|
ÁHB apríl 2006 Vetnissamfélag eða rafeindasamfélag? Einfaldaður samanburður á tveim kostum.
Fyrirsögnin er æði undarleg, en hugtakið vetnissamfélag hefur oft sést undanfarið. Hvað felst í hugtakinu? Ætlunin er að gera vetni að orkubera fyrir allar samgöngur og fiskiflotann. Það er framtíðardraumurinn Vetni er ekki orkulind í þessu samhengi. Vetni er orkuberi eða orkumiðill, sem nýta má til að geyma og flytja orku. Á Íslandi er hugmyndin að nýta raforku til að framleiða vetni, og breyta síðan vetninu aftur í raforku í farartækinu, þar sem rafmagnið knýr hefðbundna rafmótora. Hér má nota hugtakið vetnissamfélag, þar sem vetni er notað sem orkuberi. Önnur leið, og hefðbundin, er að nýta raforkuna til að hlaða rafgeyma í farartækinu. Raforkan frá rafgeymunum er þá notuð til að knýja rafmótorana í farartækinu. Vetni er ekki notað sem milliliður, en annar tæknibúnaður er áþekkur. Önnur hefðbundin aðferð er að sleppa jafnvel rafgeymunum alveg og flytja raforkuna beint í rafknúna sporvagna eða járnbrautarlestir, eins og flestir þekkja. Hér má nota hugtakið rafeindasamfélag, þar sem rafeindir eru notaðar sem orkuberi. Hugtakið er óvenjulegt, en það var hugtakið vetnissamfélag einnig fyrir fáeinum árum. Hvor leiðin er hagkvæmari? Hvort er viturlegra að stefna að vetnissamfélagi í framtíðinni eða rafeindasamfélagi? Hvor leiðin er vistvænni? Þetta eru spurningar sem nauðsynlegt er að leita svara við. Í þessari stuttu grein verður sú aðferð notuð að bera saman nýtni þessara tveggja aðferða. Komi til dæmis í ljós, að nýtnistuðull annarar aðferðarinnar sé helmingi minni en hinnar, þá er augljóst að orkan verður tvöfalt dýrari og að það þarf að reisa tvöfalt fleiri orkuver, sem ekki er mjög vistvænt, en atvinnuskapandi meðan á framkvæmdum stendur. Þær tölur um nýtni, sem hér fara á eftir, eru einfaldlega staðreynd sem ekki verður breytt. Þær byggja á lögmálum eðlisfræðinnar, en ekki óskhyggju. Þegar þessar tvær leiðir eru bornar saman er ljóst að í reynd snýst málið um einfaldan samanburð. Í öðru tilvikinu er verið að breyta raforku og vatni í vetni og síðan vetninu aftur í raforku og vatn. Í hinu tilvikinu er verið að nota raforkuna til að hlaða rafgeyma. Allt annað er hliðstætt, þ.e. framleiðsla raforkunnar og rafkerfi farartækisins. Í þessum samanburði er því sleppt að bera saman flutningsleiðir á vetni og rafmagni sem eru gjörólíkar. Nú verður samanburðurinn einfaldur, þar sem við þurfum einfaldlega að bera saman hve mikil orka tapast, annars vegar við að framleiða vetni með rafmagni og síðan aftur rafmagn úr vetninu, og hins vegar við að hlaða rafgeymi og síðan afhlaða hann aftur. Eftirfarandi samanburður er vísvitandi einfaldaður og reynt að hafa hann vetninu í hag. Ekki er tekið tillit til erfiðleika við meðhöndlun og flutning vetnis, sem er mun erfiðari og dýrari en flutningur raforku. Heildarniðurstaðan verður því í reynd enn óhagstæðari fyrir vetnið. Dreifikerfi fyrir rafmagn er fyrir hendi, en ekki fyrir vetni.
Raforka => vetnisgeymir => rafmagn: Þegar vetni er framleitt með raforku er rafstraumur látinn ganga milli tveggja rafskauta í vatninu. Við annað skautið myndast vetni, en súrefni við hitt skautið. Þetta kallast rafgreining. Efnahvörfin má skrifa þannig: H2O => H2 + ½ O2 Úr 9 kg af vatni myndast 1 kg af vetni og 8 kg af súrefni. Við rafgreininguna tapast meira en 20% raforkunnar sem varmi. Minna en 80% skila sér sem vetnisorka. Til að breyta vetni í rafmagn má nota efnarafala. Dæmigerð nýtni efnarafala er 50%. Ekki er unnt að ná mikið meiri nýtni. Um 50% orkunnar skilar sér sem varmi, en það má greinilega sjá sem gufustrók upp af vetnisknúnum strætisvögnum. Um 50% orkunnar skilar sér að rafkerfi farartækisins. Heildarnýtni við að breyta raforku í vetni og vetni aftur í rafmagn er því um 0,8 x 0,5 = 0,4 eða um 40%. ( Sjá http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell )
Raforka => rafgeymir => rafmagn: Við hleðslu á rafgeymi tapast um 10% raforkunnar og umbreytist í varma. Nýtnin er því 90%. Við afhleðslu rafgeymisins tapast um 10% orkunnar og umbreytist í varma. Nýtnin er því um 90%. Heildarnýtnin við að hlaða rafgeyminn og afhlaða hann aftur er því 0,9 x 0,9 = 0,8 eða um 80%.
Niðurstaðan er sláandi. Vetni er um helmingi verri orkuberi fyrir farartæki en rafgeymir. Munurinn er það mikill að óliklegt er að hægt sé að reikna þetta vetninu í hag. Til að framleiða vetni fyrir bílaflotann á Íslandi þarf því tvöfalt fleiri orkuver í vetnissamfélaginu en rafeindasamfélginu. Hvort er ódýrara? Hvort er skynsamlegra? Hvort er vistvænna; tvær stórvirkjanir, eða ein sem nægir til að knýja samgönguflotann? Hvers vegna ekki að nota bíla með rafgeymum frekar en bíla með vetnisgeymum? Tæknin er fyrir hendi! Sé tekið tillit til að allir innviðir rafeindasamfélagsins eru fyrir hendi, en allt ógert vegna vetnissamfélagsins, verður samanburðurinn enn óhagstæðari vetnissamfélaginu. Samanburðurinn hér fyrir ofan er vissulega mikið einfaldaður, en það var með ráðum gert. Tilgangurinn var að sýna á sem einfaldastan hátt hvar rætur vandans liggja. Vilji menn kynnast ítarlegri útreikningum er kjörið að skoða greinarnar hjá European Fuel Cell Forum sem vísað er á hér fyrir neðan. Það er mjög fróðleg lesning. Í stuttu máli þá er niðurstaðan þessi: Heildarnýtni, reiknað frá orkuveri til hjóla farartækis, er um 20% hjá vetnisknúnum ökutækjum, en yfir 60% hjá rafknúnum.
Rafhlöður: Rafhlöður hafa batnað gríðarlega á undanförnum árum. Sem dæmi má nefna Lithium rafhlöður (Lithium Ion, Lithium Polymer-LiPo), sem hafa einna mestan orkuþéttleika miðað við þyngd. Þegar hafa verið gerðar tilraunir með að nota þær í farartæki. Sjá: http://www.electrovaya.com/innovation/zev_tech.html
Samviskuspurning: Er ekki viturlegra að nýta rafeindir sem orkubera í stað vetnis? Svari nú hver fyrir sig.
Ítarefni: Á vefsíðu European Fuel Cell Forum er ítarlegur samanburður á vetnissamfélagi og rafeindasamfélagi eftir Dr. Ulf Bossel vélaverkfræðing. Þar kemur fram enn meiri munur en í einfaldaða samanburðinum hér fyrir ofan. Sjá greinina “On the Way to a Sustainable Energy Future”, sem sækja má sem Acrobat eða Power Point skjal. Þetta er mjög fróðleg lesning sem mönnum er eindregið bent á að kynna sér. Þar eru fleiri mjög fróðlegar greinar sem öllum þeim sem fjalla um þessi mál er nauðsynlegt að lesa. Sjá: http://www.efcf.com/e/reports Þarna er einnig m.a. að finna grein eftir Dr. Baldur Elíasson rafmagnsverkfræðing og stjörnufræðing.
Tveir höfunda greina á safni European Fuel Cell Forum:
Ulf Bossel
áhb |