Vätgasbränslecellsfordon frodas i Kalifornien

Väte är inte bara det vanligaste grundämnet i universum utan också det vanligaste grundämnet här på jorden. Ändå har den begränsade tillgången på rent väte i gasform hållit tillbaka vätebränsleceller i årtionden.

Ute i kosmos är stjärnor till största delen gjorda av väte. Här hemma är vårt väte för det mesta bundet med syre för att göra vatten. För att få väte att använda i en bränslecell för att göra elektricitet måste du antingen bryta ner en vattenmolekyl eller bryta ner ett komplext kolväte som naturgas. När du bryter naturgasmolekylen får du väte — men du får också koldioxid, vilket leder till global uppvärmning. Dessutom använder du en icke-förnybar resurs. Det lämnar vatten, vilket är en bra källa förutom att du måste lägga mer energi på att bryta molekylen än du kommer att få ut igen när du använder vätgas för att generera elektricitet.

Lösningen som gör väte till ett fungerande bränsle är denna: att använda förnybar energi för att skapa tillräckligt med överskottsel för att du kan bryta ner vattnet och lagra den energin i form av väte. Det är inte så elegant som det skulle kunna vara, men det är ganska bra om du tänker på vad som måste hända för att lagra solenergi i form av olja, kol och naturgas.

Det är ena sidan av vätegåtan. De andra frågorna är att bygga bilar som kommer att drivas på vätgas och att skapa en tillräckligt stor infrastruktur för att leverera vätgas till dessa bilar där och när de behöver det. För att lära oss mer om det åkte vi till San Francisco för att delta SEMICON Väst, och vi satte oss ner med California Fuel Cell Partnership för att ta reda på var saker är idag och vad som är planerat för den närmaste framtiden.

Det handlar om infrastruktur

Att hitta finansieringen för alla infrastrukturprojekt är alltid en utmaning. Om en stat finansierar ett projekt för att bygga vätgasstationer och nätverket för att fylla på dem, samt väteproduktionsanläggningar, kommer dessa pengar i allmänhet från andra projekt, vilket har bromsat adoptionsfrekvens. Men nu bestämmer flera stater och nationella regeringar att vätgas ska ha en plats i deras planer.

"Jag tror att den stora frågan är att få infrastrukturen byggd eftersom det vi har visat hittills är att om du kan öppna upp en vätgasstation kan biltillverkare sälja en bil," sa Keith Malone, legislative outreach och kommunikationsofficer för California Fuel Cell Partnership.

Malones organisation arbetar med biltillverkare och politiska beslutsfattare för att argumentera för vätgasinfrastruktur, och de får resultat inte bara i Kalifornien utan runt om i världen.

"I nordost byggs 12 [väte] stationer i korridoren New York till Boston," avslöjade Malone. "Det är en privat insats, men olika regioner kräver olika tillvägagångssätt. I Kalifornien hade vi lagstiftning redan 2013 som fastställde den första milstolpen, som var 100 strategiskt placerade stationer och finansieringen för att göra det. Just nu finns vi på 35 stationer som är öppna och i drift. Vi har mer än 30 stationer under utveckling. I höst kommer vi att ha ytterligare en finansieringscykel som med största sannolikhet kommer att få oss utöver 100 stationer."

Just nu har Kalifornien flest vätgasstationer av alla stater i Amerika, men det är fortfarande bara en början.

"För att sätta allt i perspektiv när det gäller antalet stationer som behövs, just nu i Kalifornien, har vi 8 000 bensinstationer," berättade Malone för oss. "Men bara cirka 1 800 av dem tillhandahåller 50 % av bränslet till konsumenterna. Guvernören sa just att vi vill få 200 vätgasstationer till 2025. Sedan kommer vårt medlemskap ut med en färdplan om ett par veckor för att nå 1 000 stationer år 2030.”

Tanken är att genom att placera vätgasstationer strategiskt kan ett fåtal stationer effektivt betjäna en stor gemenskap av vätgasbilar.

"1 000 stationer och en miljon bilar," sa Malone. "Det är ett streckmål, men det är den vision vi har. Det handlar inte bara om personbilar. Du behöver också medelstor plikt/tunga fordon kategorin för med de större fordonen och de här flottorna driver de också volymen på vätgassidan. Så du börjar se kostnaderna per enhet sjunka."

Att skapa efterfrågan på stora mängder väte är nyckeln till att göra det ekonomiskt, och stöd kommer från hela världen.

"När jag började för sex år sedan pratade vi om Kalifornien, Tyskland, Japan och Sydkorea", minns Malone. "Under det senaste året har vi lagt till Kina på listan eftersom de kommer att öka volymen. Just nu har Tyskland och Japan faktiskt fler vätgasstationer än vi. Men vi har fler bilar på vägen. Den 1 juli har vi över 5 000 vätgasfordon på vägen i Kalifornien."

Det handlar också om att lagra energi

Fördelen med att tanka en bil med vätgas är att biltillverkare kan ta sig till det magiska 300 mils räckvidd mellan påfyllning och påfyllning av en vätebränslecellsbil tar det inte längre tid än att få bensin. Liksom bensin lagras energin för att driva bilen i vätgas, i motsats till att den lagras helt i ett batteri.

"Det intressanta är att vi i Kalifornien är ledande med bränslecellsbilar och vätgas infrastruktur," förklarade Malone, "och jag fortsätter att skämta om att Kalifornien kommer att lansera modellen, men Texas kommer att bevisa det."

Kan vätebränslecellsfordon verkligen säljas i Texas oljeland?

"Jag tror att Texas kommer att komma till bränslecellsfordon genom en annan väg eftersom de har så mycket vindkraft, vilket betyder att de har överskott", påpekade Malone. "Jag är ganska säker på att de har överkapacitet och de vet inte vad de ska göra med den. Men en av sakerna du kan göra är att dela vatten för att göra väte. I Texas kan du lagra det vätet i underjordiska salthålor. Vi pratar inte om kilowatt eller gigawatt effekt; vi pratar uppåt på terawatt kraft som kan lagras. Vätgas blir batteriet på många sätt.”

När stora mängder energi är lagringsbar och tillgänglig vid behov, är nya tillämpningar möjliga.

"Väte kan bli en nätbalanserare," sa Malone. Grid balancers hjälpa energidistributionssystem att anpassa produktionen till efterfrågan. Eftersom bränsleceller rampar upp och ner nästan omedelbart, kan med lagrade vätgasverktyg matcha produktionen till efterfrågan från ögonblick till ögonblick.

"Om du tittar på den typ av stationära bränslecellsmarknaden, så har den varit lite under radarn," sa Malone, "men den har varit väldigt aktiv. Telekom använder bränsleceller som reservgeneratorer eftersom tankarna kan hålla vätgas under ganska lång tid. När superstormen Sandy inträffade på östkusten fanns det cirka 80 reservgeneratorer för bränsleceller i drift upp och ner längs östkusten. En av dem gick ner, det var allt. Den gick ner eftersom den var under vatten i ungefär fyra timmar, och sedan gick den online igen."

En västkustkorridor

När Kalifornien bygger ut sin vätgasinfrastruktur är nästa steg att koppla ihop de stora västkuststäderna tillgängliga vätgasstationer för att både personbilar och tung lastbilstrafik ska kunna röra sig upp och ner längs kusten bekvämt.

"De har precis öppnat sin första statliga vätgasstation i Kanada," berättade Malone för Digital Trends. “British Columbia finansierade en studie och bad en grupp företag att titta på att ta sitt förnybara elnät och göra förnybart väte för att exportera till Japan och Kalifornien. Sedan har du Kalifornien och verkligen Oregon, Washington behöver komma samman eftersom du inte kan göra det ena utan det andra."

Under det senaste decenniet har Kalifornien, Oregon, Washington och British Columbia åtagit sig och byggt ett nätverk av laddningsstationer för elfordon som kallas västkusten Elektrisk motorväg. Detta nätverk tillåter elbilar att resa hela västkusten från den mexikanska gränsen till Kanada. Ett vätgasnätverk skulle sannolikt se ungefär likadant ut.

Nästa steg

Från och med idag finns det två bränslecellsfordon till försäljning i Kalifornien. Både Honda Clarity och Toyota Mirai njuter av försäljningsframgångar i områden där vätgasinfrastruktur finns. Hyundai hade en bränslecell Tucson SUV 2017 och planerar att återvända med Nexo crossover 2019.

“BMW kommer till marknaden, säger Malone. "Omkring 2019 har du Mercedes-Benz med sin plug-in bränslecellsbil. Audi kommer ut på marknaden med ett fordon. Det talade om en seriös produktionskörning. Nyligen hade du Honda och GM tillkännage ett gemensamt ägt dotterbolag för att bygga bränsleceller i Michigan eller Ohio. Om du tittar på det tillkännagivandet när jag minns det, talade GM också om det faktum att detta är en kraftenhet och förbehåller sig rätten att använda den för icke-fordonsändamål eller icke-transportändamål."

En planerad uppvisning för vätgaskraft är de olympiska spelen 2020 i Tokyo.

"Tokyo spenderar över 300 miljoner dollar för att visa upp denna teknik," sa Malone. "Vi pratar om tusentals fordon och vätgasstationer finansierade av Honda, Toyota och Nissan. Du kommer också att ha 100 bussar och de kommer att driva idrottsbyn med stationära bränsleceller och vätgas.”

Malone har några råd till personer som är intresserade av tekniken men som inte bor i områden med en aktiv väteinfrastrukturplan.

"Jag kommer att bli lite politisk här," varnade han. "För dem som vill se bränslecellsfordon i deras tillstånd måste du ringa dina lagstiftare och du måste börja prata med dem. Om de inte har informationen, kontakta mig med dem så ska jag prata med dessa lagstiftare och deras personal."

Det kommer sannolikt att vara mycket svårare än att bara ringa ett telefonsamtal, men det är en början.

Redaktörens rekommendationer

• Hyundais vätgasbränslecellsbil gör transporten grön och glamorös
• Vätgas var morgondagens bränsle, så vad hände?
• Nästa generations Toyota Mirai bekräftade trots fortsatta problem med vätgasteknik
• BMW retar vätgasbilar igen med bränslecell X5-konceptet
• Hyundai Nexo är det första bränslecellsfordonet som krocktestats av IIHS