Dung dịch kỳ diệu hydro? Tiềm năng của công nghệ dường như không giới hạn. Nhưng hydro không có ý nghĩa ở mọi nơi, chuyên gia khí hậu Sven Plöger của ARD viết - nhưng bốn trong số sáu lĩnh vực có thể vẫn còn sau khi kiểm tra.
Hydrogen molecules drawn by the computer: What does the technology really bring? (icon picture)
Thời đại công nghiệp của chúng ta cho đến nay rất đơn giản: chỉ có một loại nguồn năng lượng và chúng ta giải quyết mọi thứ với nó. Tất nhiên chúng ta đang nói về hóa thạch. Điều này sẽ không còn khả thi trong tương lai. Vì vậy chúng ta phải xem nguồn năng lượng nào là tốt nhất và hiệu quả nhất cho mục đích cụ thể nào. Và tất nhiên, việc kiểm soát chi phí cũng rất quan trọng.
"Kinh doanh của thế kỷ" bảo vệ khí hậu
Bây giờ, hãy kết nối nhận thức này với cuộc khủng hoảng khí hậu. Hầu hết mọi thứ chúng ta làm ngày nay đều cần năng lượng và việc sử dụng năng lượng này tạo ra khí thải gây hại cho khí hậu của chúng ta. Cho đến nay, rất nổi tiếng. Nếu chúng ta muốn tháo gỡ nút thắt này, thì điều đó có nghĩa là phải tái cấu trúc nền kinh tế của chúng ta ở tất cả các cấp. Điều này chỉ hoạt động nếu có các mô hình kinh doanh đằng sau các quy trình cần thiết. Một sự chuyển đổi quy mô lớn như vậy đơn giản là không thể thành công nếu không có sự khuyến khích. Điều này một lần nữa gắn liền với ý tưởng về “thỏa thuận bảo vệ khí hậu của thế kỷ”.
Nhưng bây giờ chúng ta nói đến công nghệ hydro, thường được những người ủng hộ động cơ đốt trong gọi là chìa khóa cho một tương lai xanh. Hydro (H2) thực sự có thể làm gì? Về lý thuyết, khá nhiều! Cũng giống như khí tự nhiên, phân tử nhỏ nhất tồn tại này có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau: để sưởi ấm, lái xe, tạo ra điện, lưu trữ năng lượng hoặc thậm chí cho các quy trình công nghiệp. Chỉ cần nghĩ đến thép hoặc xi măng, những ngành cần thiết vì chúng sử dụng nhiều năng lượng. Và tuyệt vời nhất, khi bạn đốt cháy hydro, “chất thải” thoát ra là nước sạch – hết sức tuyệt vời.
Cái bẫy chết người của việc che đậy
Bây giờ câu hỏi ngược lại: anh ấy không thể làm gì? Thật không may là không đủ trong thực tế. Hydrogen đơn giản là không phù hợp để thay thế từng loại nhiên liệu hóa thạch, giúp chúng ta không phải suy nghĩ thêm về những thay đổi trong cuộc sống hàng ngày và cho phép chúng ta "tiếp tục như trước". Hy vọng vào một điều gì đó như thế sẽ dẫn chúng ta trở lại cái bẫy chết người của sự xoa dịu.
Bởi vì ngoài thực tế là chúng ta sẽ phải xây dựng lại toàn bộ cơ sở hạ tầng toàn cầu của mình cho việc này, điều này sẽ tốn kém và mất thời gian, lượng hydro không phát thải cần thiết hiện tại không có sẵn cho chúng ta và sẽ không đủ. cũng có sẵn trong tương lai xa. Ngay cả khi chúng ta không bị thiếu hụt, thì cách tiếp cận "hydro sẽ khắc phục điều đó" như vậy sẽ không hiệu quả trong thực tế vì hiệu quả thấp hơn đáng kể so với việc bạn sử dụng điện trực tiếp chẳng hạn. Cuối cùng, có giá cao. Nhưng hết cái này đến cái khác.
Xanh lục, xanh lam hay hồng?
Điểm đầu tiên: hydro đến từ đâu? Trên hành tinh này, nó không chỉ đơn giản là "ở đó" và do đó có thể dễ dàng khai thác hoặc khai thác. Thay vào đó, nó bị ràng buộc, ví dụ như trong metan (CH4) và trên hết là trong nước (H2O). Để lấy nó ra khỏi đó, chúng ta phải tách hợp chất hóa học, điều này có thể được thực hiện, ví dụ, bằng phương pháp điện phân: có một dải phân cách giữa hai điện cực, cực dương và cực âm, và nếu bây giờ bạn cho phép một dòng điện chạy qua, bạn sẽ kết thúc với các phân tử Oxy ở cực dương và các phân tử hydro ở cực âm.
Nhưng bây giờ chúng ta nói đến công nghệ hydro, thường được những người ủng hộ động cơ đốt trong gọi là chìa khóa cho một tương lai xanh. Hydro (H2) thực sự có thể làm gì? Về lý thuyết, khá nhiều! Cũng giống như khí tự nhiên, phân tử nhỏ nhất tồn tại này có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau: để sưởi ấm, lái xe, tạo ra điện, lưu trữ năng lượng hoặc thậm chí cho các quy trình công nghiệp. Chỉ cần nghĩ đến thép hoặc xi măng, những ngành cần thiết vì chúng sử dụng nhiều năng lượng. Và tuyệt vời nhất, khi bạn đốt cháy hydro, “chất thải” thoát ra là nước sạch – hết sức tuyệt vời.
Cái bẫy chết người của việc che đậy
Bây giờ câu hỏi ngược lại: anh ấy không thể làm gì? Thật không may là không đủ trong thực tế. Hydrogen đơn giản là không phù hợp để thay thế từng loại nhiên liệu hóa thạch, giúp chúng ta không phải suy nghĩ thêm về những thay đổi trong cuộc sống hàng ngày và cho phép chúng ta "tiếp tục như trước". Hy vọng vào một điều gì đó như thế sẽ dẫn chúng ta trở lại cái bẫy chết người của sự xoa dịu.
Bởi vì ngoài thực tế là chúng ta sẽ phải xây dựng lại toàn bộ cơ sở hạ tầng toàn cầu của mình cho việc này, điều này sẽ tốn kém và mất thời gian, lượng hydro không phát thải cần thiết hiện tại không có sẵn cho chúng ta và sẽ không đủ. cũng có sẵn trong tương lai xa. Ngay cả khi chúng ta không bị thiếu hụt, thì cách tiếp cận "hydro sẽ khắc phục điều đó" như vậy sẽ không hiệu quả trong thực tế vì hiệu quả thấp hơn đáng kể so với việc bạn sử dụng điện trực tiếp chẳng hạn. Cuối cùng, có giá cao. Nhưng hết cái này đến cái khác.
Xanh lục, xanh lam hay hồng?
Điểm đầu tiên: hydro đến từ đâu? Trên hành tinh này, nó không chỉ đơn giản là "ở đó" và do đó có thể dễ dàng khai thác hoặc khai thác. Thay vào đó, nó bị ràng buộc, ví dụ như trong metan (CH4) và trên hết là trong nước (H2O). Để lấy nó ra khỏi đó, chúng ta phải tách hợp chất hóa học, điều này có thể được thực hiện, ví dụ, bằng phương pháp điện phân: có một dải phân cách giữa hai điện cực, cực dương và cực âm, và nếu bây giờ bạn cho phép một dòng điện chạy qua, bạn sẽ kết thúc với các phân tử Oxy ở cực dương và các phân tử hydro ở cực âm.
Về chuyên gia
-
Sven Plöger là một trong những chuyên gia thời tiết nổi tiếng nhất ở Đức. Ngày 8 tháng 5 là "Mặc ấm vào, trời càng nóng hơn!" xuất hiện, bản sửa đổi cuốn sách của anh ấy "Hãy mặc ấm, trời sẽ nóng!" Trong đó, Plöger giải thích những điều cơ bản của hệ thống khí hậu và tại sao cuộc khủng hoảng hiện tại cũng là cơ hội để định hướng cho tương lai. FOCUS online đăng một đoạn trích từ cuốn sách tại đây.
Vì vậy, vấn đề là điện chúng ta cần để tạo ra hydro. Chỉ khi điều này xảy ra với các năng lượng tái tạo như mặt trời và gió thì cái gọi là hydro "xanh" mới phát sinh, - miễn là nó không phải vận chuyển (dài) - không phát thải và do đó thân thiện với khí hậu. Mặt khác, nếu hydro được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch bằng cách tái tạo hơi nước, thì nó có màu “xám” vì CO2 được giải phóng trong quá trình này.
Ngoài ra còn có hydro "xanh lam", trong đó khí carbon dioxide giải phóng được tách ra và lưu trữ dưới lòng đất, hydro "ngọc lam" từ quá trình nhiệt phân mêtan và hydro có màu "hồng", trong đó, giống như hydro xanh, quá trình điện phân được sử dụng, nhưng cần có điện vì điều này thu được từ năng lượng hạt nhân.
Sự thiếu hiểu biết không bảo vệ chống lại tác hại
Do đó, hydro xanh chủ yếu thú vị liên quan đến chủ đề khí hậu. Những câu hỏi quan trọng nhất bây giờ là: Chi phí sản xuất là bao nhiêu? Làm thế nào là hiệu quả là cô ấy? Và chúng ta có thể mở rộng chúng đến mức nào với số lượng cần thiết?
Hãy bắt đầu với điểm cuối cùng và một ví dụ đơn giản: Ví dụ: nếu bạn xem xét sản xuất thép, nơi hydro có thể vận hành cái gọi là nhà máy khử trực tiếp bỏ qua phương pháp cổ điển của lò cao đốt than và do đó gần như trung hòa với khí hậu , có một nhu cầu rất lớn ở đây một mình. Ví dụ, một máy rung thép duy nhất sẽ cần điện từ khoảng 70% tổng số tua-bin gió ở Đức.
Vì vậy, chúng ta không cần phải thực hiện thêm bất kỳ tính toán nào vào thời điểm này để thấy rằng một cách thực tế, ngay cả với sự gia tăng đáng kể trong sản xuất điện từ các nguồn tái tạo trong tương lai, chúng ta sẽ không tiến gần đến mức xanh. Thỉnh thoảng tôi cũng nghe những câu như "Đừng lo lắng về tua-bin gió và chỉ cần sử dụng hydro". Thật không may, những người đóng góp như vậy thậm chí không nhận thấy sự hài hước không tự nguyện trong các tuyên bố của họ và thật không may, sự thiếu hiểu biết không bảo vệ chống lại tác hại (tập thể).
Ký ức về thử nghiệm oxyhydrogen
Chúng tôi thậm chí không thể tự đáp ứng nhu cầu của mình, vì vậy chúng tôi phải trở thành người mua hydro từ các quốc gia khác. Thật không may, ý tưởng sản xuất hydro xanh ở miền nam châu Âu , nơi có nhiều ánh nắng mặt trời hơn để phát điện, hầu như không hữu ích, bởi vì các quốc gia như Tây Ban Nha , Ý hay Hy Lạpcuối cùng họ cần nó Đây là một trong những lý do tại sao Namibia, ví dụ, hiện đang xem xét một chiến lược hydro. Nhưng đất nước không hẳn là trước cửa, nói cách khác, nếu bạn không muốn để toàn bộ việc sử dụng cho sản xuất công nghiệp tại chỗ chẳng hạn, thì chi phí vận chuyển đóng vai trò quyết định - và tất nhiên, cả khí thải trong quá trình hậu cần sản xuất hydro này "kém xanh hơn một chút" trên mỗi km.
Ý tưởng vận chuyển hydro trên quãng đường dài trong đường ống cũng không phải là không tưởng. Bởi vì ngoài việc xây dựng cơ sở hạ tầng cần thiết, bạn đang xử lý phân tử nhỏ nhất và do đó là phân tử dễ bay hơi nhất. Bất kể rò rỉ nhỏ như thế nào, hydro sẽ thoát ra trên quy mô lớn. Ngẫu nhiên, điều tương tự cũng áp dụng cho các thùng chứa hydro của ô tô. Đây chính xác là nơi có mối nguy hiểm lớn, bởi vì hydro phản ứng với oxy trong không khí để tạo thành một hỗn hợp nổ - ai không nhớ bài kiểm tra oxyhydrogen từ lớp hóa học? Cuối cùng, phản ứng hóa học này có thể dẫn đến một thảm họa, chẳng hạn như trong vụ tai nạn nghiêm trọng của khinh khí cầu "Hindenburg" vào tháng 5 năm 1937. Vì điều này và vì tác hại của hydro đối với khí hậu, chúng ta thực sự cần các mạch kín hoàn toàn để sử dụng nó.
Suy nghĩ ngắn gọn ở giữa: Từ "thiệt hại do khí hậu" có thể gây nhầm lẫn ở đây. Điều này áp dụng cho hydro, mặc dù là gián tiếp: vì phân tử này rất dễ phản ứng, nên nó phản ứng với cái gọi là gốc hydroxyl (OH) trong khí quyển, từ đó thực sự “xử lý” các khí nhà kính như mêtan và phân hủy chúng. Nhưng vì hydro đang “thúc đẩy”, nên có thể nói, các gốc tự do hiện đang thiếu đối với khí mê-tan, điều đó tất nhiên có nghĩa là gốc tự do sẽ ở lại lâu hơn và có hại cho khí hậu. Hiệu ứng này cũng có thể được quan sát với các loại khí khác. Hydro có tác động đáng kể đến khí hậu thông qua đường vòng này khi đi vào bầu khí quyển. Thể hiện bằng con số, các nghiên cứu khác nhau cho thấy rằng gấp khoảng bốn đến mười một lần so với CO2.
Vấn đề làm mát
Quay lại vấn đề vận chuyển: hoặc hydro cần áp suất rất cao, khoảng 700 bar, để đi từ A đến B, hoặc nó phải lạnh để có thể vận chuyển ở dạng lỏng. Ngẫu nhiên, "lạnh" trong ngữ cảnh này có nghĩa là -230 độ hoặc thậm chí ít hơn. Làm nguội hydro đến mức này tiêu tốn khoảng 40 phần trăm năng lượng mà trước đây chúng ta đã sử dụng để tạo ra nó, vì vậy, một lần nữa, ý tưởng này lại xung đột với vấn đề hiệu quả và sự khan hiếm.
Giấc mơ sa mạc lớn
Một số người thường đề xuất các khu vực sa mạc để phát điện, nơi có nhiều nắng và thường có nhiều gió. Nhưng hãy cẩn thận: Đó là về hydro và nó không được gọi là vô ích. Nói cách khác, bạn cũng cần nước và điều đó được biết là rất hiếm ở sa mạc.
Kết quả: Ngay cả khi chúng ta siêng năng nhập khẩu, đầu tư cho nó và trên hết, chấp nhận rằng sự ổn định chính trị ở tất cả các nước xuất khẩu không phải là điều chúng ta mong muốn, các nghiên cứu cho thấy - mặc dù có sự khác biệt khá lớn về kết quả - rằng chúng ta có thể sẽ phải làm điều đó trong một thời gian dài phải quản lý tình trạng thiếu hydro đáng kể. Và nếu không có đủ thứ gì đó, thì tất nhiên bạn nên chọn rất cẩn thận nơi sử dụng vật liệu quý giá.
Câu hỏi "Ở đâu?"
Vì vậy, hãy xem xét câu hỏi "Ở đâu?", một câu hỏi cũng liên quan trực tiếp đến hiệu quả được đề cập ở trên:
Điểm 1: dự trữ năng lượng. Một thực tế ai cũng biết là không phải lúc nào cũng có nắng và gió và khả năng tích trữ điện tạm thời còn hạn chế. Trong khi công nghệ pin đang được cải thiện và chúng ta có thể sử dụng tốt pin để lưu trữ trong thời gian ngắn, chẳng hạn như lưu trữ qua đêm, chúng ta cũng cần có khả năng lưu trữ năng lượng tái tạo trong thời gian dài hơn. Với mục đích này, năng lượng mặt trời và năng lượng gió dư thừa có thể được chuyển đổi thành hydro xanh hoặc khí mê-tan xanh để dự trữ và lưu trữ. Ưu điểm: mật độ năng lượng cao hơn và do đó cần ít không gian hơn.
Tiết 2: Công nghiệp. Ví dụ, chúng ta đã thấy ở trên cần bao nhiêu năng lượng để sản xuất thép. Tổng cộng, nó chiếm 6% tổng lượng khí thải CO2 ở Đức. Trên toàn thế giới, lĩnh vực quan trọng này của nền kinh tế chiếm phần lớn lượng khí thải công nghiệp, cụ thể là một phần ba. Vì vậy, ở đây chúng ta có ứng dụng của hydro. Nhưng các chi phí vẫn cần phải được thảo luận. Chúng tôi sẽ nhận được điều đó trong một thời điểm.
Điểm 3: sưởi ấm. Đốt cháy hydro, vốn được sản xuất tốn nhiều công sức bằng điện, - gần như hợp lý - kém hiệu quả hơn so với sử dụng điện trực tiếp thông qua một máy bơm nhiệt điện. Một chuyển đổi bổ sung chi phí năng lượng. Một máy bơm nhiệt tạo ra khoảng 3 kilowatt giờ năng lượng sưởi ấm từ một kilowatt giờ điện; nếu bạn vượt qua hydro, chỉ còn lại 0,7. Với cùng một số tiền, chúng ta sẽ phải lắp đặt số tua-bin gió và mô-đun năng lượng mặt trời nhiều gấp bốn lần bằng cách đi đường vòng qua hydro.
Điểm 4: Xe của chúng tôi. Quyết định ủng hộ các phương tiện chạy bằng pin và chống lại động cơ hydro đã khiến nhiều người trong nước ngạc nhiên, tôi cảm thấy điều đó lặp đi lặp lại trong các cuộc trò chuyện. Nhưng ở đây, câu hỏi về tính hiệu quả cũng là trọng tâm: Đối với mỗi kilowatt giờ điện được sản xuất, một chiếc ô tô điện tiêu tốn 0,7 kilowatt giờ trên đường, ô tô hydro, nơi mà điện để sản xuất hydro cũng phải được tạo ra và cũng phải được trả tiền, mặt khác chỉ dưới 0,3. Xe điện chạy xa hơn gấp đôi với cùng một lượng năng lượng.
Do đó, vì những lý do thuần túy vật lý, hydro sẽ luôn đắt hơn so với chạy trực tiếp bằng điện, trừ khi được trợ cấp. Cuối cùng, tổn thất chuyển đổi như vậy là vô ích về mặt năng lượng và hành động lãng phí như vậy - thiếu từ khóa - là không hợp lý. Tất nhiên, pin phải được sản xuất và cuối cùng bị loại bỏ sau khi giảm hiệu suất nhất định. Đây là một bất lợi, nhưng nó sẽ giảm dần khi công nghệ pin phát triển hơn nữa, trong đó sẽ ngày càng ít đất hiếm được sử dụng hơn trong tương lai. Điều tương tự hiện cũng áp dụng cho giao thông xe tải và đường sắt ở các khu vực không có điện khí hóa. Chỉ khi phải đi những quãng đường thực sự dài mà không có khả năng sạc thì hydro mới thực sự hoạt động.
Điểm 5: lưu lượng tàu. Đây chính xác là điểm cuối cùng được áp dụng, bởi vì phải đi những quãng đường dài, đặc biệt là trên biển, và một con tàu chạy bằng pin sẽ nhanh chóng gặp vấn đề về trọng lượng thường mâu thuẫn với khái niệm nổi của Archimedes. Bởi vì cuối cùng, bạn muốn vận chuyển nhiều thứ hơn bản thân con tàu.Trong bối cảnh đó, hydro hoặc amoniac, cả hai đều có pin nhiên liệu, sau đó tạo ra năng lượng điện, sẽ ra đời.
Tất nhiên, sự hỗ trợ được cung cấp bởi các cánh buồm vẫn rất thú vị cho việc vận chuyển. Điều này cũng có thể trông rất khác so với những gì người ta thường nghĩ: Ví dụ, có một cánh buồm xoay, một cột xoay khổng lồ đứng trên con tàu theo một cách hơi kỳ lạ và sử dụng hiệu ứng Magnus. Không khí được tăng tốc ở một bên của hình trụ và giảm tốc độ ở bên kia. Điều này tạo ra một lực từ sự tương tác của áp suất âm và dương, rất giống với cánh máy bay.
Điểm 6: không lưu. Sự kết hợp giữa hydro, pin nhiên liệu và động cơ điện yên tĩnh là một ý tưởng thú vị cho các tuyến đường ngắn và có lẽ cả quãng đường trung bình, và nhiều công ty đang nghiên cứu các ý tưởng như vậy. Tuy nhiên, ở tầm xa, mật độ năng lượng của hydro thấp hơn nhiều so với dầu hỏa hóa thạch sẽ đòi hỏi những thùng nhiên liệu máy bay khổng lồ không tưởng. Nhiên liệu tổng hợp hiện đang là trọng tâm của các cân nhắc trong ứng dụng này. Tuy nhiên, chúng rất đắt tiền và tốt nhất có thể làm giảm tác hại của biến đổi khí hậu xuống một phần ba ít ỏi so với hiện nay.
FOCUS online Earth - thương hiệu khí hậu của chúng tôi
-
Biến đổi khí hậu là nhiệm vụ của thế kỷ đối với nhân loại. FOCUS online Trái đất cho thấy biến đổi khí hậu đã ảnh hưởng đến chúng ta ngày nay như thế nào - và có những ý tưởng nào để xoay chuyển tình thế. Tất cả các bài viết về Trái đất trực tuyến của FOCUS có thể được tìm thấy tại đây .
Từ cuối "cơn thịnh nộ môi trường"
Chia sẻ:
