Kan man köra fordon på vatten som bränsle?
Skriven i 8e klass, del i Science Fair
Uppdaterad 17/2-13
Inledning:
Befolkningen på jorden ökar snabbt. Fler och fler får dessutom möjlighet att ha bil. Vägarna räcker inte till när fler skaffar bil och när städerna växer. Våra vanligaste bränslen är bensin och diesel. Dessa bränslen är fossila och kommer att ta slut. Dessa bränslen påskyndar klimatförändringarna. Vi måste därför snart ha alternativa bränslen och som dessutom inte påverkar miljön.
Något som som vi har nästan obegränsat av idag är vatten. Kan man tänka sig att man kan använda sig av vatten som energi? Kan ett fordon drivas av vatten?
1990 sökte Stanley Meyer i USA patent på sin uppfinning. Han ville ha patent på en bil som drivs av vatten. Han påstod att han har tillverkat en vattendriven bil, som har körts från Los Angeles till New York på endast 82L vatten. Men han dog under konstiga omständigheter. Konspirationsteorier påstår att det var oljebolag som låg bakom detta, för att de inte ville att det skulle finnas ett bränsle som är billigare än deras (nästan gratis).
Hypotes:
Jag tror att man kommer köra framtidens fordon med vatten som energikälla, med hjälp av bränsleceller. Och att vi i framtiden kommer se flygande fordon som drivs av vatten och bränsleceller.
Material och metod:
Jag har googlat på sökorden: evighetsmaskin, vatten, väte, syre, bränslecell, fuelcell, vattencell, water, water fuel cell, kostnad vägar, och kombinationer på dessa ord. Då har jag hittat fakta och olika diskussionsforum och sett att andra skriver om samma ämne, och då har jag fått idéer. Informationen som jag använder mig av i uppsatsen är från källor som som jag tycker verkar tillförlitliga t.ex.Wikipedia. Jag har också använt mig av vetenskapliga tidskrifter som jag bedömer är trovärdiga (se referenslista nedan).
Resultat:
Inledning: Det finns vatten i överflöd. Det finns överallt, i sjöar, hav, glaciärer, luften, himlen och våra kranar. Men på vissa delar av jorden är det ont om vatten.
Vattnet i sig själv innehåller ingen energi. Men delarna i vattnet innehåller energi. Vatten består av två väte (H) och en syre (O). Väte är en väldigt explosiv gas. Är då vatten framtidens bränsle?
Redan 1784 kunde fransmannen Antoine Lavoisier framställa vätgas från vattenånga som han ledde genom ett glödande järnrör.
Tekniken då man kör fordon på vätgas som är en av beståndsdelarna i vatten finns redan i bränsleceller.
Bränsleceller: Principen bakom bränslecellen uppfanns redan år 1838 av Christian Friedrich Schönbein. Tekniken användes mycket i NASA och i Apollo-färderna till månen, när de använde väte och syre till energi, och biprodukten blev dricksvatten.
Grundprincipen för en bränslecell är att elektricitet bildas genom en kemisk reaktion när vätgas och luft förs ihop inuti cellen. Vätgasen når anoden (1) och splittras där till vätejoner och elektroner (2). Jonerna färdas vidare genom elektrolyten, som i bilar ofta är ett membran av materialet Nafion, till katoden. Elektronerna tar vägen genom en extern strömledare och kan driva exempelvis en lampa eller en elmotor (3). I katoden slås vätejonerna ihop med syre från luften (4) och bildar vatten (5) som blir den enda restprodukten. Den här tekniken kan användas i bilar.
(För att se ett intressant YouTube-klipp om bränslecellsbilar, klicka här)
Kemiska reaktionen som sker i en bränslecell är följande:
Anodreaktion: 2 H2+ 4 H2O → 4 H3O+ + 4 e-(Oxidation och elektronavgivning)
Katodreaktion: O2 + 4 H3O+ + 4 e- → 6 H2O (Reduktion och elektronupptagning)
Totalreaktion: 2 H2 + O2 → 2 H2O (Redoxreaktion)
Fördelar: Den största fördelen är att bränslecellsbilen bara ger ut vattenånga som avgas. Därför tycker många att det är den ultimata miljöbilen. Bilar med bränsleceller drivs av vätgas och har lika lång räckvidd som vanliga bensindrivna bilar.
Bränslecellen fortsätter att producera elektricitet så länge som den har tillgång till syre och väte, och eftersom bränslet direkt omvandlas till elektricitet, kan en bränslecell uppnå mycket högre effektivitet än en traditionell motor som bygger på förbränning. Medan en förbränningsmotor sällan kommer upp i 20% i verkningsgrad kan motsvarande siffra för en bränslecell vara så hög som 70%. Om man dessutom tar tillvara på den värme som bildas när bränslecellen arbetar är det möjligt att uppnå en verkningsgrad på inte mindre än 90%. Med bränsleceller kan alltså mer energi utvinnas ur samma mängd bränsle. Bränslecellen har inte heller några rörliga delar, vilket gör den tystgående och minimerar underhållet.
Nackdelar: En nackdel av bränslecellen är att väte är en explosiv gas. Tillexempel en väldigt känd olycka med väte, när vätgasballongen Hindenburg exploderade i New York på 30-talet. Men det borde inte vara något problem nu, när gasen finns i tryckbehållare. Dessutom är bilarna är fortfarande väldigt dyra och kostar mer än dubbelt så mycket som en motsvarande bensindriven bil. Men det kan ändras när flera stora tillverkare kan dra igång serietillverkning. Och skillnaden i pris blir mindre när priset för bensin och diesel blir högre.
Kan man tanka bilen med vatten?: Som jag hittills har skrivit finns det redan fungerande teknik där man får energin från vätgasen i bränsleceller. I Region Skåne testar man vätgasdrivna bränslecells bilar. Vätgasen produceras någon annanstans eller på tankstället.
Man kan framställa vätgas från vatten. Reaktionen där vatten delas upp till vätegas och syre sker inte naturligt, utan sker genom en elektrolys. För att dela upp vattenmolekylerna i väte och syre används elektrolysörer, apparater som fungerar som omvänt mot en bränslecell. En elektrolys är en omvänd redox reaktion, där man med hjälp av el separerar vattenmolekyler till vätemolekyler och syremolekyler. Det blir vätgas (och syrgas) från vatten och el.
Tekniken används också i atom-ubåtarna, som kan vara under ytan i flera månader, där man framställer syret för andningsluften genom elektrolys av vatten.
Teknik då man tankar bilen med vatten finns inte än. Det krävs fortfarande färdig vätgas som bilen tankas med.
Framtid I: Min idé är att vätgasen, genom elektrolys av vatten med hjälp av elektrolysörer framställs direkt i fordornet, för detta krävs el som man får från solpaneler, som finns på bilens fönster och kaross. När det finns överflöd med sol laddas bilens batteri upp, annars laddas bilens batteri med hjälp av el från vanligt elutag eller via induktion.
I bilen finns det vattentankar och vätgastankar. Man tankar fordornet med vatten. För att minimera vatten tankararna kan man tänka sig att bilen tar upp vatten från luftfuktigheten. Man bör klara sig på minimala vattentankar eftersom restprodukten är vatten som cirkulerar i systemet.
När vi har lyckats fått fram det här tekniken, har vi den optimala bilen som drivs av vatten. Nämligen vattnet omvandlas med hjälp av solenergi och elektrolys, till vätgas och syrgas, som med hjälp av bränslecellerna blir till energi och vatten, och kan driva bilen.
Framtid II: Alla gillar vi filmerna “Star Wars” och “Tillbaka till framtiden”. I Star Wars ser vi att farkoster åker i över ljusets hastighet mellan planeterna och galaxerna. De åker med flygande fordon på planeterna, likt så som vi åker med våra bilar på våran planet. I Tillbaka till framtiden byggde Doc om en DeLorian till en tidsmaskin, som man kunde resa i tiden med. Först hade han plutonium som bränsle, senare utvecklade han den så den gick på avfall.
Alla skulle vi önska att vi kunde åka på samma sett som i filmerna. Är detta möjligt? Vad krävs för detta?
För det första krävs det energi, eller mycket energi, eller rättare sagt obegränsat mycket energi. Något som som vi har nästan obegränsat av idag är som sagt vatten. Kan vi få fordon som drivs av vatten i kombination med solenergi eller fusionsenergi, kan detta vara en möjlighet?
Många tror att det kommer bli dyrt om alla ska äga ett flygande fordon. Ja, detta är väldigt dyrt om du, såsom många bara använder sin bil i snitt 1 timma per dygn. Det skulle vara bättre om fordornet används flera timmar per dyngn, nästan hela dyngnet. Du skulle kunna använda fordornet, och betala för den, bara när du behöver den. Så varför ska man äga ett fordon när man kan kalla på en "flyTaxi" med sin smartphone? Du skriver vart du vill åka, och den närmsta "flyTaxin" kommer till dig. Självklart är flyTaxin förarlös!
Vi har redan tekniken i våra bilar med GPS navigation och automatiska system som gör att bilarna anpassar avstånden till andra bilar och väglinjerna och automatiskt stannar bilen när fara har upptäckts. Vi har redan tekniken att bilar kan komunicera med varandra. Vi har också redan Google bilar, (Google bil filmklipp), (som fotograferar vägarna för Google maps) som testas att köra förarlösa. I augusti 2012, hade Google bilarna kört mer än 500 000 km, förarlösa och olycksfria.
Men blir det inte dyrt med en flyTaxi? Om våra skattepengar går till statliga "fly-fordon" istället för vägar och allt runt om så skulle dethära vara billigare. Bara en km motorväg i tunnel kostar ca 1 miljard kr. Man skulle få mycket forskning för bara en tunnel, och tänk på alla motorvägar och alla vägar i stad och allt runt om vägar. Vad mycket pengar man skulle spara om man slapp dem.
Än finns inte tekniken att man kan köra bilar på vatten som dessutom körs i luften. Och den negative skulle säga att det går aldrig. Det går en skröna om att chefen för det amerikanska patentverket, Charles H. Duell, på slutet av 1800-talet, sa: "Allt som kan uppfinnas är nu uppfunnet”. Men utvecklingen har gått snabbt och den går just nu ännu snabbare. Så jag hoppas och tror personligen att detta fordon snart är här.
Sammanfattning:
Jag har kommit fram till att min hypotes, “Jag tror att man kommer köra framtidens fordon med vatten som energikälla, med hjälp av bränsleceller”, stämmer. I denhär uppsatsen har jag beskrivit tekniken bakom vatten- och bränsleceller.
Just nu finns inte tekniken att man kan köra bilar i luften, på grund av att det kommer gå åt enorma mängder energi att flyga. Men med bränsleceller och nanoteknik kan det kanske vara möjligt. Men man kommer då spara mycket på miljön och mycket pengar på att inte behöva bygga vägar, tunnlar, broar etc.
Om jag skulle göra om uppsatsen skulle jag skriva mer om tekniken i vatten- och bränsleceller. Men om jag skulle forska om ett liknande ämne i framtiden skulle jag skriva om framtidens flygande fordon.