På senare år har förnybar energi har ökat i USA. Fortfarande, den överväldigande majoriteten av vår energi kommer från fossila bränslen. Och, förnybar energi måste övervinna betydande begränsningar och hinder för att bidra med en större del av vår övergripande energilösning. Vätgasbränsleceller kan vara nyckeln till vår hållbara energiframtid.

Termen "cell" när den hänför sig till energi är förknippad med batterier, men en bränslecell är mer som en förbränningsmotor. Det beror på att medan ett batteri lagrar energi, högeffektiva vätebränsleceller genererar kraft med hjälp av en kemisk reaktion med omvänd elektrolys. Och, de är miljövänliga – producerar bara el, vatten och värme.

Så hur kommer det sig att de för närvarande inte används överallt? Trots allt, bränsleceller har använts i NASAs rymdfärjor sedan 1960-talet. Verkligen, Tekniken har förbättrats med stormsteg sedan dess. Tyvärr, som med förnybar energi, världen är fortfarande inte helt redo. Dock, Docent Jeongmin Ahn vid College of Engineering and Computer Science säger att landskapet förändras snabbt och att bränsleceller snart kan dyka upp som ett gångbart alternativ i många tillämpningar.

"Med tanke på de verkliga hinder som implementeringen av bränsleceller brukade möta, tidigare politiska beslut i USA gynnade starkt förnybar energi och batteridrivna elfordon, " säger Ahn. "Men idag, saker och ting har förändrats på ett sätt som gör en utbredd användning av bränsleceller mycket mer genomförbar."

De som prioriterar andra energilösningar framför bränsleceller har traditionellt pekat på några nyckelproblem:väteproduktion är dyrt, väte är svårt att lagra – särskilt på ett fordon, och det finns lite befintlig infrastruktur. Enligt Ahn, dessa vanliga invändningar håller inte som de en gång gjorde.

Utmaning #1:Bränsleceller och väte är för dyra

Det har varit historiskt dyrt att producera väte, men en ökning av amerikansk naturgasproduktion (en betydande källa till väte) har gjort det billigare än någonsin tidigare. Dessutom, väte kan framställas genom att bryta ner vatten genom elektrolys. Viktigast, den har nått en punkt där den kostar mindre än bensinproduktion. Forskare har också upptäckt sätt att använda billigare material vid tillverkning av bränsleceller. Åtminstone när det kommer till kostnad, vätebränsleceller kan äntligen konkurrera.

Utmaning #2:Det är svårt att lagra väte

Lagringen av väte är utmanande eftersom det är en gas. Att innehålla det kan ta mycket utrymme och kräva tjocka, tunga tankar. Detta är särskilt ett problem för vätgasdrivna fordon. Lyckligtvis, denna speciella utmaning verkar nästan helt ha övervunnits. Många bilföretag har framgångsrikt skapat ett system för kommersiella fordon som transporterar väte som ammoniak – omvandlar det tillbaka till vätgas för att driva den kemiska reaktionen. Toyota har använt denna teknik i deras bränslecellsdrivna Mirai, som för närvarande är på väg i USA, Japan och Europa, numrerar fler än 6, 000.

Utmaning #3:Världen är byggd för fossila bränslen, inte väte

Om du kör en bensindriven bil som de flesta andra, du tänker förmodligen aldrig på att få slut på bränsle. När din mätare visar att tanken är låg, det finns en bensinstation på varje hörn. Om du kör en vätgasdriven bil, du måste vara noga medveten om närmaste vätgasstation.

Det är sant att vi inte har en robust väteinfrastruktur, men i de flesta utvecklade länder har vi naturgas- och vatteninfrastruktur. Båda skulle kunna utnyttjas som en källa för att generera väte till en kostnad som är jämförbar eller lägre än genereringen av bensin. Du skulle inte behöva traktorsläp för att leverera den, det kan genereras på plats.

Implementeringen av bränsleceller är mycket mer realistisk än någonsin. Inte bara det, på många håll har de blivit verklighet. Förutom Toyotas framgångar med Mirai, Honda och Hyundai är redo att konkurrera i vätgasbränslecellsindustrin. Företag som Google, Verizon och AT&T använder stationär Bloom Energy-bränslecellsteknik för att driva sina anläggningar. Och, världens första bränslecellståg är i drift i Tyskland från och med den senaste september. Innovatörer hittar också sätt att kombinera bränslecellsteknik med förnybara energikällor för att föra båda lösningarna framåt. Detta är bara några av de många platser där praktisk bränslecellsteknik håller på att växa fram.

Branschen är inte det enda området där människor har blivit tända på idén. Den senaste augusti, US Department of Energy bröt från traditionen och finansierade 38 miljoner dollar i nya projekt som stöder väte- och bränslecellsteknologier – långt ifrån deras ståndpunkt för bara några år sedan. De uppskattar att så många som 40, 000 vätebränslecellsfordon kommer att finnas på amerikanska vägar år 2023.

"Det tar tid, men mer och mer, människor är öppna för att använda alternativ, mer miljövänliga energilösningar, " säger Ahn. "Inget enskilt hållbart alternativ kan vara dominerande när som helst snart, så vi måste använda allt som står till vårt förfogande för att minska användningen av fossila bränslen. Att vidta åtgärder som att ersätta förbränningsmotorer med bränslecellsteknik skulle räcka långt för att minska utsläppen och lösa en rad energiproblem. Framtiden för vätebränsleceller är ljus."