Väte representerar ett lovande alternativ för kraftfull och ren energi.

Forskare och ingenjörer över hela landet firar National Hydrogen and Fuel Cell Day varje 8 oktober, ett datum som är lämpligt valt för vätets atomvikt (1,008).

Vätebränsle kommer att spela en roll för att främja en renare miljö och för att minska användningen av fossila bränslen i många industrier. Till exempel är vätebränsleceller tilltalande som alternativa kraftkällor för fordon, byggnader och andra tillämpningar på grund av deras snabba tankningstid, höga effektivitet, höga energitätheter och brist på skadliga utsläpp eller biprodukter.

Men innan väte kan nå sin fulla potential måste det vara billigare och lättare att producera.

Forskare vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Argonne National Laboratory arbetar för att förbättra prestanda och sänka kostnaderna för väte- och bränslecellsteknik, med forsknings- och utvecklingslösningar från atomär till kommersiell skala.

Som en del av det nationella firandet svarar de på vanliga frågor kring väte som energibärare.

Var kommer väte ifrån?

Väte är det enklaste kemiska grundämnet, som består av bara en proton och en elektron. Det är också det vanligaste grundämnet i universum, som utgör cirka 75 % av all normal materia. Vätemolekylen (två väteatomer tillsammans) innehåller en betydande mängd energi.

Stora mängder väte finns i vatten och levande varelser, men vätemolekyler uppstår vanligtvis inte av sig själva på jorden. Här måste väte vanligtvis framställas av andra ämnen som innehåller det. Forskare använder för närvarande en mängd olika metoder för detta. En huvudsaklig nuvarande strategi för att producera väte utan användning av fossila bränslen är att dela vatten med hjälp av kärnenergi eller förnybara energikällor, såsom vind-, sol-, geotermisk och vattenkraft.

Forskare utvecklar också mer effektiva processer för att stödja framtida produktion av vätebränsle. Ett potentiellt tillvägagångssätt är att producera väte från biomassa, som bakterier och alger, genom att utnyttja och efterlikna biologiska processer som fotosyntes.

Vad är en vätebränslecell?

Vätebränsleceller omvandlar den kemiska energin som lagras i väte och syrgas till elektricitet. Till skillnad från bensindrivna förbränningsmotorer finns det ingen koldioxid eller andra skadliga utsläpp. Det enda avloppet är värme och vatten. Och till skillnad från batterier kräver bränsleceller inte långvarig laddning.

Inuti cellen delas vätemolekyler i protoner och elektroner. Elektronerna strömmar genom en krets och skapar en tillgång på användbar elektricitet. Samtidigt kombineras protonerna med elektroner och syremolekyler från den omgivande luften för att producera vatten och värme, de enda utsläppen.

Hur kan vätebränsleceller användas?

Teknik för vätgasbränsle skulle kunna användas inom många sektorer av ekonomin. Vätgasbränsleceller kan ge kraft för transporter, bygga infrastruktur, energilagring för nätet och mer.

Till exempel kan bostäder och kommersiella byggnader använda vätgas som reservkraft. Fordon drivs redan av vätebränsleceller, och denna teknik kommer att bli mer populär i takt med att tekniken förbättras. Det gäller inte bara bilar, utan även bussar, tåg, fartyg, flygplan samt terräng- och andra tunga fordon. Återförsäljningsstationer över hela landet kan säkert lagra och distribuera väte inom en snar framtid.

Vilka är hindren för storskalig implementering av vätgas?

Vätgas är en lovande väg för storskalig ren energi, men att producera tillförlitligt, prisvärt och säkert väte innebär vissa utmaningar.

Till exempel kräver ren väteproduktion ofta katalysatorer, som är ämnen som ökar hastigheten för kemiska reaktioner. Många av dessa katalysatorer använder bristfälliga material, såsom platina och iridium. Det ligger för närvarande tonvikt på att utveckla metoder som kommer att minska behovet av katalysatorer som innehåller dessa och andra dyra och kritiska material.

Att bygga en nationell infrastruktur för leverans av vätgas är också en stor utmaning. Städer, motorvägar, flygplatser med mera kommer att kräva betydande infrastrukturförändringar för att rymma vätgaslagring, transport och tankning.

Hållbarhet och prestanda innebär också utmaningar, både för produktion av väte från vatten och för användning av väte i bränsleceller. Under realistiska driftsförhållanden måste bränsleceller bibehålla prestanda under långa tidsperioder (över en miljon mil för långdistanslastbilar) under alla möjliga förhållanden.

Argonne-forskare tar sig an dessa utmaningar från många vinklar och utnyttjar anläggningar och expertis i världsklass för att främja vätevetenskapen och påskynda forskning och utveckling av bränsleceller.

Deras forskning gör bränsleceller mer överkomliga och hållbara; förbättra effektiviteten, hållbarheten och kostnaderna för bränslecellsfordon; kvantifiera koldioxidavtrycket för olika metoder för produktion och användning av väte; och sänka kostnaden för väte som produceras av det mest förekommande och kolfria ämnet på jorden – vatten. + Utforska vidare

Toyota arbetar med ett amerikanskt labb för att bygga en bränslecellsgenerator