Was sind die Vorteile von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen?

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Der Volkswagen Tiguan HyMotion ist ein Beispiel für ein Konzeptfahrzeug, das von einer Wasserstoff-Brennstoffzelle angetrieben wird. Weitere Bilder von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen. Volkswagen von Amerika

Jedes Mal, wenn Sie Benzin in Ihr Auto pumpen, wird der weltweite Vorrat an Benzin leicht erschöpft fossile Brennstoffe. Diese Kraftstoffe, zu denen gehören Petroleum und Kohle, sind die kondensierten Überreste lebender Organismen aus prähistorischer Zeit. Das Angebot an diesen Kraftstoffen ist begrenzt und wird irgendwann ausgehen. Schlimmer noch, ein Großteil dieser Erdölversorgung wird von einigen wenigen Nationen kontrolliert, die mit einer Fülle von Öl gesegnet sind, und diese Nationen können sowohl die Erdölversorgung als auch deren Preis bestimmen. Darüber hinaus erschwert die Abhängigkeit einer Nation wie der Vereinigten Staaten von fossilen Brennstoffen bereits komplexe Fragen der Außenbeziehungen und der nationalen Sicherheit. Fossile Brennstoffe haben seit mehreren Jahrhunderten einen Großteil des weltweiten Energiebedarfs gedeckt, aber es gibt eine Grenze dafür, wie lange sie dies auch in Zukunft tun können.

Bildergalerie für Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen

Das Universum, in dem wir leben, besteht zu ungefähr 75 Prozent aus Wasserstoff, obwohl es hier auf der Erdoberfläche überraschend wenig reinen Wasserstoff gibt. Wasserstoffgas existiert im Allgemeinen als H.2 Moleküle, in denen zwei Wasserstoffatome miteinander verbunden sind. Weil H.2 Moleküle sind so leicht, dass nicht enthaltenes Wasserstoffgas leicht an die Spitze der Erdatmosphäre schweben und tatsächlich in den Weltraum entweichen kann. Der größte Teil des Wasserstoffs in Bodennähe ist in molekularer Form mit anderen Elementen verbunden - beispielsweise in Wasser, wo Wasserstoff mit Sauerstoff zu H kombiniert wird2O Moleküle.

Es gibt verschiedene Methoden, mit denen aus wasserstoffhaltigen Molekülen reiner Wasserstoff hergestellt werden kann. Wasserstoff kann aus Erdgas extrahiert werden (bei weitem die häufigste Methode), er kann durch Elektrolyse aus dem Wasser entfernt werden oder er kann biologisch aus Algen oder bestimmten Arten von Bakterien hergestellt werden. Einige der vielversprechenderen Methoden der Wasserstoffproduktion werden noch erforscht, während andere, wie die Gewinnung aus Erdgas, häufig verwendet werden.

1970 prägte der Chemiker John Bockris den Begriff Wasserstoffwirtschaft sich auf eine Zukunft beziehen, in der alle Fahrzeuge nutzen würden Wasserstoff als Kraftstoff. Ein wichtiger Schritt in diese Richtung war die Entwicklung eines Geräts namens a Brennstoffzelle, die Strom mit Wasserstoff erzeugt. Große Autohersteller haben bereits Konzeptautos mit Brennstoffzellen hergestellt. Der Volkswagen Tiguan HyMotion und der Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV sind zwei Beispiele. In Kalifornien ist bereits mindestens ein Modell zur Herstellung von Wasserstoffbrennstoffzellen erhältlich, der Honda FCX Clarity.

Warum der Vorstoß zur Wasserstofftechnologie? Ist es wirklich so viel besser als der Verbrauch fossiler Brennstoffe? Was ist mit der Wasserstoffwirtschaft - ist das überhaupt möglich? Atme tief ein und lies die nächste Seite.

Inhalt
  1. Keine Verschmutzung mehr?
  2. Keine ausländische Ölabhängigkeit mehr?
  3. Ist die Wasserstoffwirtschaft nachhaltig??
Am 14. Juli 2008 fließt der Nachmittagsverkehr durch die mit Smog gefüllten Straßen Pekings. Können Fahrzeuge, die mit Wasserstoffbrennstoffzellen betrieben werden, die Luftverschmutzung verringern? FREDERIC J. BROWN / AFP / Getty Images

Einer der wichtigsten Vorteile einer Wasserstoffwirtschaft besteht darin, dass Brennstoffzellen umweltfreundlich sind. Bei der Stromerzeugung in einer Brennstoffzelle entstehen keine Kohlenstoffemissionen. Eine Wasserstoffbrennstoffzelle erzeugt zwei Nebenprodukte - Wärme und Wasser. Wenn jedes Fahrzeug auf der Straße von einer Wasserstoff-Brennstoffzelle angetrieben würde, würden die bekannten Smogwolken, die über vielen US-Städten hängen, von denen der größte Teil aus Fahrzeugabgasen stammt, weitgehend verschwinden. Laut der Environmental Protection Agency lebt die Hälfte aller Amerikaner in Gebieten, in denen genügend Umweltverschmutzung vorhanden ist, um die menschliche Gesundheit negativ zu beeinflussen. Eine Reduzierung des Smogs wäre daher ein erheblicher Vorteil.

Verbrennungsmotoren, die aus dem Element stammende Kraftstoffe verbrennen Kohlenstoff, produzieren in erster Linie mehrere Nebenprodukte Kohlendioxid, Wasser, und die winzigen Materieteilchen, die wir als bezeichnen Ruß. Wenn der Ruß von Menschen in die Luft ausgestoßen wird, kann er Asthma, Lungenkrebs und andere Krankheiten verursachen. Darüber hinaus glauben die meisten Wissenschaftler, dass erhöhte Mengen an Kohlendioxid in der Atmosphäre zur globalen Erwärmung beitragen, was letztendlich zu schädlichen Klimaveränderungen in weiten Teilen unseres Planeten führen kann.

Die Umstellung von Verbrennungsmotoren auf umweltfreundliche Kraftstoffquellen wie Wasserstoff wird wichtig sein, um diese Probleme im Jahr 21 zu verringernst Jahrhundert. Angesichts der Tatsache, dass heute mehr als 130 Millionen benzinbetriebene Fahrzeuge unterwegs sind, ist es unwahrscheinlich, dass Brennstoffzellenautos in naher Zukunft einen ausreichenden Unterschied bewirken, um signifikante Umweltverbesserungen zu erzielen. Es wird geschätzt, dass frühe Brennstoffzellenautos mindestens 100.000 US-Dollar kosten werden, was sie für den normalen Fahrer unerreichbar macht. Ein weiterer Punkt ist, dass die Infrastruktur, die erforderlich ist, um diese Autos praktisch zu machen, einschließlich Wasserstoffproduktionsanlagen und Tankstellen, noch nicht verfügbar ist. Einige Beobachter glauben, dass sich Umweltveränderungen kurzfristig durch die kombinierte Verwendung von Wasserstoffautos und anderen Fahrzeugtypen ergeben werden, einschließlich batteriebetriebener Elektroautos und Autos, die andere alternative Kraftstoffformen verwenden.

Bestehende Luftverschmutzung wird nicht bald verschwinden. In wenigen Wochen oder Monaten setzt sich Ruß aus der Atmosphäre ab, Kohlendioxid bleibt jedoch wesentlich länger. Selbst wenn heute alle Quellen für Kohlenstoffemissionen beseitigt würden, könnte es noch Jahrzehnte dauern, bis sich der atmosphärische Kohlenstoffgehalt wieder normalisiert. Darüber hinaus sind Automobile nur eine Quelle für Kohlenstoffemissionen. Andere, wie Kohlekraftwerke, müssten ebenfalls stark eingeschränkt werden, um die globale Erwärmung zu verhindern.

Wasserstoffeffizienz

Ein weiterer großer Vorteil einer Wasserstoffbrennstoffzelle ist ihre Effizienz. Ein Verbrennungsmotor verbraucht weniger als 20 Prozent der chemischen Energie in Benzin, was ihn zu einem relativ ineffizienten Prozess macht. Eine Brennstoffzelle ist dagegen wesentlich effizienter und verbraucht rund 60 Prozent der in Wasserstoff verfügbaren Energie.

Ein neues wasserstoffbetriebenes Fahrzeug von Nissan wird während einer Veranstaltung zum Fahren mit Wasserstoff im Liberty Science Center am 13. August 2008 in Jersey City, N.J. Spencer Platt / Getty Images, ausgestellt

Mehr als die Hälfte des in den USA verwendeten Öls wird aus anderen Ländern importiert. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Wirtschaft der USA. Zwei Drittel dieses importierten Öls werden für den Transport verwendet. Da so viel Öl von außerhalb der USA stammt, liegen Änderungen der Preise und des Angebots weitgehend außerhalb unserer Kontrolle. Ein Großteil des Öls stammt aus politisch instabilen Regionen im Nahen Osten. Versuche, die USA von der Abhängigkeit vom Öl aus dem Nahen Osten zu befreien, gehen auf die 1970er Jahre zurück; Die importierte Ölmenge hat jedoch seitdem tatsächlich zugenommen. Darüber hinaus hat die Besorgnis über die Ölabhängigkeit in den USA nach den terroristischen Ereignissen vom 11. September 2001 noch zugenommen.

Ein weiteres Problem unserer Abhängigkeit von Öl besteht darin, dass steigende Ölpreise Auswirkungen auf die gesamte US-Wirtschaft haben und den Preis für fast jedes Produkt erhöhen, das Öl für seine Herstellung verwendet oder Öl benötigt, um auf den Markt zu gelangen. Die Ölpreise sind in den letzten Jahren stark gestiegen, wobei die Preise für Benzin und Dieselkraftstoff im gesamten Jahr 2008 zwischen 4 und 5 USD pro Gallone lagen.

Wird Wasserstoff billiger sein als Benzin? Das US-Energieministerium schätzt, dass Brennstoffzellen der aktuellen Generation Strom zu einem Preis von ca. 225 USD pro Kilowatt produzieren. Leider müssen die Preise auf etwa 30 USD pro Kilowatt fallen, bevor Wasserstoff mit Benzin als Kraftstoff konkurrenzfähig ist. Der Nationale Forschungsrat prognostiziert jedoch, dass die Kosten für Wasserstoff selbst, gemessen pro Meile, bald bis zu 50 Prozent unter den aktuellen Benzinkosten liegen könnten. Offensichtlich wird dieser Vorteil mit steigendem Gaspreis weiter stetig zunehmen. Die Effizienz, mit der Wasserstoff in Elektrizität umgewandelt wird, gibt ihm auch einen wesentlichen Vorteil.

Können Wasserstofffahrzeuge helfen, unsere Ölsucht zu brechen? Wasserstofffahrzeuge werden dazu beitragen, diese Abhängigkeit zu verringern, aber es wird wahrscheinlich Jahrzehnte dauern, bis genügend Wasserstofffahrzeuge im täglichen Gebrauch sind, um einen signifikanten Unterschied bei den Ölimporten zu bewirken. Auf lange Sicht könnten die Auswirkungen von Wasserstoffautos jedoch beträchtlich sein.

Wasserstoffautos sind nicht nur die Autos der Zukunft - mehrere Brennstoffzellenfahrzeuge (oder FCVs) sind gerade unterwegs:

  • Der Honda FCX Clarity: Dies ist das einzige Brennstoffzellenfahrzeug, das tatsächlich von Privatpersonen geleast werden kann, jedoch nur in Teilen Kaliforniens, in denen Wasserstofftankstellen installiert sind. Honda berechnet 600 USD pro Monat für einen FCX-Mietvertrag. Der erste FCX wurde am 25. Juli 2008 an eine kalifornische Familie ausgeliefert.
  • Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV: Flotten von Equinox-SUVs mit Brennstoffzellenantrieb haben Kalifornien, New York und Washington, DC, bereist, um die Technologie zu demonstrieren. Dieses Fahrzeug kann derzeit nicht geleast oder gekauft werden.
  • Volkswagen Tiguan HyMotion: Wie Chevrolet ist Volkswagen nicht bereit, dieses Fahrzeug zu verkaufen oder zu leasen, aber der HyMotion war Teil einer National Hydrogen Road Tour, die von Portland, Maine, nach Los Angeles, Kalifornien, führte.
  • BMW Hydrogen 7: Obwohl BMW noch nicht für die breite Öffentlichkeit zugänglich ist, hat BMW dieses Fahrzeug - beginnend mit dem Schauspieler Will Ferrell - für längere Zeit an Prominente weitergegeben.
Es hat eine Bevölkerung von weniger als 300.000 Menschen, doch Reykjavik, Island, positioniert sich als die erste nachhaltige Wasserstoffwirtschaft der Welt. Arktis-Bilder / Getty Images

Wenn die Wasserstoffwirtschaft den Vereinigten Staaten eine Zukunft bieten will, die frei von Umweltverschmutzung und Abhängigkeit von ausländischem Öl ist, muss sie nachhaltig sein. Das heißt, es muss in der Lage sein, mit dem zunehmenden Bevölkerungswachstum, dem verstärkten Einsatz energiehungriger Technologien, Veränderungen in der Politik und Veränderungen in der Einstellung der Menschen zur Umwelt und zum Wohl künftiger Generationen Schritt zu halten. Es wurde geschätzt, dass sich der weltweite Energiebedarf bis zum Jahr 2050 verdoppeln wird. Es ist unwahrscheinlich, dass das rasch abnehmende Angebot an fossilen Brennstoffen mit dieser Nachfrage Schritt halten kann, daher werden neue Energieressourcen von entscheidender Bedeutung sein.

Eines der Haupthindernisse für eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft besteht darin, dass die derzeit verwendeten Methoden zur Gewinnung von Wasserstoff aus größeren Molekülen auf Elektrizität beruhen - und dass Elektrizität größtenteils durch Methoden erzeugt wird, die Umweltverschmutzung verursachen. Wenn die Wasserstoffextraktion mit Strom aus einem Kohlekraftwerk durchgeführt wird, spielt es keine Rolle, dass die Brennstoffzelle nicht verschmutzt, da die Verschmutzung bei der Gewinnung des Wasserstoffs auftrat. Wenn Wasserstoff eine echte umweltfreundliche Energiequelle sein soll, muss der zur Gewinnung des Wasserstoffs verwendete Strom durch ein umweltfreundliches Verfahren wie Sonnenenergie erzeugt werden. Gegenwärtig ist dies normalerweise nicht der Fall, daher erfordert eine wirklich nachhaltige Wasserstoffwirtschaft wesentliche Änderungen bei der Stromerzeugung.

Speicher ist auch ein Problem. Wasserstoffbrennstoff wird in komprimierter flüssiger Form gespeichert und entweicht im Laufe der Zeit teilweise durch Verdunstung. Wenn ein Wasserstoffauto nicht regelmäßig gefahren wird, erhöhen die Verdunstungsverluste die Gesamtkosten des Kraftstoffs erheblich. Und das Komprimieren von flüssigem Wasserstoff auf ein Volumen, das in einem Auto transportiert werden kann, erfordert ebenfalls viel Energie, und diese Energie wurde möglicherweise mit Methoden erzeugt, die Umweltverschmutzung verursachen.

Einige Experten glauben, dass Verbesserungen bei der Wasserstoffproduktion und -speicherung in 15 bis 30 Jahren zu einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft führen werden. Die Idee einer Wasserstoffwirtschaft hat jedoch ihre Gegner, von denen viele glauben, dass eine solche Wirtschaft niemals nachhaltig sein kann und dass unsere Ressourcen besser genutzt werden, um andere Formen der Stromerzeugung zu erforschen. Es kann Jahre dauern, bis klar wird, ob Wasserstoff wirklich der Treibstoff der Zukunft ist.

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Weitere großartige Links

  • Fueleconomy.gov
  • Brennstoffzellen 2000
  • Nova
  • Honda FCX Klarheit
  • US-Energieministerium

Quellen

  • Bossel, Ulf und Eliasson, Baldur. "Energie und Wasserstoffwirtschaft." 8. Januar 2003. http://www.methanol.org/pdf/HydrogenEconomyReport2003.pdf
  • Carseek. "Wasserstoff-Brennstoffzellen-Autotechnik." http://www.carseek.com/articles/hydrogen-fuel-cell-car.html
  • Clayton, Mark. "Steigender Ruf: Reduzierung der US-Ölimporte." Der Christian Science Monitor. 5. Mai 2005. http://www.csmonitor.com/2005/0505/p01s04-usfp.html
  • Friedemann, Alice. "Die Wasserstoffwirtschaft - Energie und wirtschaftliches Schwarzes Loch." Kulturwandel. September 2004. (22. August 2008) http://www.culturechange.org/alt_energy.htm
  • Gizmag. "Honda will Wasserstoff-Brennstoffzellenauto - und Heimtankstelle - freigeben." (22. August 2008) http://www.gizmag.com/honda-fuel-cell-fcx/8394/
  • Hall, Kevin G. "Ölunabhängigkeit ist möglich, aber wollen die USA das wirklich?" Milwaukee Journal Sentinel. 4. März 2006. http://www.jsonline.com/story/index.aspx?id=405957
  • Huffman, Mark. "Wasserstoff-Brennstoffzellenautos bringen Hoffnung, wenn nicht Erleichterung." Verbrauchermessen. 25. Juni 2008. http://www.consumeraffairs.com/news04/2008/06/fuel_cell.html
  • Llanos, Miguel. "Wasserstoffautos bereit zu rollen - zu einem Preis." MSNBC. 23. Juni 2004. http://www.msnbc.msn.com/id/4563676/
  • Sinha, Vandana. "Volkswagen fährt mit Wasserstoff-Brennstoffzellenauto auf die Straße." Washington Business Journal. 11. August 2008. http://www.bizjournals.com/washington/stories/2008/08/11/daily14.html? ana = from_rss
  • Vergano, Dan. "Bisher sind wasserstoffbetriebene Autos Treibstoff für zukünftige Gedanken." USA HEUTE. 21. Juli 2008. http://www.usatoday.com/tech/science/columnist/vergano/2008-07-20- Wasserstoff-Autos_N.htm



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