Da prisen på fornybar energi faller og lagringsteknologier blir modne, brenner brensel opp frisk oppmerksomhet.

Jorgo Chatzimarkakis ble påfyllet sin brenselbrenselvogn på en av 50-plus tankstasjoner spredt rundt Tyskland da en Tesla-driver, som lade opp sin egen bil, nærmet seg.

Mannen var spent på å se en hydrogen-drevet bil i aksjon, og var full av spørsmål. Chatzimarkakis, som er generalsekretær for Hydrogen Europe, var glad for å svare på dem, og de to snakket i flere minutter.

Men da var hydrogenbilen helt påfyllet, mens Tesla-sjåføren fortsatt stod over lang vent mens batteriet lades opp.

"Dette er virkeligheten," sier Chatzimarkakis. "Nå er bensinstasjoner klar, bilen er klar, jeg kan planlegge turen min fra Sveits til Danmark og inn i Norge uten problemer."

Visjonen om en hydrogenbasert verden har hatt mer nærfeil enn Wile E. Coyote. I 1923 forestillte den britiske genetikeren JBS Haldane a nettverk av hydrogengenererende vindmøller driver Storbritannia, men ingenting kom av det. I 1970 brukte den sydafrikanske-fødte elektrokjemisten John Bockris først termen "hydrogenøkonomi" i en tale, og senere publisert en bok som beskriver hva en solenergi-drevet verden kan se ut. Men igjen, ingenting forandret seg. I 2002 hevdet den amerikanske økonomiske og sosiale teoretikeren Jeremy Rifkin at hydrogen kunne ta over olje og at Energiets fremtid ligger i hydrogendrevne brenselceller.

Men industrien var ikke klar, sier Chatzimarkakis. "Det var veldig veldig gyldig, sier Jeremy Rifkin, men politikere og journalister, de vil alltid se beviset," sier han. "Og på den tiden var det veldig langt unna å bli realisert fordi forskningen ikke var avansert nok."

Hydrogen kommer av alder

Kanskje, til slutt, har hydrogen øyeblikk kommet.

Japan planlegger å bruke 2020 i Tokyo olympiske leker for å vise frem sin visjon for et hydrogen samfunn og har investert US $ 348 millioner i å etablere hydrogen tankstasjoner og annen infrastruktur. Tyskland har lansert verdens første hydrogen-drevne tog for å utfylle et voksende antall hydrogen tankstasjoner over hele landet. Sveits er kjøper 1,000 hydrogendrevne lastebiler, Har Norge hatt hydrogen tankstasjoner siden 2006 og Sør-Korea er investerer US $ 2.33 milliarder i løpet av de neste fem årene å skape hydrogen tankstasjoner, brenselcelle kjøretøy anlegg, brenselcelle busser og hydrogen lagringssystemer. Og Australia har sett begge sine nasjonalvitenskapsagentur CSIRO og sjefforsker Alan Finkel rapportere hverandre sine visjoner for en hydrogendrevet nasjon og eksportindustri.

Coradia iLint begynte å levere hydrogentransportert masseforsendelse i Tyskland i 2018. Foto courtesy of Alstom | R Frampe

I hjertet av hydrogenøkonomien er bruken av elektrisitet fra fornybare kilder som sol, vind og vannkraft å splitte vann inn i oksygen og hydrogen - en prosess som heter elektrolyse. At "grønn hydrogen" kan da brukes i brenselceller for å generere elektrisitet, og brenselcellene kan brukes individuelt for å kjøre biler eller i stabler for å støtte eller til og med drive et rutenett. Best av alt, eksos som genereres av hydrogen brenselceller er vann, som en dag kan gjenopptas og resirkuleres for elektrolyse igjen.

Økonomi og klima

Så hva har endret seg for å endelig gi hydrogen til forkant av globale energiplaner? Jenny Hayward, seniorforsker ved CSIRO og medforfatter av sin 2018 National Hydrogen Roadmap, sier mer gunstig økonomi har spilt en betydelig rolle.

"Du har produksjonen som kommer ned i kostnad, men også du har utnyttelse som kommer ned i kostnad," sier Hayward. Ikke bare har prisen på elektrisitet fra solceller og vind redusert dramatisk, men elektrolyserteknologiene har også blitt mye billigere, større og mer effektive. Samtidig forbedrer hydrogenbrenselceller både effektivitet og kostnad, sier hun.

Klikk for å se et US Department of Energy infographic om hydrogen brensel.

En annen viktig driver er det økende behovet for betydelige reduksjoner av klimagassutslippene, sier John Andrews, en bærekraftig energikompetent og professor ved RMIT University i Melbourne, Australia.

"Det er så viktig å holde introduksjonen bundet til å være en del av løsningen for å takle klimaendringene," sier Andrews. "Det er ikke bare et spørsmål om å få et alternativt drivstoff; Det er et spørsmål om å få et drivstoff- og energisystem med nullutslipp. "

Forbedre tilpasningen av hydrogen som drivstoff har ikke vært lett. Til tross for det århundre gamle søket etter en hydrogenøkonomi har det vært noen betydelige teknologiske utfordringer å overvinne for å komme til dette punktet - og det er fortsatt tidlige dager.

Løse lagringsproblemet

Et sentralt tema ved bruk av hydrogen for transport har vært lagring. Det er bare nylig blitt mulig å komprimere hydrogen i en beholder som er liten nok og lett nok til å passe på baksiden av et passasjerkjøretøy, samtidig som den inneholder nok energi til å drivstoffere bilen til minst 300 miles.

"Det var alltid tenkt at det ville være svært vanskelig å få et hydrogenlagring som kunne slå USAs Department of Energy-mål for bruk med hydrogenbrenselcellebiler," sier Andrews. Så kom utviklingen av a høytrykksvanntank laget av avanserte kompositter, som var i stand til å møte og til og med overgå kravene.

Drivstoff lagring har vært en stor utfordring for hydrogen-fueled transport. Nylige forbedringer har utvidet rekkevidden av personbiler til mer enn 300 miles per fyll. Foto © iStockphoto.com/Tramino

"Jeg tror det fikk folk til å sitte og si ja, det er mulig å ha en form for lagring som kan brukes til å bære hydrogen ombord på et kjøretøy og gi et utvalg som kan sammenlignes med konvensjonelle biler og ha påfyllingstid - dette er en kritisk fordel av hydrogen - bare noen få minutter, sier han.

Hydrogenbrenselceller kjører nå eller til og med overstiger rekkevidde av konvensjonelle bensin- eller dieseldrevne kjøretøyer; Toyota hevder sin mirai får rundt 312 miles fra en tank av hydrogen. Dette gjør dem til et langt mer attraktivt prospekt for fjerntransport enn et elektrisk batteridrevet kjøretøy.

Det gjør dem også et levedyktig alternativ for flere hardt arbeidende biler, sier Lisa Ruf, koordinator for Hydrogen Mobility Europe og hovedkonsulent ved Element Energy i Storbritannia.

"I operasjoner for lastebiler, for drosjer, for nødhjelpstjenester, må du ha rekkevidde og tanketid som ligner på konvensjonelle kjøretøyer," sier hun og citerer saken av London Metropolitan Police, som i år kjøpte 11 hydrogenbrenselcellebiler. 

Fôring av rutenettet

Hydrogen blir også utforsket som en måte å bidra til å opprettholde stabiliteten til et fornybart matrør, ifølge Morry Markowitz, president for Fuel Cell og Hydrogen Energy Association i USA

"Fordi solen ikke skinner hele tiden og vinden ikke blåser, har fornybar energi et intermittency problem, så du må kunne finne en måte å effektivt lagre elektronene som blir opprettet, sier han. Overflødig elektrisitet kan brukes til å drive elektrolyse og generere hydrogen som kan brukes i brenselcellekjøretøy eller stasjonære brenselceller, eller lagres for transport.

Dette scenariet er spesielt attraktivt for fjerntliggende områder, for eksempel outbackbyer i Australia som ellers er avhengige av dieseldrevne generatorer. Drivende byer som bruker en kombinasjon av fornybar energi og hydrogenlagring, kan snart bli kostnadseffektive, spesielt ettersom prisen på diesel stiger, sier Hayward.

Gass selskaper ser også hydrogen som et potensielt alternativ til naturgass, som kan gjøre bruk av den eksisterende infrastrukturen. "Det ville være fantastisk; da stoler de ikke på lastebiler som kommer inn med diesel, de trenger bare deres fornybare stoffer, sier hun. "De kunne ha et system hvor de har en brenselcelle og de gjenoppretter vannet, så det er et selvstendig system."

Gass selskaper ser også hydrogen som et potensielt alternativ til naturgass, som kan benytte seg av den eksisterende infrastrukturen.

"Spesielt hvis vi skal gå til høye utslippsreduksjonsmål, vil de få all denne gassinfrastrukturen å sitte der ikke blir brukt," sier Hayward. "Det som er interessant er i gassdistributionsnettene, hvis de er laget av PVC-rør, kan du ha 100 prosent hydrogen, selv om apparater og målere måtte endres."

Hindenburgseffekten

Det er umulig å snakke om hydrogen uten å takle blimp i rommet, hva Markowitz kaller "Hindenburg-effekten." Den spektakulære hydrogen-fueled inferno som var Hindenburg airship katastrofe i New Jersey i 1937 fortsatt hjemsøker hydrogenindustrien, og spørsmålet om brenselets brennbarhet og sikkerhetsproblemer er uunngåelig hevet i diskusjoner om hydrogenøkonomien.

Men Markowitz sier at hydrogenteknologi i dag er langt avansert fra hydrogenteknologien i den perioden.

"Avanserte materialer som karbonfiltanker, sensorer, datamaskiner og andre ting har blitt så dramatisk forbedret ... sikkerheten for hydrogen burde ikke engang være et problem, sier han. "I transportsektoren og andre områder møtes eller overgår hydrogen kjøretøyer alt som er på veien i dag."

Det er også bekymringer for at økt opptak av hydrogen kan påvirke ozonlaget. EN 2003 studie foreslo at hvis all fossil brenselergiproduksjon ble erstattet med hydrogen, kunne lekkasje av gassen inn i atmosfæren reagere med oksygen for å danne vanndamp som kunne forstyrre ozonlaget med en betydelig mengde.

En annen kritikk som ofte er laget av hydrogen er at en betydelig mengde fortsatt er produsert ved hjelp av fossile brensler. I USA produseres mest hydrogen via en prosess som kalles naturgass reformering, hvor naturgass reageres med høy temperatur damp for å produsere hydrogen, karbonmonoksid og en liten mengde karbondioksid. Det kan også gjøres av forbrenning av brunkull, som også resulterer i CO₂ produksjon.

"Hvis du følger en av disse ruter for å få hydrogen, er det noen kullsyreutslipp som kommer fra disse ruter, så den eneste måten du kan lage den nullutslipp på, er å koble sammen med karbonfangst og lagring," sier Andrews. "Og det er fortsatt et stort spørsmål om det kan være levedyktig, om det kommer til å være trygt, og vi kan beholde dette karbondioksidet i tusenvis av år under bakken, og om det noen gang kan være økonomisk."

Målt tilnærming

Det er en følelse av brådskelse for diskusjon om hydrogen, noe som gjenspeiler den utbredt anerkjennelsen om at det er behov for å avkoble transport, sier Ruf. Hun argumenterer for at mens det finnes en rekke løsninger på bordet, kan hydrogen ta opp problemer som andre teknologier ikke kan gjøre ganske enkelt eller kostnadseffektivt.

Men mens det er mye spenning om hydrogenpotensialet, rådfører Ruf også for en målt tilnærming.

"Problemet som vi antar som en sektor for å støtte hydrogenbrenselcelleteknologi, er at vi må være forsiktige med sprøytenarkomanen, og vi må kunne klare forventningene, sier hun. "Det er noe som tar tid og investering. Det skjer ikke over natten, men på lang sikt er det en veldig god løsning. "

Denne artikkelen opprinnelig dukket opp på Ensia

Om forfatteren

Bianca Nogrady er en frilans vitenskapsjournalist som ennå ikke har møtt et forskningsarbeid hun ikke finner fascinerende. Hun skriver for en rekke utsalgssteder, inkludert Naturen, The Guardian, Australian Geographic, BBC Future og Australian Broadcasting Corporation.  twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

Redaktørens notat: Forfatteren har tidligere skrevet kontrakt for CSIRO, men ikke relatert til hydrogenbrensel.

Bøker av denne forfatteren

at InnerSelf Market og Amazon