Driver du en brenselcelle med hydrogen H2 er utslippene rent vann. Men gassen må produseres miljøvennlig, og der ligger problemet for å få fart på hydrogendrift. Mange jobber hardt med dette.
Av Stein Bekkevold
Toyota har revitalisert sin hydrogenbil Mirai, den som går på H2 og som via en brenselcelle får ut elektrisitet og drikkevann. Hydrogen? Ja, ur-gassen. Men hvordan skaffe den? Jo: Har du enorme mengder rimelig elektrisk kraft kan du elektrolysere H2 ut av vann – H2O.
Har du ikke det må du gjøre noe annet. Og det er vrient, dyrt og gir dumme utslipp. Så hydrogen-brenselsceller er fint å drømme om, men MYE verre å realisere. Se hva fagfolkene i SAE (Society of Automotive Engineers) mener.
Viktige fordeler
– Etter flere tiår med FoU, noen misser, og et lite volum produksjonsbiler, dukker hydrogen igjen opp for karbonreduksjon i transport.
Som gass er vårt letteste og rikeligste grunnstoff en effektiv energibærer og et godt lagringsmedium. Når H2 tas fra avkarboniserte kilder og brukes i brenselceller, er dette en effektiv nullutslippskilde for transportmidler. Bilingeniører er igjen opptatt av at hydrogen-brenselceller – med et energi/vekt-forhold 10 ganger større enn litiumbatterier – gir viktige fordeler fremfor batterielektrisk drift.
Utfordringer kan løses
Det å fylle 350- eller 700-bar høytrykkstanker går like fort som å fylle bensin eller diesel. Og sammenlignet med batteripakker for store elbiler – som fort blir på hundrevis av kilo – er et brenselcellesystem med samme ytelse en lettvekter. Ytelse og effektivitet er derfor logisk i biler.
Forskere har gjort enorme fremskritt i utviklingen av celler, drivsystemer og løsninger for lagring og utvinning, men noen utfordringer gjenstår – som ingeniører sier kan løses i dette tiåret. Ett poeng er at hydrogen som drivstoff til IC-motorer (Internal combustion) kan erstatte – med modifikasjoner – diesel i kommersielle kjøretøy, stasjonære og marine motorer, men dette er kontroversielt.
Dobbelt så effektive
Det ses av produsenter av dieselmotorer og flåte-/utstyrsoperatører som en kortsiktigløsning, mens elektrifiseringen takles. Bruk av H2 i IC-er har vært i fokus for en del bilfabrikker som Daimler – med et begrenset antall slike personbiler – mens Toyota og Cummins Engines har utviklet egne brenselceller.
Brenselcellepioner McCormick fraråder slik bruk av H2 fordi det gir mindre kraft og er mindre effektivt enn diesel, sier de.
– En grunn til at brenselceller passer så godt med H2 er at de er minst dobbelt så effektive som IC-motorer. Så teknologien tar fort igjen i effektivitet det lille vi taper ved drivstofflagring.
Karbonfangst
Så alt koker ned til hvordan vi skaffer H2 til morgendagens brenselceller, om vi ikke kan elektrolysere vann med billig elektrisitet uten utslipp. En vanlig metode er å hente H2 ut av metangass CH4 ved hjelp av vann H2O, men det du da får i tillegg til H2 er også klimagassen CO2, så det er dustete. En reaksjon av karbonmonoksid CO med vann går jo, men også der får du ut H2 pluss CO2 – dessverre. Så hvorfor ikke verdens industrinasjoner satser på karbonfangst er en gåte.
Og så, en repetisjon
for alle som har glemt hva en brenselcelle er: En brenselcelle er en elektrokjemisk enhet som gjør om kjemisk energi fra et drivstoff (gjerne hydrogen) og et oksidasjonsmiddel (luft/oksygen) til elektrisitet via såkalte oksidasjonsreaksjoner (redoks).
Brenselcellen er ulik batterier da de konstant krever drivstoff og oksygen for å holde den kjemiske reaksjonen i gang. Cellen fortsetter å utvinne elektrisk kraft så lenge den tilføres drivstoff og oksygen.
Prinsippet ble oppfunnet av Sir William Grove i 1838. Den første kommersielle bruken kom over nitti år senere – da kom hydrogen-oksygen-cellen ved Francis Thomas Bacon i 1932.
Utfordringen: H2 uten å forurense
Den alkaliske cellen, også kjent som Baconcellen etter ham, er brukt i diverse romprogrammer siden 1960-tallet for å gi strøm til satellitter og romkapsler. Senere har cellene sittet i mange andre driftsenheter.
De gir nå primær- og reservekraft i bygg særlig i utilgjengelige områder. De driver også gaffeltrucker, biler, busser, tog, båter, motorsykler og ubåter.
Det finnes mange typer, men alle har – akkurat som et batteri – en anode, en katode og en elektrolytt, slik at ioner som positivt ladede hydrogenioner (protoner), kan vandre gjennom brenselcellen. Ved anoden gjør en katalysator at drivstoffet går i oksidering og skaper ioner (positivt ladde hydrogenioner) og elektroner.
Ionene vandrer fra anode til katode i elektrolytten. Samtidig går elektroner fra anode til katode i en ytre krets, og gir likestrøm. Ved katoden får dessuten en annen katalysator ioner, elektroner og oksygen til å lage vann H2O. Smart!
Men utfordringen er altså å skaffe H2 uten å forurense.
Bildene: Stasjonsbildet er fra BP og viser en hydrogenstasjon. Og skissen viser i all enkelhet hva som skjer i brenselcellen, vi lånte den av wikipedia. Bilen du ser er en ny variant av den hydrogendrevne Toyota Mirai, fabrikkfoto.
