Įsivaizduokite, jei šiandien visi važinėtume tik vandeniliu varomais automobiliais. Dabar visi pokalbiai apie revoliuciją energetikoje sukasi aplink kitus degalus, bet jei šiuolaikinė “vandenilio revoliucija” įvyktų jau anksčiau, šiandien benzinas būtų laikomas stebuklingu kuru. Turint omeny, kaip būtų vertinama galimybė sutaupyti energijos ir pinigų, benzinas galėtų atrodyti tikra ateities technologija.
Kaip energija persikelia iš kuro į variklį
Tam, kad suvoktume alternatyvų efektyvumą, pravartu pažvelgti į realius duomenis. 2000-aisiais automobilių sunaudojamo benzino kiekis siekė apie 8,47 mln. barelių per dieną. Viename barelyje benzino yra maždaug 5,15 milijono britiškų šiluminių vienetų (BTU) energijos. Jei visa tai paverstume į plačiai naudojamus “kvadrus” (trilijonus BTU), bendra per metus degalams sunaudota energija sudarytų apie 16 kvadų.
Vandenilio gavybos procesas ir energetinės išlaidos
Norint atlikti tą patį darbą automobiliu, varomu vandeniliu, šį elementą pirma reikia išskirti iš junginių. Gamtoje vandenilio atomai beveik niekada neaptinkami laisva forma – jie visuomet susijungę su kitais elementais, todėl gryno vandenilio gavyba reikalauja pramoninių procesų.
Populiariausias būdas – elektrolizė, kai vanduo veikiamas elektra suskaidomas į deguonį ir vandenilį. Tam, kad būtų išgautas 1 kilogramas vandenilio, reikia įdėti 39,4 kilovatvalandės energijos, tačiau dėl to, kad elektrolizės efektyvumas sudaro tik apie 70 proc., iš tikrųjų prireikia net 56,3 kilovatvalandės.
Energijos šaltiniai ir papildomi nuostoliai
Visa ši energija turi būti iš kažkur gaunama. Daugelyje šalių vis dar gausu anglių, tačiau anglimis kūrenamos elektrinės veikia vos 40 proc. efektyvumu. Todėl, norint gauti reikalingą 56,3 kilovatvalandės elektros 1 kilogramui vandenilio, iš viso reikės 140,8 kilovatvalandės energijos iš anglies.
Automobilio kuro elementų naudingumo koeficientas
Apskaičiuokime, kiek energijos automobilyje iš tikrųjų atiduodama ratams. Teoriškai kiekvienas kilogramas vandenilio kuro elemente sukurtų 33,4 kilovatvalandės naudingos energijos. Tačiau tikrovėje kuro elementų efektyvumas siekia apie 70 proc., todėl realiai gauname 23,3 kilovatvalandės.
Taip pat reikia atsižvelgti į papildomas energijos sąnaudas vandeniliui suspausti, nes dujinės būsenos vandenilis užima labai daug vietos. Norint pagaminti degalų, tinkančių naudoti automobiliuose, vandenilį tenka spausti iki 4000 psi (ir daugiau), tam sunaudojant dar daugiau energijos – galutinis naudingos energijos kiekis sumažėja iki maždaug 17,4 kilovatvalandės iš kilogramo vandenilio.
Bendra energetinė grąža ir efektyvumas
Apibendrinant, iš pradinių 140,8 kilovatvalandės energijos, išgaunamos iš anglies, kuro elementas automobilyje pateikia tik 17,4 kilovatvalandės. Tokiu atveju bendras energijos panaudojimo efektyvumas tesiekia apie 12 proc.
Palyginimas su tradiciniais degalais
Atsižvelgiant į visą šių procesų grandinę, tam pačiam atstumui suvažinėti vandenilio automobiliams per metus reikėtų apie 32 kvadų pirminės energijos – tai yra dvigubai daugiau nei tuo pačiu laikotarpiu buvo suvartota benzinu varomų automobilių. Toks milžiniškas poreikis reikštų, kad energijos būtų sunaudojama gerokai daugiau, o anglies dvideginio išmetimas, jei vandenilis būtų gaminamas iš anglies, išaugtų beveik 2,7 karto.
Žaliosios alternatyvos ir jų ribotumai
Net jei vandenilį gaminsime ne vien iš anglies, o iš įvairių šaltinių – natūralių dujų, saulės, vėjo ar hidroenergijos, tai turės reikšmingų ribojimų. Pavyzdžiui, hidroenergija – švariausias dabartinis elektros šaltinis – jei visi automobiliai naudotų tik vandenilį, jos poreikis padidėtų 15 kartų. Atsižvelgiant į tai, kad dabar siekiama sumažinti užtvankų skaičių, plėtra vargiai įmanoma.
Saulės elementų gamyba kol kas taip pat nėra efektyvi – jų pagaminti reikia tiek energijos, kad ją “atpirkti” prireikia apie aštuonerių metų. Vėjo energetika susiduria su neprognozuojamumu, nes vėjas nėra pastovus šaltinis, tad šios technologijos negali užtikrinti stabilių vandenilio gamybos apimčių.
Vandenilio gamyba iš gamtinių dujų ir kiti iššūkiai
Dabar pasaulyje didžiausia dalis vandenilio gaunama ne iš elektros energijos, o naudojant gamtines dujas. Šis procesas, vadinamas “gariniu reformavimu”, yra dar neefektyvesnis – jo naudingumo koeficientas siekia apie 30 proc. Kitaip tariant, gamtinių dujų būtų sunaudojama net daugiau nei tuo atveju, jei jas tiesiog naudotume elektros gamyboje. Norint pakeisti visą benzino poreikį vandeniliu, pagamintu iš gamtinių dujų, pasaulinis jų vartojimas išaugtų apie du trečdalius. Be to, didėtų ir anglies dvideginio tarša.
Ateities perspektyvos ir esminis klausimas
Galiausiai lieka tik branduolinė energija, kurios potencialas galėtų padengti reikiamas apimtis, tačiau platesnė diskusija apie branduolinį kurą visuomenėje neretai vertinama prieštaringai.
Nors kai kurios automobilių bendrovės apie vandenilio perspektyvas kalba jau dešimtis metų, pagrindinis klausimas vis tiek lieka: iš kur bus gaunamas toks milžiniškas kiekis energijos? Kol kas aiškių atsakymų į šį klausimą nėra.
Automobilių entuziastas ir technikos žinovas, rašantis apie įvairias transporto sritis: nuo naujausių automobilių apžvalgų ir charakteristikų iki motociklų bei vairavimo mokyklų rekomendacijų. Jo tekstuose gausu praktinių patarimų, techninių įžvalgų bei naujienų iš automobilių pramonės. Ypač domisi variklių technologijomis, autoservisų paslaugomis ir automobilių priežiūra, siekdamas padėti skaitytojams priimti geriausius sprendimus.
