Memandangkan harga tenaga yang boleh diperbaharui dan teknologi penyimpanannya matang, bahan api hidrogen menarik perhatian baru.
Jorgo Chatzimarkakis mengisi bahan bakar kereta api hidrogennya di salah satu Stesen minyak mengisi minyak 50 berselerak di sekeliling Jerman ketika seorang pemandu Tesla, yang mengepalai kereta sendiri, menghampiri.
Lelaki itu teruja untuk melihat kereta bertenaga hidrogen dalam tindakan, dan penuh dengan soalan. Chatzimarkakis, yang juga Setiausaha Agung Hidrogen Eropah, gembira dapat menjawabnya, dan kedua-dua mereka berbual selama beberapa minit.
Tetapi pada masa itu, kereta hidrogen sepenuhnya mengisi bahan api, sementara pemandu Tesla masih menghadapi menunggu lama ketika baterinya diisi ulang.
"Ini adalah kenyataan," kata Chatzimarkakis. "Kini stesen bahan api siap, kereta sudah siap, saya boleh merancang perjalanan saya dari Switzerland ke Denmark dan ke Norway tanpa sebarang masalah."
Visi dunia yang didorong oleh hidrogen telah lebih dekat daripada kehilangan Wile E. Coyote. Di 1923, ahli genetik British JBS Haldane membayangkan a rangkaian kincir angin penjanaan hidrogen yang memaksa Britain, tetapi tidak ada yang datang. Di 1970, elektrokimia kelahiran Afrika Selatan John Bockris mula menggunakan istilah "ekonomi hidrogen" dalam ucapan, dan kemudian diterbitkan sebuah buku yang menerangkan bagaimana dunia berkuasa solar-hidrogen kelihatan seperti. Tetapi sekali lagi, tiada perubahan. Di 2002, ahli teori ekonomi dan sosial Amerika Jeremy Rifkin berhujah bahawa hidrogen boleh mengambil alih dari minyak dan bahawa masa depan tenaga terletak di dalam sel bahan api hidrogen.
Tetapi industri itu tidak siap, kata Chatzimarkakis. "Ia benar-benar sah, apa kata Jeremy Rifkin, tetapi ahli politik dan wartawan, mereka sentiasa mahu melihat bukti," katanya. "Dan pada masa itu ia sangat jauh dari direalisasikan kerana penyelidikan itu tidak cukup maju."
Hydrogen Comes Age
Mungkin, akhirnya, saat hidrogen telah tiba.
Jepun merancang untuk menggunakan Sukan Olimpik 2020 Tokyo untuk mempamerkannya penglihatan untuk masyarakat hidrogen dan telah melabur AS $ 348 juta dalam menubuhkan stesen pengisian bahan api hidrogen dan infrastruktur lain. Jerman telah melancarkan dunia pertama kereta berkuasa hidrogen untuk melengkapkan bilangan yang semakin meningkat stesen minyak mengisi minyak di seluruh negara. Switzerland adalah membeli trak berkuasa hidrogen 1,000, Norway mempunyai stesen minyak mengisi minyak sejak 2006, dan Korea Selatan adalah melabur AS $ 2.33 bilion dalam lima tahun akan datang untuk mewujudkan stesen minyak pembakaran hidrogen, loji kenderaan sel bahan bakar, bas sel bahan api dan sistem penyimpanan hidrogen. Dan Australia telah melihat kedua-duanya agensi sains kebangsaan CSIRO and ketua saintis Alan Finkel secara berasingan melaporkan visi mereka untuk negara yang berkuasa hidrogen dan industri eksport.
Coradia iLint mula menyediakan transit jisim hidrogen di Jerman di 2018. Foto ihsan Alstom | R Frampe
Di tengah-tengah ekonomi hidrogen adalah penggunaan elektrik dari sumber yang boleh diperbaharui seperti solar, angin dan kuasa hidro untuk memecah air menjadi oksigen dan hidrogen - proses yang dipanggil elektrolisis. Bahawa "hidrogen hijau" kemudiannya boleh digunakan dalam sel bahan bakar untuk menjana elektrik, dan sel-sel bahan bakar dapat digunakan secara individu untuk memandu kenderaan atau dalam susunan untuk menyokong atau bahkan menghidupkan grid. Paling penting, ekzos yang dijana oleh sel bahan api hidrogen adalah air, yang mana satu hari mungkin akan ditarik balik dan dikitar semula untuk elektrolisis lagi.
Ekonomi dan Iklim
Jadi apa yang telah berubah akhirnya membawa hidrogen ke barisan hadapan rancangan tenaga global? Jenny Hayward, ahli sains penyelidikan kanan di CSIRO dan pengarang bersama Hala Tuju Hidrogen Nasional 2018, mengatakan bahawa ekonomi yang lebih baik telah memainkan peranan penting.
"Anda telah mendapat pengeluaran yang turun dalam kos, tetapi juga anda mendapat penggunaan turun dalam kos," kata Hayward. Bukan sahaja harga elektrik dari solar photovoltaic dan angin menurun dramatik, tetapi teknologi elektrolisis juga menjadi lebih murah, lebih besar dan lebih cekap. Pada masa yang sama, sel bahan api hidrogen juga meningkatkan baik kecekapan dan kos, katanya.
Klik untuk melihat Jabatan Tenaga Amerika Syarikat tentang infografik mengenai bahan api hidrogen.
Satu lagi pemacu utama adalah peningkatan yang mendesak untuk pengurangan pelepasan gas rumah hijau yang ketara, kata John Andrews, pakar tenaga lestari dan profesor di RMIT University di Melbourne, Australia.
"Sangat penting untuk memastikan pengenalannya terikat untuk menjadi sebahagian daripada penyelesaian menangani perubahan iklim," kata Andrews. "Ia bukan sekadar persoalan mendapatkan bahan bakar alternatif; ia adalah persoalan untuk mendapatkan bahan api sifar dan sistem tenaga. "
Memajukan penyesuaian hidrogen sebagai bahan bakar tidak mudah. Walaupun usaha abad ke-empat untuk ekonomi hidrogen, terdapat beberapa cabaran teknologi yang penting untuk diatasi untuk sampai ke tahap ini - dan masih pada hari-hari awal.
Menyelesaikan Masalah Penyimpanan
Isu utama dalam menggunakan hidrogen untuk pengangkutan telah penyimpanan. Ia baru-baru ini menjadi mungkin untuk memampatkan hidrogen ke dalam bekas yang cukup kecil dan cukup ringan untuk dimuatkan di belakang kenderaan penumpang, sambil masih mengandungi tenaga yang mencukupi untuk membakar kereta itu sekurang-kurangnya 300 miles.
"Ia selalu difikirkan akan sangat sukar untuk mendapatkan storan hidrogen yang boleh mengalahkan sasaran Jabatan Tenaga Amerika Syarikat untuk digunakan dengan kereta sel bahan api hidrogen," kata Andrews. Kemudian datanglah pembangunan a tangki hidrogen bertekanan tinggi diperbuat daripada komposit canggih, yang dapat memenuhi dan bahkan melebihi keperluan.
Penyimpanan bahan api menjadi satu cabaran besar untuk pengangkutan hidrogen. Pembaikan terkini telah memperluaskan rangkaian kenderaan penumpang kepada lebih daripada 300 batu per isi. Foto © iStockphoto.com/Tramino
"Saya fikir ia membuat orang duduk dan berkata ya, mungkin ada satu bentuk penyimpanan yang boleh digunakan untuk membawa hidrogen di atas kenderaan dan memberikan jarak yang setanding dengan kereta konvensional dan mempunyai masa mengisi semula - ini adalah kritikal kelebihan hidrogen - hanya beberapa minit, "katanya.
Kenderaan sel bahan bakar hidrogen kini padan atau bahkan melebihi julat petrol konvensional atau kenderaan diesel; Toyota mendakwa Mirai mendapatnya sekitar 312 batu dari tangki hidrogen. Ini menjadikan mereka prospek jauh lebih menarik untuk perjalanan jarak jauh daripada kenderaan berkuasa bateri elektrik.
Ia juga menjadikan mereka pilihan untuk lebih banyak kenderaan yang bekerja keras, kata Lisa Ruf, penyelaras Mobiliti Hidrogen Eropah dan perunding utama di Element Energy di UK.
"Dalam operasi untuk trak, untuk teksi, untuk perkhidmatan tindak balas kecemasan, anda perlu mempunyai jarak dan masa mengisi minyak yang sama dengan kenderaan konvensional," katanya, memetik kes Polis Metropolitan London, yang tahun ini memperoleh kereta sel bahan api hidrogen 11.
Memakan Grid
Hidrogen juga sedang diterokai sebagai cara untuk membantu mengekalkan kestabilan grid tenaga boleh diperbaharui, menurut Morry Markowitz, presiden Persatuan Tenaga Bahan Api dan Hidrogen Tenaga di U.S
"Kerana matahari tidak bersinar sepanjang masa dan angin tidak meletup, tenaga boleh diperbaharui mempunyai masalah kerap-kerap, jadi anda perlu mencari cara untuk menyimpan elektron secara berkesan," katanya. Elektrik yang berlebihan boleh digunakan untuk kuasa elektrolisis dan menghasilkan hidrogen yang boleh digunakan dalam kenderaan sel bahan bakar atau sel bahan api pegun, atau disimpan untuk pengangkutan.
Senario ini amat menarik untuk kawasan terpencil, seperti bandar pedalaman di Australia yang sebaliknya bergantung kepada penjana diesel. Memperkasakan bandar menggunakan gabungan tenaga boleh diperbaharui dan penyimpanan hidrogen tidak lama lagi boleh menjadi kos efektif, terutamanya apabila harga diesel naik, kata Hayward.
Syarikat-syarikat gas juga melihat hydrogen sebagai alternatif yang berpotensi untuk gas asli, yang boleh menggunakan infrastruktur sedia ada. "Itu akan menjadi hebat; maka mereka tidak bergantung kepada trak yang datang dengan diesel, mereka hanya perlu pembaharuan mereka, "katanya. "Mereka boleh mempunyai sistem di mana mereka mempunyai sel bahan bakar dan mereka pulih air, jadi ia adalah sistem yang serba lengkap."
Syarikat-syarikat gas juga memandang hidrogen sebagai alternatif yang berpotensi untuk gas asli, yang boleh menggunakan infrastruktur sedia ada.
"Khususnya jika kita pergi ke sasaran pengurangan pelepasan yang tinggi, mereka akan mempunyai semua infrastruktur gas yang duduk di sana tidak digunakan," kata Hayward. "Apa yang menarik ialah dalam rangkaian pengedaran gas, jika ia diperbuat daripada paip PVC, anda boleh mempunyai hidrogen peratus 100, walaupun peralatan dan meter mesti diubah."
Kesan Hindenburg
Tidak mustahil untuk bercakap tentang hidrogen tanpa menghiraukan kekacauan di dalam bilik, apa yang Markowitz memanggil "kesan Hindenburg." Inferno yang dibakar hidrogen yang hebat yang bencana udara Hindenburg di New Jersey di 1937 masih menghantui industri hidrogen, dan isu Kebakaran dan kebimbangan keselamatan hidrogen tidak dapat dielakkan dalam perbincangan tentang ekonomi hidrogen.
Tetapi Markowitz mengatakan bahawa teknologi hidrogen hari ini jauh maju dari teknologi hidrogen era itu.
"Bahan lanjutan seperti tangki serat karbon, sensor, komputer dan lain-lain telah bertambah baik ... secara mendadak ... keselamatan untuk hidrogen tidak semestinya menjadi masalah," katanya. "Di sektor pengangkutan dan kawasan lain, kenderaan hidrogen memenuhi atau melampaui apa-apa yang ada di jalan raya hari ini."
Terdapat juga kebimbangan bahawa peningkatan pengambilan hidrogen boleh mempengaruhi lapisan ozon. A Kajian 2003 mencadangkan jika semua penjanaan tenaga bahan api fosil diganti dengan hidrogen, kebocoran gas ke atmosfera dapat bertindak balas dengan oksigen untuk membentuk wap air yang boleh mengganggu lapisan ozon dengan jumlah yang besar.
Satu lagi kritikan yang sering dibuat daripada hidrogen adalah jumlah yang penting masih ada dihasilkan menggunakan bahan api fosil. Di Amerika Syarikat, kebanyakan hidrogen dihasilkan melalui proses yang dipanggil pembaharuan gas asli, di mana gas asli direaksikan dengan stim suhu tinggi untuk menghasilkan hidrogen, karbon monoksida dan sedikit karbon dioksida. Ia juga boleh dibuat oleh arang batu arang batu, yang juga menghasilkan CO2 pengeluaran.
"Jika anda mengikuti salah satu daripada laluan tersebut untuk mendapatkan hidrogen, terdapat beberapa pelepasan karbon dioksida yang datang dari laluan tersebut, jadi satu-satunya cara anda boleh membuat pelepasan sifar itu adalah pasangan yang menangkap dan menyimpan karbon," kata Andrews. "Dan itu masih menjadi persoalan besar sama ada ia boleh berdaya maju, sama ada ia selamat dan kita boleh menyimpan karbon dioksida selama beribu-ribu tahun di bawah tanah dan sama ada ia boleh menjadi ekonomi."
Pendekatan yang Diukur
Terdapat perasaan mendesak untuk perbincangan tentang hidrogen, yang mencerminkan pengakuan yang meluas bahawa terdapat keperluan untuk pengangkutan decarbonize, kata Ruf. Dia berhujah bahawa walaupun ada pelbagai penyelesaian di atas meja, hidrogen dapat menangani isu-isu yang teknologi lain tidak dapat dilakukan dengan begitu mudah atau kos efektif.
Tetapi sementara ada banyak kegembiraan tentang potensi hidrogen, Ruf juga menasihati pendekatan yang diukur.
"Masalah yang saya rasa saya sebagai sektor untuk menyokong teknologi sel bahan api hidrogen adalah kita perlu berhati-hati dengan gembar-gembur itu dan kita perlu menguruskan jangkaan," katanya. "Ini sesuatu yang memerlukan masa dan pelaburan. Ia tidak akan berlaku semalaman, tetapi dalam jangka masa panjang ia adalah penyelesaian yang sangat baik. " 
Artikel ini pada asalnya muncul di Ensia
Tentang Pengarang
Bianca Nogrady adalah seorang wartawan sains lepas yang masih belum menemui penyelidikan yang dia tidak nampak menarik. Dia menulis untuk pelbagai cawangan, termasuk Alam, Penjaga, Australian Geographic, Masa Depan BBC dan Perbadanan Penyiaran Australia. twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com
Nota editor: Penulis telah membuat penulisan kontrak untuk CSIRO pada masa lalu, walaupun tidak berkaitan dengan bahan api hidrogen.
Buku oleh Penulis ini
at InnerSelf Market dan Amazon
