Miks ei ole vesinikust kütusena asja saanud?

Sajandivahetusel oli vesinikuga seoses suured ootused – sellest räägiti kui lõputust puhtast energiaallikast, mis aitab päästa maakera kliima soojenemisest.

Vesinik pidi ümber kujundama kogu energia infrastruktuuri – sellest pidi saama kütust nii autodele, lennukitele kui laevadele, lisaks pidi vesinik varustama energiaga ka hooneid. Kõike seda nii, et pole enam vaja põletada keskkonda saastavaid fossiilseid kütuseid, kirjutas New Scientist.

Entusiastid rääkisid veendunult, et vesiniku läbimurdeni on jäänud viis kuni kümme aastat. Täna on seis selline, et hoolimata sellest, et kliima soojenemise kohta lisandub negatiivseid uudiseid pea igapäevaselt ning naftatootmise tipu järel ähvardab tootmise langus, näib vesinikul põhinev majandus niisama kaugel nagu toonagi.

Bussid vanarauaks

Isegi Islandis, mille ambitsioonikad plaanid taastuvatele energiaallikatele üleminekuks teenisid riigile hüüdnime põhja Bahrein, on nähtavaid arenguid olnud tagasihoidlikud.

Pärast aastaid kestnud uurimistöid töötab riigis üks vesinikutankla, ringi sõidavad mõned vesinikuautod ning on üks vaalaseirelaev, millel lisaenergiaallikana pardal vesiniku kütuseelement.

Kolme vesinikubussi katsetused lõppesid möödunud aastal, kaks neist saadeti vanarauaks ning kolmanda omandas transpordimuuseum. Katsed pidid jätkuma, kuid enne sai Island tunda ülemaailmse majanduskriisi kõige kurjemat palet.

USAs California osariigis lubas kuberner Arnold Schwarzenneger aastaks 2010 vesinikukiirteed koos 200 tanklaga. Tänaseks on avatud vaid viis tanklat.

Londonis peaks 2010. aastaks töötama kümme vesinikuküttel bussi, kuid kava võtta linnas kasutusele 60 väiksemat vesinikku kasutavat liiklusvahendit pandi hiljuti kalevi alla.

Hoolimata tagasilöökidest tehakse vesinikuga seoses suuremahulisi uurimistöid ning turule on jõudmas mitmed vesinikukütusel liiklusvahendid.

Honda väidab end olema esimene, kes viis vesinikukütuselemendiga auto FCX Clarity massitootmisse. Kolme aasta jooksul toodab firma neid 200 tükki ning liisib tarbijatele 600 dollarilise kuutasu eest. Seni on Honda siiski valmis saanud vaid kolm sellist autot.

Samas on General Motors valmis saanud esimesed sada Equinox kütuselemendiga autot, mida potentsiaalsed autod saavad üle maailma proovida. Vesinikuauto arendusse on pandud 1,2 miljardit dollarit ning vesiniku-uuringute osakonna juht Larry Burns loodab, et vesinikuautole on turg tekkinud 2014. aastaks.

Kuid vesinikuentusiastide sõnul ei ole takistused enam mitte niivõrd tehnilised kuivõrd pigem rahalised ning massitootmine aitab kulusid oluliselt kärpida. Senini on vesinikukütuseelement endiselt väga kallis ning kulude langetamiseks tuleb tehnoloogiat muuta.

Probleem nr. 1

Vesinikukütuselemendi puhul on suur mure selles, et neis kasutatakse katalüsaatorina väärismetalle, näiteks plaatinat. Auto kütuseelemendis leidub kuni 100 grammi plaatinat, tänastes hindades on see metallikogus väärt üle 36 000 krooni. Selleks, et vesinikul põhinev majandus saaks kunagi reaalsuseks peab kütuseelementides kasutatava plaatina hulk oluliselt langema.

Plaatina hulk võiks selleks ajaks, kui vesinikuautosid hakatakse turustama, olla 20 grammini auto kohta, lubab Martin Green firmast Johnson Matthew, mis toodab komponente autotööstuses kasutatavatele kütuseelementidele. Vesinikuautod võiks massiliselt turule jõuda tuleva kümnendi keskpaigaks. Lisaks on plaatinat võimalik ka korduvalt kasutada.

Kuid isegi 20 grammi plaatinat on tohutu suur hulk. 2007. aastal toodeti maailmas üle 71 miljoni auto, kui iga auto tarbeks läheb vaja vaid 20 grammi, siis täielikul üleminekul vesinikuautodele läheks aastas vaja 1420 tonni plaatinat, see number ületab kuuekordselt praegu maailmas aastas toodetava plaatinakoguse.

Sellise tarbimismahu puhul ammenduks maailma plaatinavarud 70 aastaga, siin pole arvesse võetud, et autotootmine võiks kasvada või vesinikul põhinevaid kütuseelemente hakataks kasutama ka kodude energiaga varustamiseks.

Varem Šveitsi valitsust vesinikuenergia küsimustes nõustanud Saksamaa Augsburgi ülikooli teadlane Armin Reller ütles, et plaatina on haruldane ning maailmas kaevandatakse seda vaid viies kohas. Ta on uurinud seda, milliseid piiranguid seavad maavarad uute tehnoloogiate kasutuselevõtule ning on veendunud, et parimal juhul on vesinik vaid üks osalahendus tulevikuenergeetikas, põhjuseks asjaolu, et plaatinat pole võimalik piisava kiirusega kaevandada. Pigem on ta veendunud, et lahenduse võtmeks on leida plaatinale alternatiiv.

Probleem nr. 2

Kuid vesinikumajanduse puhul tuleb leida ka puhas meetod vesiniku tootmiseks. Praegu toodetakse vesinikku fossiilsetest kütustest ammutatud energiat kulutades ning selle protsessi käigus tekib süsihappegaas.

See on põhjus, miks vesinikuautod ei ole kliimamuutuste seisukohalt kübetki parem alternatiiv kui hübriidautod, väidab Massachusettsi tehnoloogiainstituudi teadlane Malcolm Weiss, kes tegi 2003. aastal vastava uuringu. Selleks, et toota vesinikku puhtalt ning massiliselt tuleb vee elektrolüüsiks kasutada taastuvenergiat, kuid see on kallis ja energiamahukas protsess.

Selleski valdkonnas on käinud väga suuremahulised uuringud. Väike Suurbritannia firma ITM Power väidab, et on valmis saanud väikesemahulise elektrolüüsiseadmega, mis on nii odav, et seda võiks lubada endale iga majapidamine. Kui igas kodus on selline seade, siis lahendaks see ka vesiniku vedamisega seotud mured. Pole vaja ehitada torujuhtmeid, selle asemel võiks tootmise detsentraliseerida ning toota vesinikku seal, kus seda tarvitatakse. Firma on loonud uudse materjali, mis lahendab elektrolüüsiga seotud probleemid.

Töötusliku elektrolüüsi puhul kasutatakse vedela elektrolüüdina näiteks kaaliumhüdroksiidi lahust, katalüsaatoriks on nikkel, mis on oluliselt odavam ja levinum kui plaatina. Kuid vesinikku ja hapnikku tuleb hoida eraldi, et vältida plahvatust. See kõik muudab aga seadmed liiga kalliks ja suureks, et võiks kaaluda nende kodukasutust.

1960. aastatel töötati NASAs välja kütuseelemendid, milles vedel elektrolüüt oli asendatud erilisest materjalist membaaniga, mille läbi toimus prootonite vahetus. Membraan on happeline ning nõuab katalüsaatoriks plaatinat, lisaks on selliste membraanide hind äärmiselt kõrge.

Nüüd väidab ITM Power, et kasutada saab leelismembraani ning katalüsaatorina võiks nikkel asendada plaatina. Membraanis kasutatakse mitmeid laialt levinud süsivesinikke, millest on tehtud tahke polümeer, mis ületab omadustel kolmekordselt olemasolevad membraanid. Tootmine on lihtne, kasutatakse olemasolevaid materjale, seega peaks see võimaldama membraanide hinda langetada.

Firma väitel võiks massitootmise korral membraani ruutmeetri hind olla 5 dollari ringis, olemasolevate membraanide hind on hetkel sada korda kõrgem.

Seade meenutab suuruselt külmkappi, mille hind võiks massitootmise puhul olla alla 190 000 krooni. Seade oleks ühenduses veevärgiga ning osaliselt saaks seade töötamiseks energiat kas tuulegeneraatorilt või päikesepatareidelt. Toodetud vesinikust saaks omakorda toota elektrit või kasutada seda kütusena vesinikautos.

ITM Poweri juht Jim Heathcote rõhutab, et seade võimaldab vähendada sõltuvust elektrivõrkudest, mis muutuvad aina vähem usaldusväärseteks.

Milline on aga tegelikkus? Kui võta näiteks Heathcote’i enda kodu, kus on katusel 60 ruutmeetri suurune päikesepatarei, mille maksumus oli ligi miljon krooni ning tootlikkus aastas umbes 10 000 kilovatt-tundi elektrit.

ITM Poweri elektrolüüsivanniga, mille efektiivsus on umbes 60 protsenti, toodetaks päikesepatareide abil nii palju vesinikku, et sellest saaks kütuseelemendi abil toota 6000 kilovatti elektrienergiat. Keskmine Suurbritannia majapidamine kulutab aastas vähemalt neli korda rohkem energiat.

Kui seda vesinikku kasutada autokütusena, poleks tulemus oluliselt parem. Koduse vesinikutootmisjaama abil toodetud vesinikuga saaks aastas sõita umbes 7200 kilomeetrit, keskmine auto Suurbritannias sõidab aastas kaks korda samapalju.

„See kõlab absurdselt,“ tunnistab Heathcote. „Aga niisugune on iga uue tehnoloogia algus. Osa võtab uuendused väga kiiresti omaks ning massitootmine toob hinnad alla.“

Ta nõustub, et paljud majapidamised jäävad kindlasti elektrivõrkudega seotuks ning kõiki vesinikuautosid pole kunagi võimalik vesinikuga varustada majakatustelt kinnipüütud päikeseenergia abil, ta peab võimalikuks kasutada ka teisi energiaallikaid, näiteks tippkoormuste välisel ajal tuumaenergiat.

Kolmveerand läheb tühja

Kuid sellega veel probleemid ei lõpe. ITM Power võib alla tuua elektrolüüsi kulud, kuid vesiniku kütusena kasutamine on äärmisel ebaefektiivne.

Maailma Loodusefondi jaoks koostatud raportis märgib Gary Kendall, keemik, kes varem on töötanud ExxonMobili heaks, et vesinikuringes on tegu tohutute kadudega – alates vesiniku kokkupressimisest kuni kütuselementide madala efektiivsuseni. Ainult 24 protsenti vesiniku tootmiseks kulutatud energiast läheb autokütusena asja ette – kolmveerand läheb tühja.

Seevastu akutoitega elektriautode või elektrihübriidide puhul, mille puhul ei ole tegu ei elektrolüüsi ega kütuse kokkupressimisega, läheb kasulikult rakkesse 69 protsenti energiast.

„Vesinikuautod kasutavad elektriautodega võrreldes kolm korda rohkem energiat, seega tuleks ehitada palju rohkem tuuleparke,“ ütles Kendall. „Arenenud maailm peab aastaks 2050 muutma energiatootmise süsinikuvabaks, seega ei ole võimalik lihtsalt kolmveerand olemasolevast energiast minema visata, et selle abil vesinikku toota.“

Briti transpordiministeeriumi tellimusel koostas konsultatsioonifirma E4Tech analüüsi, millest selgub, et kui Suurbritannia läheks täielikult üle akutoitel elektriautodele, siis kasvaks elektritarbimine 16 protsendi võrra. Vesinikuelementidega autodele üleminek kasvataks energiatarbimist enam kui kaks korda rohkem.

Elektriautodel on samuti suuri puudusi: maailmas pole üheski riigis olemas autode laadimiseks vajalikku infrastruktuurivõrgustikku. See küsimus on aga lahendatav ning valdkonda tulvab raha muudkui juurde.

Alates septembrist on erinevad firmad teatanud ligi miljardi dollari investeerimisest elektriautode akutehnoloogiasse. Selles vallas tegutsevad Toshiba, Bosch, Samsung ja ExxonMobil. Akutoitel elektriauto pakub huvi ka Warren Buffetile, kelle fond MidAmerican Energy ostis 230 miljoni dollari eest osaluse Hiina elektriautotootjas BYD.

Paljud firmad, nende hulgas ka autotootjad, jätkavad vesinikuauto arendusse investeerimist, kuid mõned neist, näiteks General Motors arendavad vesinikuautoga paralleelselt ka akutoitel elektriautot.

Hoolimata vesiniku kallal tehtavast tööst on kütuseelementide tarbeks vaja plaatinat ning vesiniku tootmine on endiselt äärmiselt ebaefektiivne. Akutehnoloogiad seevastu arenevad äärmiselt kiiresti ning sellesse valdkonda tehakse suuri investeeringuid. Kendall sõnastab vesiniku tuleviku nii: „Vesinik on alati olnud tulevikukütus ja tundub, et jääbki alati selleks.“