Das Fahren eines wasserstoffbetriebenen Autos bringt einige Höhen und Tiefen mit sich. Auf der anderen Seite profitieren Sie von den umweltfreundlichen Vorteilen eines Elektrofahrzeugs ohne Reichweitenangst, da Sie das Auto mit mehr Wasserstoff betanken können. Auf der anderen Seite sind Wasserstofftankstellen rar – zumindest im Moment. Außerdem ist es eine Herausforderung, Wasserstoff sowohl umweltfreundlich als auch effizient zu gewinnen.
Darüber hinaus gibt es, wie bei jeder neuen Technologie, eine verständliche Zurückhaltung, zu den Ersten zu gehören den Sprung zu wagen und sich (mindestens) für mehrere Jahre an eine Stromquelle zu halten, die vielleicht funktioniert oder auch nicht. Aber lesen Sie weiter und wir geben Ihnen genügend Hintergrundinformationen, damit Sie Ihre eigene Entscheidung treffen können.
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Wie Wasserstoff-Brennstoffzellen funktionieren
Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine einfache Maschine. Der Kern der Technologie ist eine Protonenaustauschmembran. Auf der einen Seite der Membran befindet sich reiner Wasserstoff und auf der anderen Seite normale Luft. Gewöhnliche Luft besteht zu etwa 80 Prozent aus Stickstoff und zu 20 Prozent aus Sauerstoff sowie Spuren anderer Stoffe. Die Protonenaustauschmembran ist von entscheidender Bedeutung, da Wasserstoff- und Sauerstoffatome wirklich gerne zusammen sind. Konkret wollen immer zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom zusammenkommen und ein Wassermolekül bilden. Es ist eine schöne Sache. Urteile nicht.
Die Membran lässt Wasserstoffatome zum Sauerstoff durch, allerdings nur, wenn das Wasserstoffatom auf dem Weg sein Elektron abgibt. Wir haben geschickt ein hochleitfähiges Metall wie Platin an den Wänden der Brennstoffzelle angebracht, damit die Elektronen dorthin gelangen und rund um die Brennstoffzelle laufen, um zu ihren Wasserstoffatomen zurückzukehren; Diese Aktion erzeugt elektrischen Strom, den wir nutzen können. Wenn Sauerstoff und Wasserstoff wieder gekoppelt und vollständig sind, haben wir ein Wassermolekül und etwas Elektrizität für unser Problem. Wenn Sie nur die Brennstoffzelle berücksichtigen, können Sie Energie gewinnen, ohne dass Umweltverschmutzung entsteht. Genius!
Das Wasserstoff-Rätsel
Das erste Problem bei diesem rosigen Szenario ist, dass Wasserstoff und Sauerstoff sich so sehr lieben, dass freier Wasserstoff in unserer Atmosphäre nicht wirklich existiert. Es wurde alles in das Wasser verwandelt, das den größten Teil des Planeten bedeckt. Bevor wir also diese Energie erhalten können, müssen wir etwas losen Wasserstoff herstellen, um ihn in unsere Wasserstoff-Brennstoffzelle zu füllen.
Es gibt viele Möglichkeiten, an Wasserstoff zu kommen, und einige sind verrückter als andere. Im 19Th Jahrhundert ließ man Eisenspäne in Fässer mit Schwefelsäure fallen. Bei der Reaktion entstand Wasserstoffgas, das in Ballons in die Luft befördert wurde. Es funktioniert, aber im großen Maßstab ist es wirklich nicht machbar, und jedes Mal, wenn man diese Methode anwendet, fallen im wahrsten Sinne des Wortes Fässer voller Giftmüll an. Nennen wir das einen Nichtstarter.
Wie bei jeder neuen Technologie gibt es verständlicherweise ein gewisses Zögern, zu den Ersten zu gehören, die den Sprung wagen
Sie können auch Elektrizität verwenden, um Wassermoleküle durch Elektrolyse aufzuspalten, und Sie erhalten reinen Wasserstoff und Sauerstoff. Das ist großartig, aber die Gesetze der Thermodynamik schreiben vor, dass man nie so viel Strom aus dem Wasserstoff zurückgewinnen wird, wie man in das System einbringt, um die Wassermoleküle aufzubrechen. Besser wäre es, den Strom zum Laden einer Batterie zu nutzen. Außerdem wird ein Großteil unseres nordamerikanischen Stroms immer noch durch die Verbrennung von Kohle erzeugt, was eindeutig nicht umweltfreundlich ist.
Der dritte Weg zur Wasserstoffgewinnung ist ebenso problematisch. Sie können Erdgas reformieren, indem Sie die Kohlenwasserstoffmoleküle spalten, um den Wasserstoff freizusetzen. Aber das bedeutet, dass Sie immer noch auf fossile Brennstoffe angewiesen sind und wenn Sie den Wasserstoff für Ihren Ökostrom nutzen, produzieren Sie auch Kohlendioxid, ein Treibhausgas. Die Ironie reicht aus, um eine ganze Stadt voller Hipster anzutreiben.
Bevor wir uns mit der Wasserstofferzeugung befassen, wird die Photosynthese des Elements mithilfe von Algen erforscht. Es bleibt abzuwarten, ob das im großen Maßstab funktioniert, aber es ist besser als einige der anderen Methoden, die ausprobiert wurden.
Ein ziemlich guter Treibstoff
Das Problem bei der Erzeugung von losem Wasserstoff ist der Haken, der ihn davon abhält, ein perfekter Brennstoff zu sein. Dennoch ist es immer noch sauberer, Erdgas (oder Methanol, das wir aus Pflanzenabfällen herstellen können) in Wasserstoff und Kohlendioxid umzuwandeln, als das Gas in einem Verbrennungsmotor zu verbrennen. Und mit der zunehmenden Kapazität der Solarenergie können wir Sonnenstrom auch zur Herstellung von Wasserstoff nutzen. Wir erleiden immer noch den gesamten thermodynamischen Verlust bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität und Wasserstoff Strom, aber zumindest können wir viel Sonnenlicht nutzen, und es entsteht kein Treibhausgas in der Umwelt Verfahren. Natürlich muss man die Solarmodule herstellen, und das bringt seine eigenen Herausforderungen mit sich.
Auch wenn Wasserstoff nicht perfekt ist, ist er dennoch ein ziemlich guter Kraftstoff. Es ist auf jeden Fall besser, als raffiniertes Rohöl zu verbrennen.
Verfügbarer werden
Wenn Sie irgendwo in Amerika leben, außer im Großraum Los Angeles oder der San Francisco Bay Area, ist das alles für Sie immer noch irgendwie akademisch. Derzeit befindet sich der Großteil der landesweiten Infrastruktur zur Wasserstoffbetankung in Kalifornien, und es gibt nicht so viele Tankstellen.
In Nordkalifornien können Sie Wasserstoff an sechs Stationen in der Bay Area, einer Station in Sacramento und einer einzigen Station in Truckee auf dem Weg nach Reno beziehen. In Südkalifornien gibt es 16 Stationen im Raum Los Angeles sowie eine Station in Del Mar in der Nähe von San Diego und eine einzige Station in Santa Barbara.
Es gibt viele Möglichkeiten, an Wasserstoff zu kommen, und einige sind verrückter als andere.
Es ist jedoch erwähnenswert, dass in diesem Jahr in Kalifornien die Eröffnung von mindestens 20 neuen Stationen geplant ist. Die neuen Tankstellen befinden sich alle in den Gebieten L.A. und Bay. Auch wenn noch keine neuen Regionen erschlossen werden, wird Wasserstoff dort, wo er bereits vorhanden ist, immer praktischer.
Die California Fuel Cell Partnership hat eine Karte der Wasserstofftankstellen. Sie können überprüfen, ob Sie in der Nähe einer Wasserstofftankstelle wohnen und arbeiten, damit diese für Sie funktioniert. Das US-Energieministerium behauptet ebenfalls eine landesweite Karte auf der Website des Alternative Fuels Data Center, aber die einzigen außerhalb Kaliforniens aufgeführten Wasserstoffstationen sind eine in Massachusetts, eine in Connecticut und eine in South Carolina.
Warum es in Zukunft mehr Wasserstoffautos geben wird
Um das wasserstoffbetriebene Auto wirklich zu verstehen, muss man es im größeren Kontext der Elektrofahrzeuge betrachten. Eine Grundregel alternativer Kraftstoffe ist, dass es nicht die eine Lösung gibt, die in jedem Fall funktioniert. Batterieelektrische Fahrzeuge werden in absehbarer Zukunft wahrscheinlich lange zum Aufladen benötigen, und erschwingliche Elektrofahrzeuge werden nur eine begrenzte Reichweite haben. Hybride und sogar Plug-in-Hybride verbrauchen zu einem gewissen Grad immer noch fossile Brennstoffe, aber Sie können in sie einsteigen und mit einfachem Auftanken lange Strecken zurücklegen. Der Wasserstoffantrieb überbrückt diese Lücke und bietet Ihnen ein emissionsfreies Fahrzeug, das Sie wie ein benzinbetriebenes Auto auftanken können, sofern es dort, wo Sie es benötigen, eine Wasserstofftankstelle gibt. In diesem Zusammenhang gibt es in unserer Welt einen Platz für wasserstoffbetriebene Autos.
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