关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
新泽西州东安威尔—迈克·斯特里兹基近两年来没有支付过电费、石油费或天然气费,也没有花过一分钱给他的水星黑貂车加油。相反,这位 51 岁的土木工程师在他家宽敞的车库里建造了一个系统,用该系统制造了他所需的所有燃料。该系统使用光伏 (PV) 面板将阳光转化为电力,然后利用电力从自来水中提取氢气。
尽管该设备的建造成本为 50 万美元,而且不太可能在经济上获得回报(即使在今天油价和天然气价格飞涨的情况下),这位土木工程师表示,它在购买方面是无价的:不用再支付取暖费或电费,更不用说控制污染,因为水是它唯一的副产品。
幻灯片:照片展示了这栋房屋的工作原理
“自己制造燃料的能力是无价的,”这位被朋友称为“小玩意先生”的人说。他拥有一系列氢动力和电动汽车,包括氢动力割草机和汽车(黑貂,他重新设计并命名为“创世纪”),以及电动赛艇,甚至还有一辆电动摩托车。“所有技术都是现成的。我所做的只是将它们组合在一起。”
“我是一个自给自足的人,”他补充道。斯特里兹基是一位土木工程师,自 1997 年在新泽西州交通部工作期间开始研究替代燃料汽车以来,他对替代能源产生了兴趣。
斯特里兹基的二层殖民式住宅位于特伦顿以北 12 英里(19 公里)处一片 11 英亩(4.5 公顷)的地块上,是美国第一栋私人氢动力住宅,他现在与他的妻子、两只狗和一只猫住在一起。(他的两个女儿和一个儿子,都在 20 多岁,已经离开了家。)自 2006 年 10 月以来,该住宅完全依靠太阳能产生的电力和储存的氢气运行。当时,斯特里兹基在一个他妻子安完全支持的项目中,使用 10 万美元的自有资金和新泽西州公用事业委员会的 40 万美元赠款,以及来自夏普、世伟洛克和质子能源系统等公司的技术,建立了一个离网能源系统。
斯特里兹基的个性化家庭能源系统由他车库屋顶上的 56 块太阳能电池板组成,里面放置着一台小型电解器(一种大约洗衣机大小的设备,利用电力将水分解为氢气和氧气)。车库内墙边有 100 个电池用于夜间供电;外面有十个丙烷罐(1970 年代的遗留物,能够储存 19,000 立方英尺或 538 立方米的氢气),以及一个 Plug Power 燃料电池堆(一种混合氢气和氧气以产生电力和水的电化学设备)和一个用于汽车的氢气加注套件。
据斯特里兹基称,在典型的夏季,太阳能电池板会吸收阳光并将其转化为约 90 千瓦时的电力。他每天消耗约 10 千瓦时的电力来运行家里的电器,包括一台 50 英寸的等离子电视,以及他的三台电脑和立体声音响等其他现代便利设施。
剩余的 80 千瓦时用于为电池充电(为夜间房屋供电)和为电解器供电,该电解器将纯净的自来水的分子分解为氢气和氧气。氧气被排放出去,氢气进入储罐,在寒冷、黑暗的冬季储存起来。从 11 月到次年 3 月左右,斯特里兹基将储存的氢气通过他车库外或他车里的燃料电池堆,为他的整栋房屋供电——唯一的废料是水,这些水可以直接泵回系统。
“我可以用阳光和水制造燃料——而且我甚至不用水,”他指出。“如果下雨,那就是燃料。如果阳光明媚,那就是燃料。一切都是燃料。”
这栋模块化房屋——建于 1991 年——看起来像一栋典型的郊区房屋;它一流的隔热材料和节能窗户看起来没什么不同,外观隐藏着氢动力烘干机和地热供暖和制冷系统,该系统将氟利昂气体泵入地下,在冬季收集热量,在夏季制冷。
斯特里兹基说:“地热是另一种免费能源,”他指出,他挖掘了自家房屋下 8 英尺(2.4 米)的花岗岩,以利用地下恒定的 56 华氏度(13 摄氏度)的温度。在夏天,他可以利用地下较低的温度为整栋房屋降温,在冬天,他可以捕获那些较温暖的温度,并用氢气电力驱动的热泵进行补充。“什么都不会浪费。”
今年,斯特里兹基几乎没有运行他价值 78,000 美元的霍根电解器(由康涅狄格州的质子能源系统制造,该公司生产制氢设备),因为去年温和的冬天让他装满了储罐。当他打开它时,多余的氢气会从屋顶上的一个小管中排出,发出不礼貌的打嗝声。
这种排出的氢气以每小时 45 英里(72 公里)的速度在空气中加速,离开地球——它是两种完全逸入太空的气体之一(另一种是氦气),因为它比空气轻。事实上,斯特里兹基的四分之一英寸厚的丙烷罐在充满氢气时比耗尽时还要轻。
当然,氢气是一种高度易燃的气体,但其快速逃逸减轻了斯特里兹基对它可能点燃或爆炸的担忧。“它比任何其他气体都分散得更快,”他指出。“氢气不会停留在那里等待火焰。”
斯特里兹基能源解决方案的最后一部分被称为“创世纪”,他价值 300 万美元的铝制水星黑貂车,是汽车制造商福特在 20 世纪 90 年代生产的 10 辆汽车之一,用于测试这种较轻的金属在碰撞测试中的表现。福特给了斯特里兹基这个特殊型号,以便在 2000 年参加新泽西州的太阳能汽车比赛 Tour de Sol。斯特里兹基安装了一台 104 马力的电机(相比之下,丰田普锐斯的电机为 44 马力),可以达到每小时 140 英里(225 公里)的速度。掀开引擎盖,在电机的旁边放着两个燃料电池堆,它们将氢气和氧气转化为水和电力,平稳而快速地推动电机前进。
这辆车从未参加过比赛,因为它没有及时准备好,但这款独特的汽车确实保持着单次充电行驶最远距离的世界纪录:401.5 英里(646.2 公里),斯特里兹基在 2001 年 12 月行驶了这段距离。如今,“创世纪”与各种成本较低的燃料电池汽车并驾齐驱:本田的新型氢动力 FCX Clarity,本周上市租赁,每月 600 美元,以及来自通用汽车的氢动力雪佛兰 Equinox测试车队——这是旨在确定氢动力汽车在日常生活中如何运作的试点计划的一部分。日本和美国汽车制造商都押注这些无污染汽车有一天会取代内燃机。
通用汽车公司研发副总裁拉里·伯恩斯表示,通用汽车致力于在未来几年内“大规模”生产其氢燃料电池动力 Equinox,但前提是存在给它们加油的方法。目前,全美只有 122 个加氢站,而汽油和柴油加油站有 17 万个。
这也是并非所有人都喜欢氢气的原因之一。美国能源部前官员、物理学家约瑟夫·罗姆指出,将水分解为氢气和氧气,而不是直接在全电动的插电式混合动力汽车中使用电力,是在浪费时间和电力。争论归结为电池还是氢气是储存和输送电能的更好方式。
但斯特里兹基认为,氢气提供了电池不具备的优势。例如,通用电气全球研究公司发现,氢气可能是一种比建造昂贵且成本高昂的输电线路更好的方式,用于存储在偏远地区(例如北达科他州的风力发电场或新墨西哥州的太阳能阵列)产生的可再生能源电力。相反,在这些地方产生的氢气可以通过现有的天然气管道输送到全国,为氢动力汽车提供燃料。
无论未来这些汽车是由氢气还是可充电电池驱动,它们都将使用不需要污染(且价格昂贵)的化石燃料的电机来移动。它们还会带来另一个重要的额外好处:为汽车供电的电池或氢燃料电池也可以作为家庭的备用能源。“我可以将这辆车插入我的家并让它运行,”斯特里兹基指出。
斯特里兹基现在正努力降低价格,使太阳能和氢气驱动的住宅能够让普通消费者负担得起。他说,由于太阳能电池板成本的下降和他自己建造房屋的经验教训,他可以以低至 9 万美元的价格建造一个太阳能-氢气系统。然而,即使按这个价格计算,与新泽西州平均每年 1,500 美元的电费相比,离网系统仍然是昂贵的,尽管这个数字每年都在增加,包括今年高达 17% 的涨幅。
但是,将汽油成本加到这个数字中——根据美国能源信息署的数据,平均每年超过 3,000 美元——价格就变得更加合理了,尤其是因为 EIA 的数据是在汽油价格为每加仑 2 美元而不是目前的 4 美元时计算出来的。“当汽油价格为 1 美元时,这是没有道理的,但现在是 4 美元?很多以前没有道理的事情,现在都变得很有道理了,”斯特里兹基说。
他已经在为加勒比海地区一位富有的客户监督建造第二个这样的家庭能源系统——估计成本为 15 万美元。
这位后院的修补匠还与几位潜在客户合作,在新泽西州、纽约州甚至科罗拉多州建造离网住宅。他已经辞去了最近的太阳能系统安装员工作,全职专注于他共同创立的推广这些住宅的公司:可再生能源国际。降低价格的关键将是更新、更好的组件技术,特别是电解槽。像华盛顿州斯波坎的 ReliOn 这样的燃料电池制造商已经从计算机行业借鉴了经验——采用可拆卸的独立燃料电池,称为“刀片”,类似于数据中心中的计算机刀片,如果出现问题可以单独更换。
最终,这个郊区住宅可能会成为即将到来的氢电经济的首批先驱之一——这种经济将消除或大幅减少导致气候变化的温室气体排放——或者仅仅是另一个技术死胡同,就像巴克敏斯特·富勒的测地圆顶或戴克西翁汽车一样。
“实现零碳足迹的唯一方法是抓住天空中的大型发电厂,”斯特里茨基说。“也许(太阳能-氢气住宅)太贵了,也许不如他们希望的那样高效,但没有人说它行不通。”