De waterstofbrandstof die NASA-raketten de ruimte in lanceert en via brandstofcellen elektriciteit levert, produceert slechts één afvalproduct:water dat zo zuiver is dat de astronautenbemanning het kan drinken.

Hier op aarde, de eerste auto's op waterstofbrandstofcellen kwamen in 2015 op de markt schonere lucht en een gezondere planeet belooft. Maar als je er nog een op de weg moet zien, je bent niet alleen. Er zijn er minder dan 7, 000 in de VS Dus waarom is waterstof niet mainstream geworden als alternatief voor benzinemotoren?

Paul Ronnie, een USC Viterbi School of Engineering hoogleraar lucht- en ruimtevaart en werktuigbouwkunde die verbranding en voortstuwing bestudeert, zegt dat waterstof een aantal barrières heeft, inclusief efficiëntie en kosten. Hij bestudeert wat er nodig is om sommigen van hen te overwinnen. Hier, hij brengt ons op de hoogte van de rol van waterstof op het gebied van alternatieve brandstoffen.

Welke voordelen bieden waterstof-brandstofcel-aangedreven auto's?

Ze stoten geen broeikasgassen uit via de uitlaat, zodat ze de vervuiling in stedelijke gebieden met een slechte luchtcirculatie kunnen verminderen, zoals Zuid-Californië in de VS en veel grote steden in India en China.

Auto's op waterstof klinken brandschoon. Waarom rijden we ze niet allemaal?

Er is vrijwel geen pure waterstof op aarde omdat het zo reactief is. De meeste waterstof wordt gemaakt van methaan [aardgas] in een proces waarbij koolstofdioxide en andere broeikasgassen vrijkomen. Waterstof kan ook gemaakt worden uit water door middel van elektrolyse, maar daar is elektrische energie voor nodig. Om dat te krijgen, we zijn weer bezig met het verbranden van fossiele brandstoffen.

Kan waterstof worden gemaakt zonder broeikasgassen te creëren?

Elektriciteit op zonne-energie kan worden gebruikt om water te splitsen in waterstof en zuurstof door middel van elektrolyse. Aangezien zonne-energie slechts een fractie van de totale opgewekte elektriciteit in de VS levert, het omleiden van op zonne-energie gebaseerde elektriciteit om waterstof te maken, vermindert de uitstoot van broeikasgassen niet. Dat zou kunnen veranderen als elektriciteit op zonne-energie in de toekomst wordt opgevoerd.

Waterstof is slechts zo schoon als de energie die wordt gebruikt om het te produceren. Zijn er andere beperkingen?

Waterstof in voertuigen moet worden gecomprimeerd in dure hogedruktanks, dat vereist - je raadt het al - energie. De huidige waterstofvoertuigen gebruiken brandstofcellen om de chemische energie om te zetten in stroom. Brandstofcellen zijn erg duur omdat ze complex zijn en dure materialen zoals platina vereisen.

Kunnen we daar omheen?

Brandstofcellen zijn aantrekkelijk omdat in theorie, ze overwinnen efficiëntiebeperkingen die gepaard gaan met traditionele verbrandingsmotoren. Denk aan de energie die verspild wordt als warmte en geluid in een traditioneel voertuig. Terwijl veel wetenschappers manieren onderzoeken om goedkopere brandstofcellen te maken, mijn onderzoek pakt het anders aan:het verbeteren van de haalbaarheid van verbrandingsmotoren die waterstof gebruiken.

Wat zijn de voordelen van het verbranden van waterstof?

Eerst en vooral, verbrandingsmotoren zijn goedkoop te maken en kunnen gemakkelijk worden aangepast om op waterstof te draaien. Net als bij brandstofcellen, het belangrijkste afvalproduct is water, geen kooldioxide. Ook, in tegenstelling tot benzine, waterstof brandt goed in "brandstofarme omstandigheden, " waar veel meer zuurstof is dan brandstof. Dat is goed voor de brandstofefficiëntie en vermindert ook de uitstoot van stikstofoxide enorm.

Hoe zit het met het gebruik van waterstof in stationaire toepassingen?

De transportsector is gevraagd om de verantwoordelijkheid voor het terugdringen van broeikasgassen op zich te nemen, ook al draagt ​​zij slechts een derde bij. Als we de klimaatverandering serieus willen aanpakken, moeten we ook afstappen van fossiele brandstoffen in niet-voertuigtoepassingen. Het idee om waterstof in huizen of bedrijven te pompen lijkt vergezocht, maar het is mogelijk. De huidige infrastructuur voor vloeibaar aardgas zou kunnen worden aangepast voor waterstof. De ontvlambaarheid van waterstof brengt veiligheidsproblemen met zich mee, maar met de juiste voorzieningen kunnen deze zorgen worden verzacht - elektriciteit is gevaarlijk, toch gebruiken we dat allemaal.