Eftersom priset på förnybar energi sjunker och lagringsteknologierna är mogna, väter bränsle uppmärksamhet.

Jorgo Chatzimarkakis tankade sin vätebränslecellbil på en av 50-plus tankstationer spridda runt Tyskland när en Tesla-förare, som laddade upp sin egen bil, närmade sig.

Mannen var upphetsad att se en vätgasdriven bil i aktion, och var full av frågor. Chatzimarkakis, som är generalsekreterare för Väte Europa, var glad att svara på dem, och de två pratade i flera minuter.

Men då var vätebilen helt återfuktad, medan Tesla-drivrutinen fortfarande stod inför en lång väntan medan batteriet laddades upp.

"Det här är verkligheten", säger Chatzimarkakis. "Nuförtiden är bensinstationerna färdiga, bilen är klar, jag kan planera min resa från Schweiz till Danmark och till Norge utan problem."

Visionen av en vätebaserad värld har haft mer nära missar än Wile E. Coyote. I 1923 föreställde den brittiska genetikeren JBS Haldane a nätverk av vätegenererande väderkvarnar driva Storbritannien, men inget kom av det. I 1970 använde den sydafrikanska födda elektrokemisten John Bockris först termen "väteekonomi" i ett tal och publicerades senare en bok som beskriver vilken solenergi-drivlad värld som kan se ut. Men igen förändrades ingenting. I 2002 argumenterade den amerikanska ekonomiska och sociala teoretisten Jeremy Rifkin att väte skulle kunna ta över oljan och att Energiets framtid ligger i vätedrivna bränsleceller.

Men branschen var inte redo, säger Chatzimarkakis. "Det var verkligen mycket giltigt, vad Jeremy Rifkin sa, men politikare och journalister, de vill alltid se beviset, säger han. "Och vid den tiden var det väldigt långt ifrån att förverkligas eftersom forskningen inte var tillräckligt avancerad."

Vatten kommer i åldern

Kanske, äntligen har vätgas ögonblick kommit fram.

Japan planerar att använda 2020 Tokyo olympiska spelen för att visa upp sin vision för ett väteförening och har investerat US $ 348 miljoner i att etablera vägtankstationer och annan infrastruktur. Tyskland har lanserat världens första vätgasdrivna tåg för att komplettera ett växande antal vägtankningsstationer över landet. Schweiz är köper 1,000 vätgasdrivna lastbilar, Norge har haft vägtankningsstationer eftersom 2006 och Sydkorea är investerar US $ 2.33 miljarder under de närmaste fem åren att skapa vägtankningsstationer, bränslecellfordon, bränslecellsbussar och väteförvaringssystem. Och Australien har sett båda sina nationella vetenskapliga organet CSIRO och chefforskare Alan Finkel rapportera separat sina visioner för en vätgasdriven nation och exportindustri.

Coradia iLint började tillhandahålla vägtransporterad masstransitering i Tyskland i 2018. Foto med tillstånd av Alstom | R Frampe

I hjärtat av väteekonomin är användningen av el från förnybara källor som sol, vind och vattenkraft att dela vatten i syre och väte - en process som kallas elektrolys. Att "grönt väte" kan sedan användas i bränsleceller för att generera el, och bränslecellerna kan användas individuellt för att köra fordon eller i staplar för att stödja eller till och med driva ett nät. Bäst av allt är avgasen som alstras av vätebränsleceller vatten, vilken en dag kan återvinnas och återvinnas för elektrolys igen.

Ekonomi och klimat

Så vad har förändrats för att äntligen få väte till framkant av globala energiplaner? Jenny Hayward, senior forskare vid CSIRO och medförfattare av sin 2018 National Hydrogen Roadmap, säger att mer gynnsam ekonomi har spelat en betydande roll.

"Du har produktionen på bekostnad av kostnaden, men du har också utnyttjat kostnaderna, säger Hayward. Inte bara har priset på el från solcellsvolta och vind minskat dramatiskt, men elektrolysertekniken har också blivit mycket billigare, större och effektivare. Samtidigt förbättras också bränslecellerna i både effektivitet och kostnad, säger hon.

Klicka för att se ett US Department of Energy infographic om vätebränsle.

En annan viktig drivkraft är den ökade brådskan för betydande minskningar av växthusgasutsläppen, säger John Andrews, en hållbar energikompetent och professor vid RMIT University i Melbourne, Australien.

"Det är så viktigt att hålla sin introduktion bunden till att vara en del av lösningen att hantera klimatförändringen", säger Andrews. "Det handlar inte bara om att få ett alternativt bränsle; det är en fråga om att få ett bränsle- och energisystem med nollutsläpp. "

Att främja anpassningen av väte som bränsle har inte varit lätt. Trots den århundrade gamla strävan efter en väteekonomi har det funnits några betydande tekniska utmaningar att övervinna för att komma till denna punkt - och det är fortfarande tidiga dagar.

Lösning av lagringsproblemet

En viktig fråga vid användning av väte för transport har varit förvaring. Det har bara nyligen blivit möjligt att komprimera väte i en behållare som är tillräckligt liten och lätt nog att passa in på baksidan av ett personbil, samtidigt som den innehåller tillräckligt med energi för att bränna den bilen till minst 300 miles.

"Det var alltid trodde att det skulle vara väldigt svårt att få en väteförvaring som kunde slå USA: s avdelning för energimål för användning med vätebränslecellbilar", säger Andrews. Sedan kom utvecklingen av a högtryck vätsketank gjord av avancerade kompositer, som kunde möta och till och med överträffa kraven.

Bränsleförvaring har varit en stor utmaning för vägtrafikförsörjning. De senaste förbättringarna har utökat utbudet av personbilar till mer än 300 miles per fyllning. Foto © iStockphoto.com/Tramino

"Jag tror att det fick människor att sitta och säga ja det är möjligt att ha en form av förvaring som kan användas för att bära väte ombord på ett fordon och ge ett intervall jämförbart med vanliga bilar och få påfyllningstid - det här är en kritisk fördel av väte - om några minuter, säger han.

Vätgasbränslecellfordon matchar eller överträffar nu överensstämmelsen med konventionella bensin- eller dieseldrivna fordon. Toyota hävdar att Mirai får runt 312 miles från en tank av väte. Detta gör dem till en mycket mer attraktiv utsiktsplats för långdistansresor än en elektrisk batteridriven bil.

Det gör dem också till ett lönsamt alternativ för fler arbetande fordon, säger Lisa Ruf, koordinator för Vätgasmobilitet Europa och huvudkonsult vid Element Energy i Storbritannien.

"I drift för lastbilar, för taxibilar, för akutmottagningstjänster måste du ha intervallet och tankningstiden som liknar konventionella fordon", säger hon och hänvisar till fallet med London Metropolitan Police, som i år förvärvade 11 vätebränslecellbilar. 

Mata gallret

Vätgas utforskas också som ett sätt att bidra till att upprätthålla stabiliteten hos ett förnybart matningsnät, enligt Morry Markowitz, ordförande för Bränslecell och Vätgasenergi Association i USA

"Eftersom solen inte lyser hela tiden och vinden inte blåser, har förnybara energikällor ett intermittensproblem, så du måste kunna hitta en metod för att effektivt lagra elektronerna som skapas", säger han. Överdriven el kan användas för att driva elektrolys och generera väte som kan användas i bränslecellfordon eller stationära bränsleceller eller lagras för transport.

Detta scenario är särskilt attraktivt för avlägsna områden, såsom outbackstäder i Australien som annars beror på dieseldrivna generatorer. Drivande städer som använder en kombination av förnybar energi och väteförvaring kan snart bli kostnadseffektiva, särskilt när priset på diesel stiger, säger Hayward.

Gasföretag ser också väte som ett potentiellt alternativ till naturgas, som skulle kunna utnyttja den befintliga infrastrukturen. "Det skulle vara fantastiskt; då är de inte beroende av lastbilar som kommer in med diesel, de behöver bara sina förnybara energikällor, säger hon. "De kunde ha ett system där de har en bränslecell och de återvinner vattnet, så det är ett fristående system."

Gasföretag ser också väte som ett potentiellt alternativ till naturgas, vilket skulle kunna utnyttja den befintliga infrastrukturen.

"Särskilt om vi ska gå till höga utsläppsminskningsmål kommer de att ha all denna gasinfrastruktur som sitter där, inte används, säger Hayward. "Det som är intressant är i gasdistributionsnäten, om de är tillverkade av PVC-rör kan du ha 100-procent väte, även om apparater och mätare skulle behöva ändras."

Hindenburgseffekten

Det är omöjligt att prata om väte utan att ta upp blimp i rummet, vilket Markowitz kallar "Hindenburg-effekten". Den spektakulära väte-fueled inferno som var Hindenburg luftskeppsolyckan i New Jersey i 1937 hämmar fortfarande väteindustrin och frågan om Vätgasens brandbarhet och säkerhetsproblem uppstår oundvikligen i diskussioner om väteekonomin.

Men Markowitz säger att väteteknik idag är långt ifrån växttekniken i den tiden.

"Avancerade material som kolfibertankar, sensorer, datorer och andra saker har förbättrats så dramatiskt ... säkerhet för väte borde inte ens vara ett problem, säger han. "I transportsektorn och andra områden möter eller överväger vätefordon allt som finns på vägen idag."

Det finns också oro för att ökat upptag av väte kan påverka ozonskiktet. en 2003 studie föreslog att om all fossilbränslegenerering skulle ersättas med väte, kunde läckage av gasen i atmosfären reagera med syre för att bilda vattenånga som kan störa ozonskiktet med en betydande mängd.

En annan kritik som ofta är av väte är att en betydande del fortfarande är producerad med fossila bränslen. I USA produceras mest väte via en process som kallas naturgasreformering, i vilken naturgas reageras med hög temperatur ånga för att producera väte, kolmonoxid och en liten mängd koldioxid. Det kan också göras av förgasning av brunkol, vilket också resulterar i CO₂ produktion.

"Om du följer någon av dessa vägar för att få väte, det finns några koldioxidutsläpp som kommer från dessa vägar, så det enda sättet du kan göra det nollutsläpp är att koppla det med kolavskiljning och lagring", säger Andrews. "Och det är fortfarande en stor fråga om huruvida det kan vara livskraftigt, om det kommer att vara säkert och vi kan hålla koldioxiden i tusentals år under marken och om det någonsin kan vara ekonomiskt."

Mätt strategi

Det finns en känsla av brådskande diskussioner om väte, vilket återspeglar den utbredda bekräftelsen att det finns ett behov av att dämpa transporter, säger Ruf. Hon hävdar att när det finns en rad lösningar på bordet, kan väte ta itu med problem som annan teknik inte kan göra ganska så enkelt eller kostnadseffektivt.

Men även om det finns mycket spänning om vätepotentialen, rådar Ruf också för en uppmätt inställning.

"Det problem som vi antar som en sektor för att stödja vätebränslecellsteknologi är att vi måste vara försiktiga med hype och vi måste klara av förväntningarna", säger hon. "Det är något som tar tid och investeringar. Det kommer inte att hända över natten, men på lång sikt är det en mycket bra lösning. "

Denna artikel publicerades ursprungligen på Ensia

Om författaren

Bianca Nogrady är en frilans vetenskapsjournalist som ännu inte har träffat en undersökning som hon inte finner fascinerande. Hon skriver för en mängd olika butiker, inklusive Naturen, The Guardian, Australiens Geografisk, BBC Future och Australian Broadcasting Corporation.  twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

Redaktörens anteckning: Författaren har gjort kontraktsskrivning för CSIRO tidigare, men inte relaterat till vätebränsle.

Böcker av denna författare

at InnerSelf Market och Amazon