Environmentální dopady dopravního průmyslu byly v popředí diskurzu o mobilitě v posledním desetiletí. Vzhledem k tomu, že 27 % emisí skleníkových plynů pochází z dopravy a značné procento celkových příjmů domácností s nízkými příjmy jde do dopravy (v některých případech přes 30 %), je potřeba výrazně snížit množství emisí z vozidel zoufalá. Jedním bodem programu je například potřeba snížit počet vozidel pro jednu osobu (SOV). To platí, i když jsou SOV elektrické. Elektromobily (EV) se stále potřebují nabíjet a elektřina je obvykle poháněna fosilními palivy. Baterie, které napájejí elektromobily, lithium-iontové baterie, také vyžadují velké množství kobaltu, který se z velké části těží v Kongu. Pracovní podmínky konžských horníků jsou hrozné, protože mnoho horníků uvádí špatné nebo opožděné výplaty, nebezpečné pracovní podmínky, fyzické týrání, zastrašování a diskriminaci. V mnoha ohledech jsou elektrická vozidla stále ironicky poháněna neudržitelně a neeticky, ale nabízejí uživateli pocit morálního pohodlí.
Ve spravedlnosti však elektrifikace nabízí několik výhod, včetně lepší spotřeby paliva, federálních daňových kreditů a nižších nákladů na používání (za předpokladu, že zvýšený účet za elektřinu je levnější než plyn, což je téměř jistě pravda v létě 2022). To je důvod, proč je rozhovor o vozidlech s nízkými a nulovými emisemi tak komplikovaný; při vývoji nových technologií je třeba dodržet křehkou rovnováhu a doufat, že tyto technologie nezanechají společnost s řadou překážek větších než předchozí technologie. Tento blog prozkoumá některé výhody a nevýhody elektromobilů a vozidel s vodíkovými palivovými články jako alternativy k tradičním spalovacím motorům (ICE).
Vodík je chemický prvek. Je velmi hořlavý a při spalování ve vodíkovém palivovém článku je čistým zdrojem energie a uvolňuje pouze vodu. Vodík na Zemi neexistuje v čisté formě a nachází se pouze v kombinaci s jinými prvky, což znamená, že vodík musí být extrahován z vody výrobním procesem v laboratoři. Přestože vodík sám o sobě je čistá molekula, drtivá většina vodíku vyrobeného ve Spojených státech se vyrábí v laboratoři poháněné neobnovitelnými zdroji. Dva nejběžnější procesy pro výrobu vodíku ve Spojených státech jsou zplyňování a elektrolýza. Zplyňování, také známé jako reformování zemního plynu, je, když se syntetický plyn vyrábí reakcí zemního plynu s vysokoteplotní párou (oxid uhelnatý reaguje s vodou za vzniku dalšího vodíku). Elektrolýza je, když elektrický proud štěpí vodu na kyslík a vodík. Přebytek obnovitelné energie lze použít k napájení procesu elektrolýzy, což z něj činí zcela „zelený vodík“, ale při měření vlivu vodíkových palivových článků na životní prostředí je třeba vzít v úvahu výrobu vodíku zplyňováním.
Tento proces není efektivní. V době, kdy se vodík vyrábí, stlačuje, skladuje, expeduje a nakonec vloží do vozidla s vodíkovými palivovými články, ztrácí vodík 70 % své účinnosti. V mnoha ohledech může být tato neefektivnost ospravedlněna, protože vodík je materiál s extrémně vysokou energetickou hustotou, což znamená, že počet kilometrů, které může vozidlo ujet, je velmi vysoký na jednotku. To může být potenciální přínos pro spotřebitele s obavami z dojezdu, kteří se obávají, že elektrické vozidlo zemře rychle nebo v nevhodnou dobu.
Dalším aspektem je únik vodíku. Vodíkové palivo by zabránilo emisím oxidu uhličitého do atmosféry z tradičních ICE (což je významný přínos tváří v tvář klimatické krizi), ale únik vodíku bude mít stále atmosférické důsledky. Únik vodíku bude mírně přispívat ke změně klimatu, avšak ne zdaleka tak silně jako pokračující spalování fosilních paliv v ICE.
Přestože vodíkové palivo má mnoho kladů, vozidla s vodíkovými palivovými články jsou stále drahá a infrastruktura pro doplňování paliva je velmi malá. Pouze Toyota, Hyundai a Honda vyrobily vodíkové palivové články pro maloobchodní trh ve Spojených státech a Honda ukončila svůj vůz s vodíkovými palivovými články v roce 2021. Dnes je ve Spojených státech pouze 45 čerpacích stanic na vodík a 43 z nich je v Kalifornii. . Oba modely Toyota a Hyundai stojí přibližně 60,000 XNUMX dolarů, což je téměř dvojnásobek počátečních nákladů na EV.
Vodíkové palivové články se mohou stát dostupnějšími a dostupnějšími. Během posledních několika let se nabíjecí stanice pro elektromobily staly běžnějšími a náklady na počáteční nákup elektromobilu se snížily, protože počet kilometrů na jedno nabití se zvýšil. Je možné, že vodíkové čerpací stanice mohou následovat příklad nabíjecích stanic pro elektromobily, avšak jen málo jiných států než Kalifornie má legislativu nebo dokonce veřejné připomínky k takovým politickým iniciativám. Zelený vodík jistě naznačuje, že potenciál existuje, není však jasné, kolik času a peněz je zapotřebí k uskladnění obnovitelné energie (pro elektrolýzu) a kapalného vodíku (z elektrolýzy), protože stávající technologie se ani zdaleka neblíží k tomu, aby udržela 276 milionů vozidel v provozu. silnice ve Spojených státech. Protože tento proces způsobuje ztrátu účinnosti vodíku, vědci a tvůrci politik se musí rozhodnout, zda je použití obnovitelné energie k výrobě zeleného vodíku skutečně efektivnější než jiná alternativní využití, jako je napájení továren s vysokými emisemi nebo energetických sítí v marginalizovaných komunitách s nízkými příjmy. . (V tuto chvíli si možná říkáte „ale zní to, jako by zde chyběla infrastruktura, technologie a politická vůle využívat obnovitelné energie i pro tyto projekty“ a pokud si myslíte, že pak máte pravdu).
To nás přivádí ke konečné otázce, kterou tento článek klade: mohlo by být vodíkové palivo etičtější a udržitelnější alternativou k EV, a pokud ano, je implementace praktická? Přestože se elektromobily staly dostupnějšími, tento přechod trval přibližně deset let a plné nabití baterie stále trvá až několik hodin. Mezi vysokou cenou a nedostatkem infrastruktury mimo několik kalifornských okresů mají vodíkové palivové články před sebou ještě dlouhou cestu, než se stanou praktickou alternativou k EV pro většinu vozidel v osobním vlastnictví. Nejtěžší částí této otázky je rozhodnutí, zda je vodík etičtější nebo udržitelnější než elektromobily.
Nejzjevnějším dopadem vodíkových palivových článků na sociální spravedlnost může být to, že na rozdíl od elektromobilů nebude zvýšená poptávka po konžském kobaltu těženém nucenou prací, protože neexistuje zvýšená poptávka po bateriích. Jak však již bylo uvedeno v tomto příspěvku na blogu, všechny inovace mají nepředvídatelné důsledky a my musíme učinit vypočítavá rozhodnutí o tom, zda jsou nedostatky nové technologie v souhrnu méně škodlivé než soubor problémů, které technologie řeší. Existuje jen málo dostupných informací o etice vodíkových palivových článků ve velkém měřítku; Jednoduše nemohu spekulovat, zda masová výroba vodíkových palivových článků má svůj ekvivalent k těžbě kobaltu. Existují však dva důležité body týkající se neznámých lidských důsledků: za prvé, nemůžeme dopustit, aby dokonalost byla nepřítelem pokroku, nebo určitě nesplníme vysoké cíle environmentální spravedlnosti stanovené COP26 a podobnými akčními plány, a za druhé, splnění těchto cílů. cíle budou vyžadovat mnohem více než vodíkové palivové články. Měli bychom monitorovat pracovní, přístupové a environmentální dopady výroby vodíku, zatímco pokračujeme ve výzkumu, ale dopravní revoluce vyžaduje více.
Ačkoli vodíkové palivové články mohou být součástí konečného řešení, tento blog začal kritikou význačnosti SOV. Neexistuje žádná kouzelná kulka, která by napravila etické a udržitelné problémy způsobené dopravním průmyslem. Přestože vodíkové palivo může mít potenciál eliminovat některé problémy, které přetrvávají, když se EV stávají stále populárnějšími, podpora spolujízdy a veřejné dopravy jsou také důležitou součástí této rovnice, protože si nemůžeme dovolit mít 276 milionů vozidel na silnicích, zatímco se stále budeme vrtat. s udržitelnějšími alternativami. Neměli bychom opustit náš výzkum vodíkových palivových článků, ale spíše bychom měli přijmout, že to může být jedna součást komplexního řešení. I když se vodíkové palivo ukáže jako etičtější a udržitelnější alternativa k lithium-iontové baterii, čas se krátí, pokud chceme splnit mezinárodní cíle stanovené COP26.
Jaké jsou tedy právní nástroje, které můžeme použít, abychom se posunuli vpřed? Za prvé, federální a státní daňové úlevy mohou být mocné. Zákon o nouzové ekonomické stabilizaci z roku 2008 začal poskytovat daňové pobídky ke snížení nákladů na projekty vodíkových palivových článků. Existuje také řada grantů dostupných prostřednictvím vládních agentur, včetně ministerstva dopravy, aby se usnadnily koridory pro alternativní paliva, které kromě nabíjecích stanic pro elektromobily poskytují lepší přístup k vodíkovým čerpacím stanicím. Existují také desítky potenciálních federálních a státních grantů na další financování výzkumu vodíku, což může zlepšit skladování nebo snížit náklady přenesené na spotřebitele.
Je třeba mít křehkou rovnováhu. Dopravní sektor nemůže dát všechna svá vejce do koše s vodíkovými palivovými články, ale investovat nějaký čas a peníze do zahrnutí vodíku jako jednoho z mnoha nástrojů k zajištění udržitelné a etické dopravy se vyplatí.
Potenciál vodíku jako obnovitelného zdroje je někdy veřejnosti skryt. Přesto je hojný a neprodukuje žádné vedlejší produkty kromě vody, kterou mohou lidé také zachytit a znovu použít k pomoci s nedostatkem vody, kromě toho, že využívají obnovitelné zdroje energie.
Gerd Altmann, Pixabay
Se všemi těmito pozitivy přichází několik nevýhod, včetně nízké hustoty energie, vysokých výrobních nákladů a problémů se skladováním a přepravou. Navíc stavitelé potřebují nastavit novou infrastrukturu. Tyto výzvy vysvětlují, proč vodík není pro vytápění domácností praktický.
Vysoké výrobní náklady
Existuje několik způsobů, jak interpretovat, proč je vodík tak drahý. Výroba čistého vodíku využívá nové a nákladné technologie, zatímco staré metody jsou drahé a neefektivní. Navíc nestačí na námahu při přepravě, která vyžaduje speciální skladování, což jsou další nemalé náklady.
Profesionálové označují vodík v barvách, navzdory jeho neviditelnosti. Zelený vodík je nejčistší formou a využívá elektrolýzu k oddělení vody na její elementární části, které lze znovu použít jako energii. Modrý vodík je jedním z nejběžnějších ve výrobě a má pochybný zdroj.
Fosilní paliva, jako je zemní plyn, uvolňují vodík jako vedlejší produkt výroby, který společnosti vyrábějící fosilní paliva mohou zachytit a uložit jako modrý vodík. Zelený vodík by mohl být zcela čistý a poháněný obnovitelnými zdroji. Modrý vodík zakaluje potenciálně uhlíkově neutrální způsob výroby energie. Mohlo by to však urychlit implementaci vodíku, protože svět nadále používá fosilní paliva a pro splnění klimatických cílů jsou zapotřebí alternativní zdroje energie.
Jiné zdroje energie mají vysoké náklady, ale jejich srovnání s vodíkem čistí finanční pověst jiných paliv. Elektrolýzy stojí miliony a legislativní opatření pro solární energii srazily ceny střídačů a dalšího hardwaru dolů. Dokonce i větrná energie zažívá snížení nákladů, protože alternativy na moři jsou levnější a udržitelnější.
Nízká energetická hustota
Porovnání vodíku s jinými palivy ukazuje, proč by nemohl být životaschopnou možností pro vytápění domácností, dokud jej výzkumníci výrazně nezvýší. Pokud by se domácnosti v současném stavu spoléhaly na vodíkovou energii, nepříznivě by je to ovlivnilo, když již ze systémů HVAC produkují 441 milionů tun skleníkových plynů.
Účty za energie by raketově vzrostly, protože nízká energetická hustota způsobuje, že HVAC fungují neefektivně, když domy již potřebují dovybavit energeticky účinnějším zařízením začleněním ekologičtějších a chytrých technologií.
Je to do bodu, kdy odborníci doporučují používat vodík k pohonu tepelných čerpadel místo celého domácího topného systému – rodiny by spotřebovaly pětkrát více elektřiny než jiné zdroje. Když většinu tvoří modrý vodík, spotřeba pětinásobku energie znamená pětkrát větší závislost na fosilních palivech.
Výzvy týkající se skladování a přepravy
Dalším problémem proti vodíkovým palivům v domácnostech je, že to není nejbezpečnější palivo pro skladování nebo přepravu. Jako plyn musí být vodík uzavřen ve vysokotlaké nádrži – jako kapalina jsou nebezpečné kryogenní teploty jedinou možností. Elektromobily na palivové články experimentují s těmito výkonnými vzduchovými nádržemi při tak vysokém tlaku, že to zvyšuje riziko řidiče. I pro domácnosti to znamená zvýšené nebezpečí požáru.
Neschopnost cestovat je hlavní překážkou masové adopce. Tento dopad na proveditelnost by ji mohl učinit životaschopnou pouze tehdy, pokud odborníci inovují tradiční metody. Jiná řešení pro ukládání energie z obnovitelných zdrojů – jako jsou baterie – se snadněji vyrábějí a instalují s výraznější návratností investic, takže je přirozené, že korporace a vlády volí možnosti, jako je solární energie před vodíkem.
Potřeba nové infrastruktury
Za prvé, stávající infrastruktura se musí buď naučit splynout s výrobou vodíkové energie, nebo modernizovat, aby splňovala nové technologické standardy. Jak by se mohly tyto změny kritické infrastruktury projevit?
Odborníci se pokoušejí přestavět nebo vybavit stávající potrubí pro plynárenské sítě pro přepravu a skladování vodíku v procesu zvaném míšení vodíku, při kterém se mísí se zemním plynem, aby se otestovala rychlost přepravy a trvanlivost potrubí. Pokud odborníci najdou způsob, jak využít stávající infrastrukturu tímto způsobem, přijetí by mohlo přijít rychleji.
Jinak by instalace nových potrubí a dalších periferií mohla stát národy přemrštěné částky, které by se daňoví poplatníci mohli zdráhat pomoci financovat. Je to jedna z výzev spojených s těmito rozsáhlými úpravami, přičemž největší jsou náklady a občanský vstup.
Zajištění životaschopnosti vodíku pro domácnosti
Výzkumníci musí investovat do rafinace vodíkových řešení. Není životaschopný pro domácí použití, protože je obtížné jej přepravovat a ospravedlnit náklady s technologií, která je stále v plenkách. V současné době mohou domácnosti hledat geotermální tepelná čerpadla nebo solární panely, dokud se vodík nestane udržitelnějším – jedná se o bohaté zdroje čisté energie pro vytápění domů.
Většina míst je činí spolehlivými a stabilními s minimální údržbou kromě pravidelných kontrol a údržby.
