Wodór: Sztuczna fotosynteza i czyste paliwo

W poprzednim rozdziale dowiedzieliśmy się, że akumulatory pozwalają nam zastąpić 71% paliw ropopochodnych energią elektryczną. Dotyczy to samochodów, ciężarówek i innych środków transportu lądowego, ale akumulatory nie są w stanie pomieścić wystarczającej ilości energii na kilogram, aby samoloty i statki mogły być napędzane energią elektryczną.

Może tu pomóc wodór, a gdy stanie się wystarczająco tani, może być również używany do napędzania samochodów! Jak? Wodór posiada 128x więcej energii na kilogram niż akumulatory litowo-jonowe.

W przyrodzie wodór (H) występuje zazwyczaj jako para atomów (H₂). Dotyczy to również tlenu (O₂).

Woda (H₂O) jest zbudowana z wodoru i tlenu. Prawdopodobnie nigdy nie widzieliście, żeby woda rozpadła się na H₂ i O₂, true? To dlatego, że woda jest stabilnym związkiem. Rozszczepienie H₂O wymaga energii. Dlatego możemy magazynować energię, rozdzielając wodę (2H₂O) na 2H₂ i O₂, a później odzyskać energię, łącząc je z powrotem.

Paliwo z wody?

Pomysł jest prosty: wykorzystać czystą energię elektryczną (ze źródeł odnawialnych lub z energii jądrowej) do rozszczepienia wody w procesie zwanym elektrolizą.

Następnie możemy zamienić H₂ w energię elektryczną, używając tak zwanego wodorowego ogniwa paliwowego:

Jak obecnie wytwarzany jest wodór?

Od 1975 roku występuje znaczne zapotrzebowanie na wodór.A ponieważ wodór jest dziś wytwarzany z gazu ziemnego, jego produkcja powoduje 2% globalnej emisji CO₂!

Dlaczego warto używać gazu zamiast odnawialnych źródeł energii? Ze względu na koszty. Ale dzięki innowacjom i dalszemu rozwojowi energetyki słonecznej i wiatrowej, możemy znacznie je obniżyć:

Co musi się zmienić?

Wyższa ogólna efektywność: Im więcej sprężonego wodoru uzyskamy z każdej jednostki energii, tym lepiej.

Tańsza elektroliza: Energia to tylko część kosztów wodoru. Elektrolizery muszą stać się 20-50% tańsze, aby spełnić przewidywania z wykresu, który pokazaliśmy wcześniej.

Infrastruktura: Gazy są trudne w transporcie. Aby uniknąć ogromnych kosztów początkowych budowy rurociągów, H₂ można by produkować w pobliżu miejsca jego wykorzystania. Jest to pewien kompromis, ponieważ budowa wielu mniejszych elektrolizerów byłaby prawdopodobnie droższa niż kilku dużych.

Czy sztuczna fotosynteza może pomóc?

A gdybyśmy mogli robić to, co robią rośliny, aby uzyskać energię, tylko lepiej?

Z punktu widzenia inżyniera rośliny to maszyny, które przekształcają CO₂, wodę i energię w cukier i tlen.

Naukowcy pracują nad sztuczną fotosyntezą, technologią, która bezpośrednio zamienia wodę, światło słoneczne i powietrze w H₂ i O₂, a nawet paliwa podobne do tych, których używamy obecnie w samochodach!

Chociaż czynione są postępy, nawet naukowcy pracujący nad tym twierdzą, że sztuczna fotosynteza nie będzie przystępną technologią w najbliższej przyszłości lub nawet za 20 lat.

Cena i pułapka akumulatorów wodorowych

Oprócz innowacji, zwiększony popyt umożliwił powstanie ekonomii skali, dzięki której rzeczy stają się tańsze, jeśli wytwarza się ich więcej.

Na przykład aby wyprodukować jedną torebkę chipsów, trzeba zbudować farmę ziemniaków i fabrykę produkującą chipsy. Jeśli następnie wyprodukujemy 100 000 kolejnych torebek i podzielimy pomiędzy nie początkowy koszt, każda stanie się tańsza!

Ponieważ stało się to już w przypadku akumulatorów w samochodach, wodorowi może być trudno nadrobić zaległości.

Podsumowanie

Wodór mógłby zastąpić paliwa ropopochodne w samolotach i statkach, których nie mogą zastąpić akumulatory.

Zmniejszenie kosztów produkcji, sprężania, przechowywania i transportu wodoru mogłoby mieć ogromny wpływ na cały ekosystem energetyczny, a w ramach efekt ubocznego pomogłoby uniknąć 2% globalnych emisji pochodzących obecnie z produkcji wodoru.

Potrzebujemy innowacji!

 Podziel się opinią

https://climatescience.org/pl/advanced-energy-hydrogen/

Następny rozdział