Hydrogen Won't be our Energy Savior

The Tramp

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Published on Sunday, June 19, 2005
by the Daily Camera (Boulder, CO)

Hydrogen Won't be our Energy Savior
It takes more energy to produce than it yields

by Frank Kreith and Ron West

Hydrogen is widely viewed by environmentalists, as well as by many large corporations, as a panacea to air pollution, global warming and shrinking petroleum supplies. This view has been endorsed by President Bush who, in his 2003 State of the Union Address stated, "The first car driven by a child born today could be powered by hydrogen and pollution free."

Hydrogen-powered cars and trucks that use fuel cells to drive electric motors instead of internal-combustion engines could potentially eliminate tail-pipe pollution and dependence on foreign oil. But hydrogen is not an energy source. It is only an energy carrier that must be produced from a primary energy source, such as natural gas, coal, nuclear fuel, wind or solar radiation.

There are two main methods for making hydrogen. The dominant commercial method uses natural gas and steam to produce ultimately hydrogen and carbon dioxide. In this process, called steam reforming, less than 80 percent of the input energy is left in the hydrogen; then another 15 percent or more is lost converting the hydrogen to liquid or compressed gas. Thus, at most only two-thirds of the original energy ends up as useful hydrogen. Moreover, natural gas is an expensive non-renewable fossil fuel that is in short supply. Furthermore, natural gas has many other important uses, such as heating our homes and serving as a feedstock for many chemicals.

The other main way of making hydrogen is by electrolysis. This process is straightforward, but costs three times as much as steam reforming to make the same amount of hydrogen. It uses an electrolyzer, in which a current is passed through water, to split the water into hydrogen and oxygen.

An electrolyzer is essentially a fuel cell operating in reverse. But the electricity must first be produced from a primary energy source. At the very best, only half as much electricity can be obtained from the hydrogen as is consumed to make it. If electricity from the grid were used to produce the hydrogen, over 50 percent of the electric energy would come from coal-fired power plants, which are the most polluting source. If hydrogen produced by electrolysis were used as fuel, the president's statement should be amended from a "pollution-free car" to a "pollute elsewhere car."

Environmentalists recommend using solar energy or wind to generate electricity for a "renewable hydrogen economy." We have been staunch supporters of renewable energy for half a century and recently some renewable options have achieved economic competitiveness in favorable locations. But the renewable hydrogen path to electricity would more than double the cost of electricity, and probably would set back deployment of renewable electric power for decades. Wind, solar and biomass should be used for heat and power generation, not for making hydrogen.

The nuclear industry argues that reactors are the preferred option to make hydrogen for fuel cells, because they do not generate greenhouse gases. If the public is willing to accept the risks associated with transport and storage of nuclear waste, nuclear power is an available option. But, using nuclear-generated electricity to make hydrogen, from which to make electricity, is a waste of energy and money.

Petroleum engineers predict that worldwide petroleum production will peak in 10 to 30 years. Once production begins to decrease, it will be necessary to supplement oil with some other fuel or to reduce consumption by conservation measures, such as increased mileage of the vehicle fleet and using mass transport. Both of these changes will take time, and we must begin to plan now.

Fortunately, there are several technologies to reduce petroleum consumption. The most obvious is to increase the mileage of the auto and pickup fleet. This can be achieved by building smaller cars and hybrid vehicles, such as the Toyota Prius and Ford Escape. Hybrids use a small gasoline or diesel engine that always runs at maximum efficiency and charges on-board batteries when it produces excess power; when needed, the hybrid draws energy from the batteries to run an electric-drive motor.

Battery technology has improved enormously in the past decade, and state-of-the-art batteries in hybrids increase mileage. But even greater reductions in fuel consumption and pollution can be achieved with "plug-in," electric-gasoline or diesel hybrids, by charging their batteries overnight when excess electrical capacity is available. Demonstration-model plug-in hybrids are on the road and need no new technology for their large-scale deployment. It has been estimated that plug-in hybrids could approach and perhaps even exceed 100 miles per gallon of fuel used. It is also possible to replace petroleum-based fuels with liquid fuels made from coal or biomass, further reducing our dependence on imported petroleum.

There are no huge technical obstacles to making hydrogen and using it as a fuel. But a hydrogen economy would be more expensive and use more primary energy than other options. Moreover, it would require many hundreds of billions of dollars to build a storage and transport infrastructure. We should not accept President Bush's statement that hydrogen will replace oil without examining other options that are more economical and for which the technology and infrastructure already exist.

Frank Kreith and Ron West are retired engineering professors from the University of Colorado, Boulder, and both live in Boulder. Kreith also served as Branch Chief at the Solar Energy Research Institute for 10 years.

© 2005 Daily Camera
 
Per chi proprio non sa leggere l'inglese (Warning! By google)

Pubblicato la domenica, 19 giugno 2005
da the Daily Camera (Boulder, CO)

L'idrogeno non sarà  il nostro salvatore
Ci vuole più energia per produrlo che quello che rende

da Frank Kreith e Ron West

L'idrogeno è ampiamente osservato dagli ecologhi, così come da molte grandi società , come panacea ad inquinamento atmosferico, il riscaldamento globale ed i rifornimenti in diminuzione del petrolio. Questa vista è stata firmata dal presidente Bush che, nella sua condizione 2003 dell'indirizzo del sindacato dichiato, "il primo automobile condotto da un bambino sopportato oggi potrebbe essere alimentato liberamente da idrogeno e da inquinamento."

gli automobili ed i camion Idrogeno-alimentati che usano le cellule del combustibile per guidare i motori elettrici anzichà© i motori a combustione interna potrebbero potenzialmente eliminare l'inquinamento e la dipendenza del tubo di scappamento da olio straniero. Ma l'idrogeno non è una fonte di energia. àˆ soltanto una fonte di energia che deve essere prodotta da una fonte di energia primaria, quali gas naturale, carbone, combustibile nucleare, vento o radiazione solare.

Ci sono due metodi principali per fare l'idrogeno. Il metodo commerciale dominante usa il gas naturale ed il vapore per produrre infine l'idrogeno e l'anidride carbonica. In questo processo, denominato la rigenerazione di vapore, più meno di 80 per cento dell'energia dell'input è lasciata nell'idrogeno; allora altro 15 per cento o più sono persi che convertono l'idrogeno in gas liquido o appiattito. Quindi, a il più soltanto due terzi dell'energia originale si conclude in su come idrogeno utile. Inoltre, il gas naturale è un combustibile fossile non rinnovabile costoso che è difficile a ottenere. Ancora, il gas naturale ha molti altri usi importanti, come il riscaldamento delle nostre sedi e servire come materiale di base per molti prodotti chimici.

L'altro senso principale di fare l'idrogeno è tramite elettrolisi. Questo processo è diretto, ma costa tre volte tanto quanto la rigenerazione di vapore fare lo stesso importo di idrogeno. Usa un electrolyzer, in cui una corrente è passata attraverso acqua, per tagliare l'acqua in idrogeno ed ossigeno.
Un electrolyzer è essenzialmente una cellula del combustibile che funziona al contrario. Ma l'elettricità  deve in primo luogo essere prodotta da una fonte di energia primaria. al la cosa migliore, soltanto a metà  tant'elettricità  può essere ottenuta dall'idrogeno quanto è consumato per farlo. Se l'elettricità  dalla griglia fosse usata per produrre l'idrogeno, oltre 50 per cento dell'energia elettrica verrebbe dalle centrali elettriche a carbone, che sono la fonte di inquinamento. Se l'idrogeno prodotto tramite elettrolisi fosse usato come combustibile, la dichiarazione del presidente dovrebbe essere emendata "da un automobile di inquinamento zero" all'"Automobile che inquina altrove."

Gli ecologhi suggeriscono usando l'energia solare o avvolgono per generare l'elettricità  per "un'economia rinnovabile dell'idrogeno." Siamo stati sostenitori staunch di energia rinnovabile per la metà  un di secolo e recentemente alcune opzioni rinnovabili hanno realizzato la competitività  economica nelle posizioni favorevoli. Ma il percorso rinnovabile dell'idrogeno ad elettricità  il costo più doppio di elettricità  e probabilmente regolerebbe indietro lo schieramento di energia elettrica rinnovabile per le decadi. Il vento, solare e la biomassa dovrebbero essere usati per calore e la produzione di energia, non per fare l'idrogeno.

L'industria nucleare sostiene che i reattori sono l'opzione preferita per fare l'idrogeno per le cellule del combustibile, perchà© non generano i gas della serra. Se il pubblico è disposto ad accettare i rischi connessi con trasporto ed immagazzinaggio di spreco nucleare, l'energia nucleare è un'opzione disponibile. Ma, usando elettricità  nucleare-generata per fare idrogeno, da cui fare l'elettricità , è uno spreco di energia e soldi.

Gli assistenti tecnici del petrolio predicono che la produzione in tutto il mondo del petrolio alzerà  durante 10 - 30 anni. Una volta che la produzione comincia a diminuire, sarà  necessario da completare l'olio con un certo altro combustibile o da ridurre il consumo dalle misure di conservazione, quale distanza in miglia aumentata della flotta e di usando del veicolo il trasporto totale. Entrambi cambiamenti occorreranno tempo e dobbiamo cominciare ora a progettare.

Fortunatamente, ci sono parecchie tecnologie per ridurre il consumo del petrolio. Il più evidente è di aumentare la distanza in miglia della flotta della raccolta e dell'automobile. Ciò può essere realizzata costruendo i più piccoli automobili ed i veicoli ibridi, quali il Toyota Prius e la fuga del Ford. Gli ibridi utilizzano una piccola benzina o un motore diesel che sempre funziona ad efficienza massima e carica le batterie a bordo quando produce l'alimentazione eccedente; una volta avuto bisogno di, l'ibrido disegna l'energia proveniente dalle batterie per fare funzionare elettrico-guida il motore.

La tecnologia della batteria è migliorare enormemente nella decade passata e le batterie avanzate in ibridi aumentano la distanza in miglia. Ma ancora le riduzioni più grandi del consumo e dell'inquinamento di combustibile possono essere realizzate con "il collegamento," elettrico-benzina o ibridi diesel, caricando le loro batterie durante la notte in cui la capienza elettrica eccedente è disponibile. gli ibridi alimentabili del Dimostrazione-modello sono sulla strada e non hanno bisogno di nuova tecnologia per il loro schieramento su grande scala. àˆ stato valutato che gli ibridi alimentabili potrebbero avvicinarsi e forse persino eccedere a 100 miglia per il gallone di combustibile usato. àˆ inoltre possibile sostituire i combustibili petrolio-basati con i combustibili liquidi fatti da carbone o dalla biomassa, ulteriore riducendo la nostra dipendenza da petrolio importato.

Non ci sono ostacoli tecnici enormi al fare l'idrogeno ed a usando come combustibile. Ma un'economia dell'idrogeno sarebbe energia primaria usi e più costosa che altre opzioni. Inoltre, richiederebbe molte centinaia dei miliardi dei dollari sviluppare un'infrastruttura di trasporto e di immagazzinaggio. Non dovremmo accettare la dichiarazione del presidente Bush che l'idrogeno cambierà  l'olio senza esaminare altre opzioni che sono più economiche e per quale la tecnologia e l'infrastruttura già  esistono.

Ron West e Farnk Kreith sono professori dall'università  di Colorado, Boulder, in pensione ed entrambi vivono a Boulder. Kreith inoltre ha servito da capo del ramo all'istituto solare di ricerca energetica per 10 anni.

© 2005 Daily Camera
 
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