förbränner fossila bränslen. En billig lösning kan vara att gräva ner den i utarmade gas- och oljekällor. Min pessimistiska insats är dock att sekvestrering kommer att bli dyrt. Politiker kommer att välja att dumpa koldioxid i atmosfären och betala det dolda priset för föroreningar, snarare än att be allmänheten att betala ett förskottspris vid pumpen.
Ändå är väte långt ifrån ett idealiskt bilbränsle. Även i sin tätaste form (flytande) har väte bara en tredjedel så mycket energi per liter som bensin. Om den lagras som komprimerad gas vid 300 atmosfärer (ett mer praktiskt alternativ), levererar den mindre än en femtedel av energin per volym som bensin. En sådan låg energitäthet innebär att bränslelagring skulle ta upp mycket utrymme i en vätgasdriven bil - eller alternativt skulle en blygsam bränsletank kraftigt begränsa fordonets räckvidd mellan påfyllningar. Teknik som utvecklas för att tillåta högre tryck skulle göra vätgasbilar mer attraktiva.
De kända amerikanska naturgasreserverna kommer att vara borta om några decennier, eller tidigare om vi börjar använda den för bilar. Nyckelantagandet bakom drivkraften för en väteekonomi verkar vara tron på att det finns stora, oupptäckta reserver av naturgas i USA och runt om i världen. Men även om den uppfattningen visar sig vara felaktig, kan vi alltid gå tillbaka till att göra väte från kol; vi har nog av det i ett sekel, om vi inte har något emot dagbrottsgruvor.
Jag tror att väteekonomin är oundviklig. Det gör tydligen även stora investerare, som håller på att inrätta hamnanläggningar för framtida import av stora mängder flytande naturgas.
Jag tror också att vätet kommer att tillverkas med vilken metod som helst som är billigast. På kort sikt skulle vi kunna återgå till elektrolys, driven av el från kärnkraftverk. Just nu är kärnenergi dyrt, till stor del, tror jag, på grund av regleringar som drivs av den upplevda risken för radioaktivitet. Ändå tror jag att koldioxid i atmosfären utgör ett mycket större långsiktigt hot mot miljön och hälsan än vad kärnkraftverk gör. Vi upplevde farorna med kärnkraft i Tjernobyl. För den kolbaserade ekonomin är motsvarigheten till Tjernobyl inte bara global uppvärmning; det är krig. Vi såg det i Irak. Så sammantaget föredrar jag kärnkraftsproducerat framför metanproducerat väte.
När solgenererad el blir billigare än naturgas eller kol kan vi lämna de fossila bränslena i marken och få det bästa av alla världar. Billig solenergi är oundvikligt, och vi kommer inte behöva plåsta delstaten Kalifornien med solceller för att dra nytta av dess fördelar. I en kvadratkilometer solljus finns det 1 000 megawatt solkraft - motsvarande ett stort kärnkraftverk. Även om bara 10 eller 20 procent av solljusets energi utvinns som elektricitet, kommer solcellernas yta inte att vara mycket större än vad vi för närvarande ägnar åt kärnkrafts-, gas- eller kolkraftverk. Energi kan lagras på natten (och under molniga dagar) i väte. Solens framtid kommer.
Att skapa en väteekonomi är ett bra mål. Men på kort sikt, med undantag för ett kärnkraftsupplivande, kommer övergången till vätgas sannolikt att innebära ett växande beroende av importerad naturgas och fortsatt förorening av atmosfären med koldioxid. Trots president Bushs optimism är det högst osannolikt att dagens barns första bilar kommer att drivas av vätgas som var rent producerat. Men det kanske deras barns bilar blir det. Och på lång sikt kan vår byte till vätgas underlätta övergången till en soldriven ekonomi.