Väte är det första grundämnet i det periodiska systemet. I sin rena form är väte ett ljus, färglös gas, men bildar en vätska vid mycket låga temperaturer.

Har du någonsin sett en rymdfärja lanseras? Bränslet som används för att driva bort dessa enorma strukturer från jordens gravitationskraft är väte.

Väte har också potential som en energikälla för våra dagliga aktiviteter – bilkörning, värma upp våra hus, och kanske mer.

Denna månad inledde den federala koalitionsregeringen ett offentligt samråd om en nationell vätestrategi. Arbetet har också lovat att avsätta medel för att utveckla rent väte. COAG:s energiministers möte i december 2018 indikerade starkt stöd för en väteekonomi.

Men är Australien redo att utforska detta konkurrenskraftiga, koldioxidsnålt energialternativ för bostäder, kommersiell, industri- och transportsektorer?

Det finns två nyckelaspekter för att bedöma vår beredskap för en väteekonomi – tekniska framsteg (kan vi faktiskt göra det?) och samhällelig acceptans (kommer vi att använda det?).

Är tekniken tillräckligt mogen?

Vätgasekonomicykeln består av tre nyckelsteg:

• väteproduktion
• vätgaslagring och leverans
• väteförbrukning – omvandling av vätgas kemiska energi till andra energiformer.

Vätgasproduktion

För att väte ska bli ett stort framtida bränsle, vattenelektrolys är sannolikt den bästa produktionsmetoden. I denna process, elektricitet används för att dela vattenmolekyler i väte (H₂) och syre (O₂).

Denna teknik blir kommersiellt genomförbar när el produceras till relativt låga kostnader av förnybara källor som sol och vind. Kostnaderna kan sjunka ytterligare inom en snar framtid när produktionstekniken blir mer effektiv.

Vätgaslagring och leverans

Effektiv lagring och leverans är avgörande för säker och effektiv hantering av stora mängder väte.

Eftersom det är väldigt lätt, väte har konventionellt komprimerats vid högt tryck, eller flytande och lagrad vid en extremt låg temperatur på -253 ℃. Att ta dessa steg kräver en extra energiinvestering, så effektiviteten sjunker med upp till 40 %. Men nuvarande lagring och leverans av väte vilar fortfarande på dessa två teknologier – komprimering och kondensering – eftersom de är bevisade och stöds av väletablerad infrastruktur och erfarenhet.

Ett annat alternativ som undersöks (men behöver vidareutvecklas) är att kombinera väte med andra grundämnen, och släpp den sedan när den behövs för användning.

För närvarande, de flesta vätebränslecellsbilar använder kolfiberförstärkta tankar för att lagra högkomprimerad vätgas. Kostnaden för stridsvagnar kommer att behöva sänkas för att göra detta alternativ mer ekonomiskt (för närvarande över några tusen dollar per enhet).

Använda väte som bränsle

Det finns två huvudsakliga sätt att omvandla den kemiska energin i väte till användbar energi (elektrisk energi eller värmeenergi). Båda dessa tillvägagångssätt producerar vatten som biprodukt.

Ett primitivt och enkelt sätt att använda väte är att bränna det för att generera värme - precis som du använder naturgas för matlagning och uppvärmning i ditt hem.

Ett försök planerat för södra Australien syftar till att generera väte med förnybar el, och sedan injicera det i det lokala gasdistributionsnätet. Detta sätt att "blanda" gaser kan undvika kostnaderna för att bygga dyr leveransinfrastruktur, men kommer att ådra sig utgifter i samband med ändringar av befintliga rörledningar. Omfattande studier och testning av denna aktivitet krävs.

När den används i vätebränsleceller, energi produceras när väte reagerar med syre. Detta är den teknik som används av NASA och andra operatörer vid rymduppdrag, och av biltillverkare i vätgasbränslecellsbilar. Det är den mest avancerade metoden för väteanvändning för närvarande.

Det fungerar, men kommer vi att acceptera det?

Säkerhetsaspekter

Som bränsle, väte har vissa egenskaper som gör det säkrare att använda än de bränslen som är vanligare idag, som diesel och bensin.

Väte är giftfritt. Det är också mycket lättare än luft, möjliggör snabb spridning vid läckage. Detta står i kontrast till ansamlingen av brandfarliga gaser vid diesel- och bensinläckor, som kan orsaka explosioner.

Dock, väte brinner lätt i luften, och antänds lättare än bensin eller naturgas. Det är därför vätgasbilar har så robusta kolfibertankar – för att förhindra läckage.

När väte används i kommersiella miljöer som bränsle, strikta regler och effektiva åtgärder har införts för att förhindra och upptäcka läckor, och för att ventilera väte. Hushållstillämpningar av vätebränsle skulle också behöva ta itu med denna fråga.

Påverkan på miljön

Ur ett miljöperspektiv, den ideala cykeln i en väteekonomi innebär:

• väteproduktion genom att använda elektrolys för att klyva vatten
• väteförbrukning genom att reagera med syre i en bränslecell, producera vatten som en biprodukt.

Om elektriciteten för elektrolys genereras från förnybara källor, Hela denna värdekedja har minimal miljöpåverkan och är hållbar.

Närmar oss en väteekonomi

Cheap electricity from renewable energy resources is the key in making large-scale hydrogen production via electrolysis a reality in Australia. Internationally it's already clear – for example, in Germany and Texas – that renewable hydrogen is cost competitive in niche applications, although not yet for industrial-scale supply.

Techniques for storage and delivery need to be improved in terms of cost and efficiency, and manufacturing of hydrogen fuel cells requires advancement.

Hydrogen is a desirable source of energy, since it can be produced in large quantities and stored for a long time without loss of capacity. Because it's so light, it's an economical way to transport energy produced by renewables over large distances (including across oceans).

Underpinned by advanced technologies, with strong support by governments, and commitment from many multinational energy and automobile companies, hydrogen fuel links renewable energy with end-users in a clean and sustainable way.

Let's see if hydrogen takes off.

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Läs originalartikeln.