"Jei tai būtų
vakarėlis, o jūs atsisėstumėte ir paklaustumėte: "Kodėl gi ne vandeniliu
varomi automobiliai?", galėtumėte praleisti ilgą naktį. Ar galiu atnešti
espreso?
Man šis klausimas
kyla labai daug kartų. Žmonėms kyla klausimas, ar, atsižvelgiant į dabartines akumuliatorių
technologijos ribas, vandeniliu varomas automobilis, naudojant kuro elementų
įrenginį suslėgtam vandeniliui paversti elektra, turėtų ilgesnį atstumą ir
greitesnį papildymo / įkrovimo laiką.
Taip, jei
pirmiausia turite vandenilį. Pageidautinas skystas vandenilis.
Žmonės mano, kad
vandenilio yra daug. Tai nėra – nėra lengvai naudojama forma. Atominiai
vandenilio ryšiai glaudžiai jungiasi su viskuo, kas yra aplinkui.
Angliavandenilių atveju vandenilis mirtinai sulaiko anglies junginius; vandens
atveju jis nenori atsisakyti deguonies.
Vandenilis
išsiskiria iš vandens procese, vadinamame elektrolize, naudojant elektros
energiją, kad būtų nutrauktas ryšys su deguonimi. Norint atskirti H2 nuo
iškastinio kuro – paprastai gamtinių dujų arba metano – procesas vadinamas garų
reformavimu. Nė vienas iš jų nėra ypač efektyvus. Naudojant geriausią praktiką,
elektrolizė gali pasiekti iki 80 % energijos vartojimo efektyvumą. Tai reiškia,
kad, norint išlaisvinti 40 kWh vertės „nulinės emisijos“ vandenilio, reikia
50–55 kWh energijos ir susijusių emisijų.
Riformingas
garais-metano yra maždaug toks pat efektyvus, tačiau šis procesas išskiria daug
anglies dvideginio, kelis kartus daugiau, nei išgaunama vandenilio,
priklausomai nuo žaliavos. Be to, norint suspausti H2 į saugojimo įrenginį –
vandenilio baką – reikia reikšmingos energijos sumos, kad ją būtų galima
naudoti automobilyje.
Patekus į automobilį,
vandenilio IG dar kartą paveikia kuro elementą – laidžių membranų krūvą, kur
vandenilis susijungia su deguonimi, kad gamintų vandenį ir elektrą.
Veiksmingiausi tokie įrenginiai duoda apie 60 % potencialios energijos, o tai
sumažina sistemos efektyvumą nuo gręžinio iki rato iki 30–40 %, palyginti su
įprastų vidaus degimo transporto priemonių.
Visa tai leidžia
suprasti, kodėl, jei jūsų nacionalinės energetikos politikos tikslas yra
mažesnis anglies dvideginio išmetimas vienam ekonominės veiklos vienetui,
vandeniliu pagrįsto transportavimo apimtis yra sudėtinga. Kaip ta kava?
Pasiruošę kitam puodeliui?
Tačiau net jei,
anglies neturintis, vandenilis tekėtų kaip medus iš uolos, jį būtų sunku
transportuoti ir pristatyti į milijonus automobilių mažmenine prekyba. Paimkite
vamzdynus: infrastruktūros, kurią naftos ir dujų sektorius naudoja gamtinėms
dujoms (metanui) transportuoti, negalima lengvai dalytis su suslėgtu
vandeniliu.
Arba degalinės:
kelių viešai prieinamų H2 degalinių, pastatytų per pastarąjį dešimtmetį (šiuo
metu JAV yra 48 viešos H2 degalinės, 47 Kalifornijoje ir viena Havajuose),
išlaidos buvo daug kartų didesnės nei susijusios. su įprastomis degalinėmis. Į
šias išlaidas paprastai įeina dujų reformavimo įrenginys vietoje,
todėl nereikia minėtų vamzdynų ir didelės talpos talpyklų. Jie taip pat
atspindi federalinių, valstijų ir vietinių taisyklių laikymosi išlaidas,
susijusias su leidimu seneliui pumpuoti savo aukšto slėgio kosminį kurą. Kažkas
miesto tarybos posėdyje šaukia Hindenburgas trys, du, vienas. . .
Vandenilis turi
keletą puikių fizinių savybių. Pagrindinė iš jų yra didelis energijos tankis
pagal masę. Kilogramas vandenilio įkūnija maždaug tris kartus daugiau energijos
(120 MJ/kg, arba 33,3 KWh), nei kilogramas benzino (44 MJ/kg arba 12,2 KWh, o
tai prilygsta šešiems tinkamai išlydytiems Molotovo kokteiliams).
Dėl to vandenilis
nušluosto grindis geriausiomis ličio baterijomis. Naujieji Tesla 4680 elementai
geriausiu atveju gali pasiekti 300 Wh/kg. Energijos tankiausios kietojo kūno
baterijos horizonte gali tiekti du ar tris kartus daugiau. Ji vis dar sudaro
mažiau, nei 1 kWh vienam kilogramui, tai yra dalis vandenilio energijos
perdavimo pajėgumo.
Ir vis dėlto, be
kelių nedidelių projektų ir reikalavimus atitinkančių automobilių, tokių, kaip
Toyota Mirai, visas automobilių pasaulis kreipiasi į baterijas. Kodėl?
Lengvosiose
transporto priemonėse vandenilio ribojantis veiksnys visada buvo mažas
energijos tankis pagal tūrį – kitaip tariant, butelių dydis. Tipiškas
automobiliams skirtas slėginis indas gali būti trijų pėdų ilgio ir vienos pėdos
skersmens cilindras, nominaliai (santykiu 3:1), stipriai aptrauktas anglies
pluošto armatūra ir slėgis iki 350–700 barų. Toks butelis talpina brangų 5,6 kg
H2, kurio vertė apie 185 kWh.
Tačiau, vėlgi,
atsižvelgiant į nuostolius kuro elemente, efektyvi galia yra daugiau kaip 111
kWh, palyginti su dabartine ir įprasta ličio baterijų technologija. Tokiu būdu
vandenilis taip pat turi diapazono problemą.
Reikalas tas, kad
jei jums reikia perkelti energiją urmu arba tiesiog perkelti didžiąją dalį, H2
yra jūsų draugas. Bandomieji kuro elementais varomų sunkiasvorių sunkvežimių
parkai jau yra keliuose, taip pat lokomotyvai, laivai, autobusai ir kitos
programos, kuriose erdvė nėra tokia brangi, kaip lengvosiose transporto
priemonėse.
Vandenilis gali
atlikti svarbų vaidmenį EV įkrovimo infrastruktūroje, ypač nuotoliniu būdu ar srityse,
kuriose išmintinga politika būtų išvengta generatorių, elektros linijų ir
pastočių. Įsivaizduokite H2/EV stotį, įrengtą už nacionalinio parko, ramiai
gaminančią elektrą su stacionariu kuro elementu, naudodama sunkvežimiu
pristatomą H2. „Suslėgtas vandenilis iš tikrųjų yra būdas sunkvežimiais vežioti elektrą“, – sakė Susirūpinusių mokslininkų sąjungos vyresnysis
inžinierius Davidas Reichmutas.
Arba žinote, kas
būtų tikrai šaunu? Skystas vandenilis (LH2), laikomas -253 C temperatūroje.
Vienas kubinis metras kriogeninio vandenilio sudaro apie 2 343 kWh energijos,
maždaug atitinkančią 23 visiškai įkrautų Teslos sukauptą energiją.
Ir vis dėlto žinau
tik vieną pastangą išnaudoti kriovandenilio potencialą ant keturių ratų:
Glickenhaus HFC pikapas. „Scuderia Cameron Glickenhaus“ (SCG) Sleepy Hollow
mieste, N.Y., HFC pikapas bus išbandytas būsimose „Baja 1000“ visureigių
lenktynėse, kur kurso metu kurso papildymui galbūt bus naudojami keičiami
skysto vandenilio bakai.
Ir jūs manėte, kad
sunku išlaikyti alų vėsų." [1]
1. OFF DUTY --- The
Burning Questions Issue: Gear & Gadgets -- Rumble Seat: Why Doesn't
the World Have More Hydrogen-Powered Cars? --- If the aim of energy
policy is to find fuel sources with low- or zero-carbon emissions, the
clear winner is hydrogen. But the clingy, promiscuous element still
hasn't delivered us to the promised land.
Neil, Dan. Wall Street Journal, Eastern edition; New York, N.Y. [New York, N.Y]. 12 Feb 2022: D.11.