211service.com
Hype over waterstof
Waterstof- en brandstofcelauto's worden enorm gepromoot. Het Amerikaanse ministerie van Energie heeft ze tot de centrale focus van zijn inspanningen op het gebied van schone energie gemaakt. De staat Californië heeft gezegd dat het in de komende jaren een waterstofsnelweg zal bouwen, met waterstoftankstations om de 20 mijl langs belangrijke snelwegen. General Motors besteedt meer dan een kwart van zijn onderzoeksbudget aan brandstofcelvoertuigen en Larry Burns, GM's vice-president voor R&D en planning, zei in februari dat het bedrijf tegen 2010 een commercieel levensvatbare brandstofcelauto zal hebben.
Maar ondanks al deze hype zullen waterstofauto's waarschijnlijk inferieur blijven aan de beste benzine-elektrische hybride voertuigen zoals de Toyota Prius in vrijwel elk opzicht - kosten, actieradius, jaarlijkse brandstofrekening, gemak, veiligheid - tot ten minste 2030. De Prius zullen zelfs een lagere totale uitstoot van veel verontreinigende stoffen hebben dan auto's die rijden op de waterstof die waarschijnlijk in de nabije toekomst beschikbaar zal zijn bij tankstations. En een voortijdige druk op waterstofauto's zou de inspanningen ondermijnen om de warmtevasthoudende kooldioxide-emissies die de wereldwijde klimaatverandering veroorzaken, te verminderen.
Om waterstofauto's zowel praktisch vanuit het oogpunt van de consument als wenselijk vanuit een milieuperspectief te laten worden, zijn ten minste drie grote technologische doorbraken nodig. Bovendien zal het land zijn energiebeleid drastisch moeten verschuiven naar hernieuwbare energiebronnen zoals wind en zon.
Begrijp me niet verkeerd. Ik ben een groot voorstander van waterstof als mogelijke brandstof voor de toekomst. In feite heb ik gedurende een groot deel van de jaren negentig toezicht gehouden op het programma van het ministerie van Energie voor schone energie, inclusief waterstof, en in die tijd hebben we de financiering voor waterstoftechnologieën vertienvoudigd. Ik ben van mening dat voortgezet onderzoek naar waterstof belangrijk blijft vanwege het potentieel om na 2030 olie te vervangen zonder vervuiling.
Maar op dit moment verder gaan dan R&D om de waterstofinfrastructuur daadwerkelijk te bouwen - zoals velen pleiten - is zowel ongerechtvaardigd als onverstandig. Zoals Peter Flynn, een technische professor aan de Universiteit van Alberta, concludeerde in een onderzoek uit 2002 naar de inspanningen om voertuigen op aardgas te commercialiseren: overdreven beweringen hebben de geloofwaardigheid van alternatieve transportbrandstoffen geschaad en de acceptatie vertraagd, vooral door grote commerciële kopers.
Laten we even kijken waarom auto's op waterstof nog lang niet logisch zijn.
Het is duur
In een waterstofeconomie zou de belangrijkste energiedrager waterstof zijn die wordt geproduceerd uit vervuilingsvrije energiebronnen. Dit doel rust op twee pijlers: een vervuilingsvrije bron voor de waterstof en een apparaat om deze waterstof schoon om te zetten in bruikbare energie (de brandstofcel).
Waterstof is geen gemakkelijk toegankelijke energiebron zoals kolen of wind. Het is nauw verbonden met moleculen zoals water (H20) en aardgas (voornamelijk samengesteld uit methaan of CH4), dus het is duur en energie-intensief om te extraheren en te zuiveren. Meer dan 95 procent van de Amerikaanse waterstof wordt tegenwoordig uit aardgas geproduceerd, omdat dat de goedkoopste methode is. Toch kost het leveren van waterstof uit aardgas aan de tank van een brandstofcelauto in bruikbare vorm vier keer zoveel als benzine met een equivalente hoeveelheid energie. Waterstof uit bronnen die vrij zijn van vervuiling, zoals hernieuwbare energiebronnen, is zelfs nog duurder. Een waterstofinfrastructuur gebouwd rond bestaande of bijna commerciële technologieën zou meer dan $ 600 miljard kosten, volgens de meest uitgebreide studie gedaan door het Argonne National Laboratory.
Brandstofcellen zijn kleine, modulaire, elektrochemische apparaten, vergelijkbaar met batterijen, maar die continu van brandstof kunnen worden voorzien. Een brandstofcel neemt waterstof en zuurstof op en geeft elektriciteit en warmte af; de enige uitstoot is water. Dit klinkt als een wondermiddel voor energie, maar vandaag, meer dan 160 jaar nadat de eerste brandstofcel werd gebouwd, en na meer dan $ 15 miljard aan publieke en private uitgaven, heeft brandstofceltechnologie nog steeds geen groot commercieel succes geboekt.
De technische uitdagingen zijn enorm. In september 2003 rapporteerde een panel van het Amerikaanse ministerie van Energie over fundamentele onderzoeksbehoeften voor de waterstofeconomie, voorgezeten door MIT-hoogleraar natuurkunde en elektrotechniek Mildred Dresselhaus, dat transportbrandstofcellen 100 keer duurder zijn dan interne verbrandingsmotoren. De meest volwassen waterstofopslagsystemen - die ultrahoge druk gebruiken - bevatten zeven tot tien keer minder energie per volume-eenheid dan benzine en vereisen een aanzienlijke hoeveelheid compressie-energie. Vorige maand nog concludeerde een prestigieus panel van de National Academy of Sciences dat dergelijke opslag weinig kans biedt op praktische bruikbaarheid op de lange termijn. En een rapport dat deze maand werd gepubliceerd door de American Physical Society concludeerde dat er een nieuw materiaal moet worden ontdekt om het opslagprobleem op te lossen.
Het panel van het Department of Energy merkte op dat de kosten van de productie van waterstof met een factor vier moeten worden verlaagd om waterstof economisch concurrerend te maken met de huidige fossiele brandstoffen. Ook op het gebied van waterstofinfrastructuur en veiligheid zijn grote vorderingen nodig. Het panel concludeerde dat deze hiaten niet kunnen worden overbrugd door stapsgewijze vooruitgang van de huidige stand van de techniek, maar in plaats daarvan revolutionaire conceptuele doorbraken vereisen.
Als dit klinkt alsof het lang zal duren voordat we een commercieel levensvatbaar product op de markt zien, zou dat geen verrassing moeten zijn. Doorbraken die een revolutie teweegbrengen in de energietechnologie zijn zeldzaam. Het heeft windenergie en zonne-energie elk ongeveer 20 jaar gekost om een vertienvoudiging van de prijzen te zien, na grote investeringen van de overheid en de particuliere sector in O&O en implementatie - en ze zijn nog steeds goed voor ruim minder dan één procent van de Amerikaanse elektriciteitsopwekking.
Voertuigen op alternatieve brandstof (AFV's) vormen een grotere uitdaging, omdat ze een investering van een biljoen dollar in de infrastructuur voor het tanken van benzine moeten overwinnen. Twee grote inspanningen om AFV's in de afgelopen twee decennia te commercialiseren - elektrische voertuigen en voertuigen op aardgas - zijn beide mislukt, ook al zijn elektriciteit en aardgas overal verkrijgbaar en goedkoop. Waterstof is daarentegen bijna nergens verkrijgbaar en relatief duur. Onze auto's en onze tankinfrastructuur zijn ontworpen rond vloeibare brandstoffen, die een hoge energiedichtheid hebben en gemakkelijker te hanteren zijn dan diffuse gassen zoals waterstof.
Op basis van mijn gesprekken met experts in het hele land denk ik dat het onwaarschijnlijk is dat waterstofauto's in 2030 zelfs maar vijf procent marktaandeel zullen hebben. Maar we moeten geen haast hebben met het inzetten van waterstofauto's.
Het is niet noodzakelijk schoon
Het is een populaire misvatting dat waterstof van nature goed is voor het milieu. Maar in feite is waterstof niet groener dan de energiebronnen die worden gebruikt om het te produceren. Zoals het panel van de National Academy opmerkte, is het zeer waarschijnlijk dat fossiele brandstoffen gedurende enkele decennia de belangrijkste bronnen van waterstof zullen zijn. Elke voortijdige duw in de richting van waterstofauto's zou onvermijdelijk betekenen dat de waterstof afkomstig zou zijn van de goedkoopste bron van vandaag, aardgas. Maar gezien de beperkingen op de Noord-Amerikaanse gasvoorziening, zouden we geïmporteerd gas gewoon verhandelen voor geïmporteerde olie.
Belangrijker is dat een auto met brandstofcel die rijdt op waterstof uit aardgas geen significante besparing op broeikasgassen oplevert in vergelijking met het rijden op geavanceerde hybride voertuigen op olie, zoals in 2003 MIT-studie concludeerde. De beste nieuwe hybriden hebben hun brandstofverbruik en daarmee de uitstoot van broeikasgassen sterk verminderd. De Prius uit 2004, die rijdt op benzine met een laag zwavelgehalte, produceert 90 procent minder uitlaatemissies dan de gemiddelde nieuwe auto.
De goedkoopste waterstof is echter vies. Op basis van de waterstoftankstations die Koninklijke/Shell heeft voorgesteld te bouwen, zou de totale uitstoot van stikstofoxiden van een brandstofcelvoertuig verdrievoudigen die van de beste nieuwe auto's.
Even belangrijk is dat een dergelijke strategie aardgas zou afleiden van een verscheidenheid aan betere toepassingen. Hoewel voertuigen die rijden op van aardgas afgeleide waterstof geen significante reductie van broeikasgassen zullen opleveren in vergelijking met de beste hybrides die op benzine rijden, kan een omschakeling op aardgas de uitstoot van elektriciteitscentrales aanzienlijk verminderen. Een kolengestookte generator stoot meer dan 1.000 kilogram kooldioxide in de lucht voor elke megawattuur elektriciteit die hij produceert. De beste gasgestookte centrales daarentegen stoten slechts zo'n 350 kilogram kooldioxide per opgewekte megawattuur uit.
Evenzo zou een megawattuur elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen, indien gebruikt om waterstof te maken voor een brandstofcelvoertuig, ongeveer 230 kilogram koolstofdioxide besparen in vergelijking met een Prius die op benzine rijdt. Dat is zo'n 770 kilogram minder dan de besparingen door het verdringen van kolenstroom - en deze besparingen kunnen worden bereikt zonder honderden miljarden dollars uit te geven aan brandstofcelvoertuigen en waterstofinfrastructuur. Zoals David Keith van Carnegie Mellon en Alexander Farrell van de University of California, Berkeley, concludeerden in een analyse van juli 2003 in Wetenschap magazine: Totdat de CO2-emissies van elektriciteitsopwekking vrijwel zijn geëlimineerd, zal het veel kosteneffectiever zijn om nieuwe CO2-neutrale elektriciteit (bijvoorbeeld wind of kernenergie) te gebruiken om de uitstoot te verminderen door fossiele opgewekte elektriciteit te vervangen.
Het Amerikaanse Congres zal echter geen wetgeving aannemen die vereist dat zelfs 10 procent van de elektriciteit in 2020 afkomstig moet zijn van hernieuwbare energiebronnen. Dit betekent dat waterstofauto's pas na 2030 echt waarde zullen hebben als strategie voor de opwarming van de aarde. Een analyse uit 2004 door Pacific Northwest National Laboratory concludeerde dat waterstof, zelfs met technologische doorbraken en een grote druk op het verminderen van de uitstoot van kooldioxide, niet doordringt in de transportsector. sector in belangrijke mate tot na 2035.
Op dit moment is het leveren van hernieuwbare waterstof aan een auto in bruikbare vorm onbetaalbaar - vergelijkbaar met benzine voor $ 6 tot $ 10 per gallon. We hebben een grote doorbraak nodig in de CO2-neutrale waterstofproductie, samen met grote sprongen voorwaarts in brandstofcellen en waterstofopslag, voordat waterstofauto's plausibele concurrenten worden.
Terwijl we de komende twee decennia aan R&D doen, moeten we, als we een catastrofale opwarming van de aarde willen voorkomen, nieuwe CO2-neutrale elektriciteit onze topprioriteit maken. een maart 2003 analyse door een groep wetenschappers onder leiding van Ken Caldeira van het Lawrence Livermore National Laboratory, en gepubliceerd in Wetenschap tijdschrift, concludeerde dat als de klimaatgevoeligheid in het midden van het momenteel geprojecteerde bereik ligt, zelfs stabilisatie bij een opwarming van 4 ° C elke dag de installatie van 410 megawatt koolstofemissievrije energiecapaciteit zou vereisen, vijf keer de business-as-usual voorspelling.
Hoewel waterstofvoertuigen voor 2030 een beperkte waarde kunnen hebben ter vervanging van wagenparken die worden aangedreven door dieselmotoren in zeer vervuilde steden, is het onwaarschijnlijk dat brandstofcelauto's tegen die tijd massaal succes zullen hebben op de markt. Noch overheidsbeleid, noch bedrijfsinvesteringen mogen gebaseerd zijn op de overtuiging dat waterstofauto's op korte of middellange termijn een zinvol commercieel succes zullen hebben.
Joseph J. Romm was waarnemend adjunct-secretaris van energie voor energie-efficiëntie en hernieuwbare energie tijdens de regering-Clinton. Dit artikel is gebaseerd op materiaal uit zijn boek De hype over waterstof: feit en fictie in de race om het klimaat te redden , deze maand gepubliceerd door Island Press. Ga voor meer informatie over het boek naar: www.coolcompanies.org .