Mỗi khi bạn bơm xăng vào ô tô của mình, bạn đang hơi cạn kiệt nguồn cung cấp nhiên liệu hóa thạch của thế giới . Những nhiên liệu này, bao gồm dầu mỏ và than đá , là những phần còn lại cô đọng của các sinh vật sống từ thời tiền sử. Nguồn cung cấp các loại nhiên liệu này bị hạn chế và cuối cùng sẽ cạn kiệt. Tệ hơn nữa, phần lớn nguồn cung cấp xăng dầu này được kiểm soát bởi một số quốc gia có nguồn dầu dồi dào và các quốc gia này có thể quyết định cả nguồn cung và giá của nó. Hơn nữa, sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch của một quốc gia như Hoa Kỳ càng làm phức tạp thêm các vấn đề vốn đã phức tạp về quan hệ đối ngoại và an ninh quốc gia. Nhiên liệu hóa thạch đã đáp ứng phần lớn nhu cầu năng lượng của thế giới trong vài thế kỷ, nhưng có giới hạn về thời gian chúng có thể tiếp tục như vậy trong tương lai.
Vũ trụ chúng ta đang sống được tạo thành từ khoảng 75% hydro, mặc dù có rất ít hydro tinh khiết đáng ngạc nhiên ở đây trên bề mặt Trái đất. Khí hydro thường tồn tại dưới dạng H 2 phân tử, trong đó hai nguyên tử hydro liên kết với nhau. Vì H 2 các phân tử rất nhẹ, khí hydro không bị phân hủy có thể dễ dàng bay lên đỉnh bầu khí quyển của Trái đất và thực sự có thể thoát ra ngoài không gian. Hầu hết hydro ở mặt đất liên kết ở dạng phân tử với các nguyên tố khác - ví dụ như trong nước, nơi hydro kết hợp với oxy để tạo thành H 2 Hỡi các phân tử.
Có một số phương pháp có thể được sử dụng để sản xuất hydro tinh khiết từ các phân tử chứa hydro. Hydro có thể được chiết xuất từ khí tự nhiên (cho đến nay là phương pháp phổ biến nhất), nó có thể được loại bỏ khỏi nước thông qua điện phân hoặc nó có thể được sản xuất sinh học từ tảo hoặc một số loại vi khuẩn. Một số phương pháp sản xuất hydro có triển vọng hơn vẫn đang được nghiên cứu, trong khi những phương pháp khác, chẳng hạn như khai thác từ khí tự nhiên, đang được sử dụng phổ biến.
Năm 1970, nhà hóa học John Bockris đã đặt ra thuật ngữ nền kinh tế hydro đề cập đến một tương lai trong đó tất cả các phương tiện sẽ sử dụng hydro làm nhiên liệu. Một bước quan trọng theo hướng này là sự phát triển của một thiết bị được gọi là pin nhiên liệu , tạo ra điện bằng cách sử dụng hydro. Các nhà sản xuất ô tô lớn đã sản xuất các mẫu xe ý tưởng chạy bằng pin nhiên liệu, Volkswagen Tiguan HyMotion và Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV là hai ví dụ, và ít nhất một mô hình sản xuất pin nhiên liệu hydro đã có sẵn ở California, Honda FCX Clarity.
Nội dung
Một trong những lợi ích quan trọng nhất của nền kinh tế hydro là pin nhiên liệu không gây ô nhiễm. Không có khí thải carbon được tạo ra khi điện được tạo ra trong pin nhiên liệu. Một pin nhiên liệu hydro tạo ra hai sản phẩm phụ - nhiệt và nước. Nếu mọi phương tiện trên đường đều chạy bằng pin nhiên liệu hydro, thì những đám mây khói quen thuộc bao trùm nhiều thành phố của Hoa Kỳ, phần lớn là do khí thải xe cộ, sẽ biến mất phần lớn. Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường, một nửa số người Mỹ sống ở những khu vực có đủ ô nhiễm để tạo ra ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người, vì vậy việc giảm thiểu khói bụi sẽ là một lợi ích đáng kể.
Động cơ đốt trong, đốt cháy nhiên liệu có nguồn gốc từ nguyên tố cacbon , tạo ra một số sản phẩm phụ, chủ yếu là carbon dioxide , nước , và các hạt vật chất nhỏ mà chúng ta gọi là bồ hóng . Muội bay vào không khí mà con người hít thở có thể gây ra bệnh hen suyễn, ung thư phổi và các bệnh khác. Ngoài ra, hầu hết các nhà khoa học tin rằng lượng carbon dioxide tăng lên trong khí quyển góp phần vào sự nóng lên toàn cầu, cuối cùng có thể gây ra những thay đổi khí hậu có hại cho phần lớn hành tinh của chúng ta.
Chuyển đổi từ động cơ đốt trong sang các nguồn nhiên liệu không gây ô nhiễm như hydro sẽ rất quan trọng để giảm những vấn đề này trong 21 st thế kỷ. Nhưng với hơn 130 triệu phương tiện chạy bằng xăng trên đường hiện nay, không có khả năng rằng ô tô chạy bằng pin nhiên liệu sẽ tạo ra đủ sự khác biệt trong tương lai gần để tạo ra những cải thiện đáng kể về môi trường. Người ta ước tính rằng những chiếc ô tô chạy pin nhiên liệu đời đầu sẽ có giá ít nhất là 100.000 đô la, điều này sẽ khiến chúng nằm ngoài tầm với của những người lái xe bình thường. Một điểm cần làm nữa là cơ sở hạ tầng cần thiết để biến những chiếc xe này trở nên thực tế, bao gồm các nhà máy sản xuất hydro và trạm tiếp nhiên liệu, vẫn chưa có sẵn. Một số nhà quan sát cho rằng, trong ngắn hạn, những thay đổi về môi trường sẽ xảy ra thông qua việc sử dụng kết hợp ô tô chạy bằng hydro và các loại phương tiện khác, bao gồm ô tô điện chạy bằng pin và ô tô sử dụng các dạng nhiên liệu thay thế khác.
Tình trạng ô nhiễm khí quyển hiện tại sẽ không sớm biến mất. Bồ hóng lắng ra khỏi bầu khí quyển trong vài tuần hoặc vài tháng, nhưng carbon dioxide vẫn tồn tại trong một thời gian dài hơn đáng kể. Ngay cả khi tất cả các nguồn phát thải carbon ngày nay đã được loại bỏ, vẫn có thể mất nhiều thập kỷ để mức carbon trong khí quyển trở lại bình thường. Hơn nữa, ô tô chỉ là một nguồn thải carbon. Những nhà máy khác, chẳng hạn như các nhà máy điện đốt than, cũng sẽ phải cắt giảm đáng kể để ngăn chặn sự nóng lên toàn cầu.
Hiệu quả HydrogenMột ưu điểm chính khác của pin nhiên liệu hydro là tính hiệu quả của nó. Động cơ đốt trong sử dụng ít hơn 20% năng lượng hóa học trong xăng, khiến nó trở thành một quá trình tương đối kém hiệu quả. Ngược lại, pin nhiên liệu hiệu quả hơn đáng kể, sử dụng khoảng 60% năng lượng có sẵn trong hydro.
Hơn một nửa lượng dầu được sử dụng ở Hoa Kỳ được nhập khẩu từ các nước khác. Điều này có tác động đáng kể đến nền kinh tế của Hoa Kỳ Hai phần ba lượng dầu nhập khẩu này được sử dụng cho giao thông vận tải. Do có quá nhiều dầu đến từ bên ngoài Hoa Kỳ, nên những thay đổi về giá cả và nguồn cung phần lớn nằm ngoài tầm kiểm soát của chúng tôi. Phần lớn dầu đến từ các khu vực bất ổn về chính trị ở Trung Đông. Nỗ lực giải phóng Hoa Kỳ khỏi sự phụ thuộc vào dầu mỏ Trung Đông có từ những năm 1970; tuy nhiên, lượng dầu nhập khẩu đã thực sự tăng lên kể từ đó. Ngoài ra, mối quan tâm về sự phụ thuộc vào dầu mỏ của Hoa Kỳ càng gia tăng sau sự kiện khủng bố ngày 11 tháng 9 năm 2001.
Một vấn đề khác đối với sự phụ thuộc của chúng ta vào dầu mỏ là giá dầu tăng có ảnh hưởng đến toàn bộ nền kinh tế Hoa Kỳ, làm tăng giá của hầu hết mọi sản phẩm sử dụng dầu trong sản xuất hoặc yêu cầu dầu tiếp cận thị trường. Giá dầu đã tăng mạnh trong những năm gần đây, với giá xăng và nhiên liệu diesel dao động trong khoảng $ 4 đến $ 5 mỗi gallon trong suốt năm 2008.
Hydro sẽ rẻ hơn xăng? Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ước tính rằng pin nhiên liệu thế hệ hiện tại sản xuất điện với mức giá khoảng $ 225 cho mỗi kilowatt. Thật không may, giá sẽ cần phải giảm xuống khoảng 30 đô la cho mỗi kilowatt trước khi hydro cạnh tranh với xăng làm nhiên liệu; tuy nhiên, Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia dự đoán rằng chi phí của bản thân hydro, được đo trên cơ sở mỗi dặm, có thể sớm thấp hơn 50% so với giá xăng hiện tại. Rõ ràng, lợi thế này sẽ tiếp tục tăng đều khi giá xăng đi lên. Hiệu suất mà hydro được chuyển đổi thành điện cũng mang lại cho nó một lợi thế đáng kể.
Xe chạy bằng hydro có thể giúp phá bỏ cơn nghiện dầu của chúng ta không? Các phương tiện chạy bằng hydro sẽ giúp giảm bớt sự phụ thuộc này, nhưng có lẽ phải hàng thập kỷ nữa mới có đủ phương tiện chạy bằng hydro được sử dụng hàng ngày để tạo ra sự khác biệt đáng kể cho nhập khẩu dầu. Tuy nhiên, về lâu dài, tác động của ô tô chạy bằng hydro có thể rất lớn.
Ô tô chạy bằng khí hydro không chỉ là ô tô của tương lai - một số loại xe chạy bằng pin nhiên liệu (hoặc FCV) hiện đang trên đường:
Nếu nền kinh tế hydro sẽ mang lại cho Hoa Kỳ một tương lai không bị ô nhiễm và phụ thuộc vào dầu nước ngoài, thì nền kinh tế này phải bền vững. Đó là, nó phải có khả năng theo kịp với sự gia tăng dân số, tăng cường sử dụng công nghệ tiêu tốn nhiều năng lượng, những thay đổi trong chính trị và những thay đổi trong thái độ của mọi người đối với môi trường và đối với phúc lợi của các thế hệ tương lai. Người ta ước tính rằng nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050. Không có khả năng nguồn cung cấp nhiên liệu hóa thạch đang giảm nhanh chóng có thể theo kịp nhu cầu này, vì vậy các nguồn năng lượng mới sẽ rất quan trọng.
Một trong những trở ngại chính đối với nền kinh tế hydro bền vững là các phương pháp hiện đang được sử dụng để chiết xuất hydro từ các phân tử lớn hơn dựa vào điện - và điện được tạo ra phần lớn bằng các phương pháp gây ô nhiễm. Nếu quá trình khai thác hydro được thực hiện bằng cách sử dụng điện từ một nhà máy điện chạy bằng than, thì pin nhiên liệu không gây ô nhiễm vì ô nhiễm đã xảy ra khi hydro được khai thác. Nếu hydro là một nguồn năng lượng không ô nhiễm thực sự, thì điện được sử dụng để chiết xuất hydro sẽ cần được sản xuất bằng phương pháp không ô nhiễm như năng lượng mặt trời. Hiện tại, điều này thường không xảy ra, vì vậy, một nền kinh tế hydro thực sự bền vững sẽ đòi hỏi những thay đổi đáng kể trong quá trình sản xuất điện.
Lưu trữ cũng là một vấn đề. Nhiên liệu hydro được lưu trữ ở dạng lỏng nén và theo thời gian, một phần trong số đó thoát ra ngoài qua quá trình bay hơi. Nếu một chiếc ô tô chạy bằng hydro không được lái một cách thường xuyên, tổn thất do bay hơi sẽ làm tăng đáng kể chi phí nhiên liệu tổng thể. Và việc nén hydro lỏng đến một thể tích có thể chở được trong ô tô cũng cần rất nhiều năng lượng và năng lượng đó có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các phương pháp gây ô nhiễm.
Một số chuyên gia tin rằng những cải tiến trong sản xuất và lưu trữ hydro sẽ dẫn đến nền kinh tế hydro bền vững trong 15 đến 30 năm. Tuy nhiên, ý tưởng về nền kinh tế hydro có những đối thủ của nó, nhiều người tin rằng một nền kinh tế như vậy không bao giờ có thể bền vững và các nguồn lực của chúng ta sẽ được sử dụng tốt hơn khi khám phá các hình thức sản xuất điện khác. Có thể mất nhiều năm trước khi người ta rõ ràng liệu hydro có thực sự là nhiên liệu của tương lai hay không.
Các bài viết liên quan về HowStuffWorks
Các liên kết tuyệt vời khác
Nguồn
Các loại động cơ ô tô khác nhau là gì
Lợi ích của việc lái xe ô tô điện là gì?
Tiêu chuẩn khí thải Euro 6 là gì?
Các lỗi ô tô phổ biến nhất là gì?