從德國火車到韓國公共汽車,氫能燃料又回到能源圖片中

從德國火車到韓國公共汽車,氫能燃料又回到能源圖片中

隨著可再生能源價格的下降和儲存技術的成熟,氫燃料正在引起人們的關注。

Jorgo Chatzimarkakis正在其中一輛加油他的氫燃料電池車 50-plus加油站 當一位正在給自己的汽車充電的特斯拉司機走近時,他們散落在德國各地。

這名男子很高興看到一輛氫動力汽車在行動,並充滿了疑問。 Chatzimarkakis,誰是秘書長 氫歐洲,很高興回答他們,兩人聊了幾分鐘。

但到那時,氫氣汽車已完全加油,而特斯拉司機在電池充電時仍面臨漫長的等待。

“這是現實,”Chatzimarkakis說。 “現在加油站準備就緒,汽車準備就緒,我可以計劃從瑞士到丹麥和挪威之旅,沒有任何問題。”

一個以氫為燃料的世界的願景有更多的不足 Wile E. Coyote。 在1923中,英國遺傳學家JBS Haldane設想了一個 產氫風車網絡 為英國提供動力,但沒有任何結果。 在1970,南非出生的電化學家約翰博克里斯在演講中首次使用了“氫經濟”一詞,後來發表 一本描述太陽能氫動力世界可能是什麼樣子的書。 但同樣,沒有任何改變。 在2002中,美國經濟和社會理論家傑里米·里夫金(Jeremy Rifkin)認為,氫可以從石油中取代並且 能源的未來在氫動力燃料電池中.

但Chatzimarkakis表示,該行業尚未做好準備。 “這真的非常有效,傑里米里夫金說,但政客和記者,他們總是希望看到證據,”他說。 “當時它真的遠沒有實現,因為研究還不夠先進。”

氫氣來自時代

也許,最後,氫的時刻已經到來。

日本計劃利用2020東京奧運會來展示它 氫能社會的願景 並投資了100萬新西蘭元用於建立加氫站和其他基礎設施。 德國推出了世界上第一個 氫動力火車 以補充越來越多的 加氫站 全國各地。 瑞士是 購買1,000氫動力卡車,挪威 加氫站 自2006和韓國以來 在未來五年內投資10億美元 建立加氫站,燃料電池汽車廠,燃料電池公共汽車和儲氫系統。 澳大利亞已經看到了它的兩個 國家科學機構CSIRO - 首席科學家艾倫芬克爾 分別報告他們對氫動力國家和出口行業的看法。

Coradia iLint在2018開始在德國提供氫燃料的公共交通。 (氫燃料回到能源圖片中)
Coradia iLint在2018開始在德國提供氫燃料的公共交通。
照片由阿爾斯通提供 R Frampe

氫能經濟的核心是利用太陽能,風能和水力發電等可再生能源將電能分解為氧氣和氫氣 - 這個過程被稱為 電解。 然後,“綠色氫氣”可用於燃料電池中以發電,並且燃料電池可單獨用於驅動車輛或堆疊以支持或甚至為電網供電。 最重要的是,氫燃料電池產生的廢氣是水,有一天可能會被重新捕獲並再循環用於電解。

經濟與氣候

那麼最終將氫氣帶到全球能源計劃的最前沿的是什麼? CSIRO的高級研究科學家Jenny Hayward是其合著者 2018國家氫氣路線圖,更有利的經濟學發揮了重要作用。

海沃德說:“你的生產成本會降低,但你的成本也會降低。” 不僅太陽能光伏和風電的價格大幅下降,而且電解槽技術也變得更便宜,規模更大,效率更高。 她說,與此同時,氫燃料電池的效率和成本都在提高。

點擊查看美國能源部關於氫燃料的信息圖。 (氫燃料回到能源圖片信息圖中)
點擊查看美國能源部關於氫燃料的信息圖。

澳大利亞墨爾本皇家理工大學(RMIT University)的可持續能源專家兼教授約翰安德魯斯(John Andrews)表示,另一個主要驅動因素是減少大量溫室氣體排放的緊迫性。

安德魯斯說:“將其引入與應對氣候變化解決方案的一部分聯繫起來非常重要。” “這不僅僅是獲得替代燃料的問題; 這是一個獲得零排放燃料和能源系統的問題。“

推進氫作為燃料的適應並非易事。 儘管經歷了一個世紀以來對氫經濟的追求,但要達到這一點仍需要克服一些重大的技術挑戰 - 而且現在還處於早期階段。

解決存儲問題

使用氫氣運輸的關鍵問題是 存儲。 最近才有可能將氫氣壓縮到足夠小的容器中並且重量足以容納在乘用車的後部,同時仍然包含足夠的能量來為該車輛提供至少300英里的能量。

安德魯斯說:“人們一直認為,要獲得能夠超越美國能源部目標的氫氣儲存裝置才能與氫燃料電池汽車一起使用,這將非常困難。” 然後來了一個開發 高壓氫氣罐 由先進的複合材料製成,能夠滿足甚至超過要求。

燃料儲存一直是氫燃料運輸的一大挑戰。 (氫燃料回到能源圖片中)
燃料儲存一直是氫燃料運輸的一大挑戰。 最近的改進使乘用車的範圍擴大到每次填充超過300英里。
照片©iStockphoto.com/Tramino

“我認為這讓人們坐起來說是的,有可能有一種存儲形式可用於在車輛上攜帶氫氣並提供與傳統汽車相當的續航時間並且有續航時間 - 這是關鍵氫的優勢 - 只需幾分鐘,“他說。

氫燃料電池汽車現在匹配甚至超過傳統汽油或柴油車輛的範圍; 豐田聲稱它的Mirai得到了 大約312里程 從一罐氫氣。 這使得它們遠距離旅行的前景遠遠超過電動汽車。

它也使得它們成為更加努力工作的車輛的可行選擇,Lisa Ruf,協調員 Hydrogen Mobility Europe 和英國Element Energy的首席顧問。

“在卡車,出租車,應急響應服務的運營中,你必須擁有與傳統車輛類似的航程和加油時間,”她說,引用了 倫敦大都會警察,今年收購了11氫燃料電池汽車。

餵養網格

氫氣也正在探索,作為一種有助於維持可再生能源供電網絡穩定性的方法,據總裁莫里·馬科維茨說。 燃料電池和氫能協會 在美國

“由於太陽不會一直閃耀,風也不會吹,可再生能源會產生間歇性問題,所以你需要找到一種有效儲存所產生電子的方法,”他說。 過剩的電可用於為電解提供動力並產生氫氣,該氫氣可用於燃料電池車輛或固定燃料電池,或儲存用於運輸。

這種情況特別適合偏遠地區,例如澳大利亞的內陸城鎮,否則將依賴柴油發電機。 海沃德表示,使用可再生能源和氫氣儲存相結合的城鎮可能很快就會變得具有成本效益,特別是在柴油價格上漲的情況下。

天然氣公司也將氫氣視為天然氣的潛在替代品,天然氣可以利用現有的基礎設施。“這將是非常棒的; 然後他們不依賴卡車進入柴油,他們只需要他們的可再生能源,“她說。 “他們可以有一個系統,他們有一個燃料電池,他們恢復水,所以它是一個獨立的系統。”

天然氣公司也將氫氣視為天然氣的潛在替代品,天然氣可以利用現有的基礎設施。

海沃德說:“特別是如果我們要實現高排放減排目標,那麼他們將會在那裡使用所有這些天然氣基礎設施。” “有趣的是,在天然氣配送網絡中,如果它們是由PVC管製成的,那麼你可以使用100氫氣,儘管必須更換電器和儀表。”

興登堡效應

如果沒有解決房間內的飛艇問題就不可能談論氫氣,Markowitz稱之為“興登堡效應”。在1937新澤西州興登堡飛艇災難中引人注目的氫燃料地獄仍然困擾著氫氣工業,以及氫氣的可燃性和安全性問題在關於氫經濟的討論中不可避免地提出。

但Markowitz說,當今的氫技術遠遠超過那個時代的氫技術。

“諸如碳纖維儲罐,傳感器,計算機和其他物品等先進材料已經大大改善......氫的安全性甚至不應成為問題,”他說。 “在運輸部門和其他領域,氫氣車輛達到或超過了今天在路上的任何東西。”

還有人擔心增加氫的吸收會影響臭氧層。 一個 2003研究 建議如果所有的化石燃料能量產生都被氫氣取代,那麼氣體洩漏到大氣中會與氧氣反應形成水蒸氣,這可能會大量破壞臭氧層。

對氫氣的另一個批評是,仍有大量的氫氣 使用化石燃料生產。 在美國,大多數氫氣是通過一種叫做的過程產生的 天然氣重整其中天然氣與高溫蒸汽反應產生氫氣,一氧化碳和少量二氧化碳。 它也可以由 氣化褐煤,這也導致CO2 生產。

安德魯斯說:“如果你按照這些路線中的任何一條來獲取氫氣,就會有一些來自這些路線的二氧化碳排放,因此你可以實現零排放的唯一方法就是將其與碳捕獲和儲存相結合。” “這仍然是一個很大的問題,關於這是否可行,是否安全,我們可以在地下保持數千年的二氧化碳,以及它是否能夠經濟。”

測量方法

Ruf說,人們對氫的討論有一種緊迫感,這反映了人們普遍承認需要對運輸進行脫碳處理。 她認為,儘管有一系列解決方案,氫能夠解決其他技術無法輕易或經濟有效地解決的問題。

但是,雖然人們對氫的潛力感到非常興奮,但Ruf也建議採用有針對性的方法。

“我認為我們作為支持氫燃料電池技術的一個部門的問題是,我們必須警惕炒作,我們必須能夠管理預期,”她說。 “這需要時間和投資。 這不會在一夜之間發生,但從長遠來看,這是一個非常好的解決方案。“ 查看Ensia主頁

這篇文章最初出現在 Ensia

關於作者

比安卡·諾格雷迪(Bianca Nogrady)是一名自由科學記者,她尚未完成一項她認為並不令人著迷的研究。 她為各種各樣的網點寫作,包括 自然,衛報,澳大利亞地理, BBC Future和澳大利亞廣播公司。 twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

編者註:作者過去曾與CSIRO簽訂合同,但與氫燃料無關。

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