Hype om väte

Vätgas- och bränslecellsbilar marknadsförs kraftigt. U.S.A. Department of Energy har gjort dem till centrala fokus för sina ansträngningar för ren energi. Delstaten Kalifornien har sagt att de under de närmaste åren kommer att bygga en vätgasmotorväg, med vätgasstationer var 20 mil längs stora motorvägar. General Motors spenderar mer än en fjärdedel av sin forskningsbudget på bränslecellsfordon och Larry Burns, GM:s vicepresident för FoU och planering, sa i februari att företaget kommer att ha ett kommersiellt gångbart bränslecellsfordon till 2010.

Men trots all denna hype kommer vätgasbilar sannolikt att förbli underlägsna de bästa bensin-elektriska hybridfordonen som Toyota Prius i praktiskt taget alla avseenden - kostnad, räckvidd, årlig bränsleräkning, bekvämlighet, säkerhet - åtminstone fram till 2030. Prius kommer till och med att ha lägre totala utsläpp av många föroreningar än bilar som körs på det väte som sannolikt kommer att finnas tillgängligt vid bensinstationer under överskådlig framtid. Och en för tidig push mot vätgasbilar skulle undergräva ansträngningarna att minska de värmefångande koldioxidutsläppen som orsakar globala klimatförändringar.

För att vätgasbilar ska bli både praktiska ur ett konsumentperspektiv och önskvärda ur ett miljöperspektiv krävs minst tre stora teknikgenombrott. Dessutom kommer nationen att behöva ändra sin energipolitik dramatiskt mot förnybara energikällor som vind och sol.

Missförstå mig inte. Jag är en stark förespråkare för väte som ett möjligt bränsle för framtiden. Faktum är att jag hjälpte till att övervaka Department of Energys program för ren energi, inklusive väte, under en stor del av 1990-talet - under vilken tid vi ökade finansieringen för väteteknologier tiofaldigt. Jag tror att fortsatt forskning om väte förblir viktig på grund av dess potential att tillhandahålla en föroreningsfri ersättning för olja efter 2030.

Men att gå bortom FoU vid denna tidpunkt för att faktiskt bygga väteinfrastrukturen - som många förespråkar - är både orättfärdigt och oklokt. Som Peter Flynn, ingenjörsprofessor vid University of Alberta, drog slutsatsen i en studie från 2002 om ansträngningen att kommersialisera naturgasfordon: Överdrivna påståenden har skadat trovärdigheten för alternativa transportbränslen och har försenat acceptansen, särskilt av stora kommersiella köpare.

Låt oss kort titta på varför vätgasbilar fortfarande är långt ifrån vettiga.

Det är dyrt

I en väteekonomi skulle den huvudsakliga energibäraren vara väte som produceras från föroreningsfria energikällor. Detta mål vilar på två pelare: en föroreningsfri källa för vätgas och en anordning för att rent omvandla detta väte till användbar energi (bränslecellen).

Väte är inte en lättillgänglig energikälla som kol eller vind. Det är hårt bundet i molekyler som vatten (H20) och naturgas (främst sammansatt av metan eller CH4) så det är dyrt och energikrävande att utvinna och rena. Mer än 95 procent av USA:s väte produceras av naturgas idag eftersom det är den billigaste metoden. Men att leverera vätgas från naturgas till tanken på en bränslecellsbil i användbar form kostar fyra gånger så mycket som bensin med motsvarande mängd energi. Vätgas från föroreningsfria källor, som förnybara energikällor, är ännu dyrare. En vätgasinfrastruktur byggd kring befintlig eller nästan kommersiell teknik skulle kosta mer än 600 miljarder dollar, enligt den mest omfattande studie gjort av Argonne National Laboratory.

Bränsleceller är små, modulära, elektrokemiska enheter som liknar batterier, men som kontinuerligt kan drivas. En bränslecell tar in väte och syre och släpper ut el och värme; dess enda utsläpp är vatten. Detta låter som ett universalmedel för energi, men idag, mer än 160 år efter att den första bränslecellen byggdes, och efter mer än 15 miljarder dollar i offentliga och privata utgifter, har bränslecellstekniken fortfarande inte nått någon större kommersiell framgång.

De tekniska utmaningarna är enorma. I september 2003 rapporterade en panel för det amerikanska energidepartementet om grundläggande forskningsbehov för väteekonomin, under ledning av MIT-professorn i fysik och elektroteknik Mildred Dresselhaus, att transportbränsleceller är 100 gånger dyrare än förbränningsmotorer. De mest mogna vätelagringssystemen som använder ultrahögt tryck innehåller sju till tio gånger mindre energi per volymenhet än bensin och kräver en betydande mängd kompressionsenergi. Bara förra månaden drog en prestigefylld panel från National Academy of Sciences slutsatsen att sådan lagring inte lovar något långsiktigt praktiskt. Och en rapport publicerad denna månad av American Physical Society drog slutsatsen att ett nytt material måste upptäckas för att lösa lagringsproblemet.

Panelen för energidepartementet noterade att kostnaden för att producera väte måste minskas med en faktor fyra för att göra vätgas ekonomiskt konkurrenskraftigt med dagens fossila bränslen. Stora framsteg skulle också krävas inom vätgasinfrastruktur och säkerhet. Panelen drog slutsatsen att dessa klyftor inte kan överbryggas av stegvisa framsteg av den nuvarande teknikens ståndpunkt, utan kräver istället revolutionära konceptuella genombrott.

Om detta låter som att det kommer att ta lång tid innan vi ser en kommersiellt gångbar produkt på marknaden, borde det inte vara någon överraskning. Genombrott som revolutionerar energiteknik är sällsynta. Det har tagit vindkraft och solenergi vart 20 år att se en tiofaldig nedgång i priserna, efter stora statliga och privata investeringar i FoU och utbyggnad – och de står fortfarande för långt under en procent av USA:s elproduktion.

Alternativa bränslefordon (AFV) är en större utmaning, eftersom de måste övervinna en biljoninvesteringar i bensininfrastrukturen. Två stora ansträngningar för att kommersialisera AFVs under de senaste två decennierna – elfordon och naturgasfordon – båda misslyckades, även om el och naturgas är allmänt tillgängliga och billiga. Väte är däremot knappast tillgänglig någonstans och är relativt dyrt. Våra bilar och vår bränsleinfrastruktur är designad kring flytande bränslen, som har höga energitätheter och är lättare att hantera än diffusa gaser som väte.

Baserat på mina diskussioner med experter runt om i landet, tror jag att det är osannolikt att vätgasbilar kommer att uppnå ens fem procents marknadsandel till 2030. Men vi borde inte ha bråttom att installera vätgasbilar.

Det är inte nödvändigtvis rent

Det är en populär missuppfattning att väte är bra för miljön. Men i själva verket är väte inte grönare än de energikällor som används för att producera det. Som National Academy-panelen noterade är det mycket troligt att fossila bränslen kommer att vara de viktigaste källorna till väte under flera decennier. Varje för tidig push mot vätgasbilar skulle oundvikligen innebära att vätgasen skulle komma från den billigaste källan idag, naturgas. Ändå, med tanke på begränsningarna för den nordamerikanska gasförsörjningen, skulle vi bara byta importerad gas mot importerad olja.

Ännu viktigare, en bränslecellsbil som körs på vätgas som härrör från naturgas ger inga betydande besparingar på växthusgaser jämfört med att köra avancerade hybridfordon på olja - som en 2003 MIT studie avslutade. De bästa nya hybriderna har kraftigt minskat sin bränsleförbrukning och därmed utsläppen av växthusgaser. 2004 års Prius drivs med lågsvavlig bensin och producerar 90 procent mindre avgasutsläpp än en genomsnittlig nybil.

Det billigaste vätet är dock smutsigt. Baserat på de vätgasstationer som Royal Dutch/Shell har föreslagit att bygga, skulle de totala utsläppen av kväveoxider från ett bränslecellsfordon vara trippel- det av de bästa nya bilarna.

Lika viktigt är att en sådan strategi skulle avleda naturgas från en mängd bättre användningsområden. Även om fordon som körs på naturgasutvunnet väte inte kommer att ge betydande minskningar av växthusgaser jämfört med de bästa hybriderna som körs på bensin, kan en övergång till naturgas kraftigt minska utsläppen från elproduktionsanläggningar. En koleldad generator släpper ut mer än 1 000 kilo koldioxid i luften för varje megawattimme el den producerar. De bästa gaseldade anläggningarna släpper däremot bara ut cirka 350 kilo koldioxid per genererad megawattimme.

På samma sätt skulle en megawattimme el från förnybara energikällor, om den används för att tillverka vätgas för ett bränslecellsfordon, spara cirka 230 kilo koldioxid jämfört med en Prius som körs på bensin. Det är cirka 770 kilo mindre än besparingarna från att ersätta kolkraft - och dessa besparingar kan uppnås utan att spendera hundratals miljarder dollar på bränslecellsfordon och vätgasinfrastruktur. Som David Keith från Carnegie Mellon och Alexander Farrell från University of California, Berkeley, drog slutsatsen i en analys i juli 2003 i Vetenskap magazine: Tills koldioxidutsläppen från elproduktion praktiskt taget är eliminerade kommer det att vara mycket mer kostnadseffektivt att använda ny CO2-neutral el (t.ex. vindkraft eller kärnkraft) för att minska utsläppen genom att ersätta fossil genererad el.

Den amerikanska kongressen kommer dock inte att anta lagstiftning som kräver att ens 10 procent av elen 2020 ska komma från förnybar energi. Detta innebär att vätgasbilar inte kommer att ha något verkligt värde som en global uppvärmningsstrategi förrän efter 2030. En analys från 2004 av Pacific Northwest National Laboratory drog slutsatsen att även med tekniska genombrott och en stor satsning på att minska koldioxidutsläppen, tränger väte inte in i transporterna sektorn på ett betydande sätt till efter 2035.

Just nu är det oöverkomligt dyrt att leverera förnybart vätgas till en bil i användbar form, motsvarande bensin på $6 till $10 per gallon. Vi behöver ett stort genombrott inom CO2-neutral väteproduktion, tillsammans med betydande steg framåt inom bränsleceller och vätgaslagring, innan vätgasbilar kommer att bli rimliga konkurrenter.

Medan vi gör forskning och utveckling under de kommande två decennierna måste vi, om vi ska undvika katastrofal global uppvärmning, göra ny CO2-neutral el till vår högsta prioritet. En mars 2003 analys av en grupp forskare ledda av Ken Caldeira från Lawrence Livermore National Laboratory, och publicerad i Vetenskap magazine, drog slutsatsen att om klimatkänsligheten ligger i mitten av det för närvarande beräknade intervallet, skulle till och med stabilisering vid 4C-uppvärmning kräva installation av 410 megawatt koldioxidfri energikapacitet varje dag - fem gånger prognosen 'business-as-usual'.

Även om vätgasfordon kan ha begränsat värde och ersätta flottor som drivs av dieselmotorer i mycket förorenade städer före 2030, är ​​det osannolikt att bränslecellsbilar kommer att nå framgång på massmarknaden då. Varken regeringens politik eller företagsinvesteringar bör bygga på tron ​​att vätgasbilar kommer att ha meningsfull kommersiell framgång på kort eller medellång sikt.

Joseph J. Romm var tillförordnad biträdande energisekreterare för energieffektivitet och förnybar energi under Clintonadministrationen. Denna artikel är baserad på material från hans bok Hypen om Hydrogen: Fact and Fiction in the Race to Save the Climate , publicerad denna månad av Island Press. För mer information om boken, gå till www.coolcompanies.org .

Dölj