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新澤西州東安威爾—邁克·斯特里茲基近兩年來沒有支付過電費、石油費或天然氣費,也沒有花過一分錢給他的水星黑貂車加油。相反,這位 51 歲的土木工程師在他家寬敞的車庫裡建造了一個系統,用該系統製造了他所需的所有燃料。該系統使用光伏 (PV) 面板將陽光轉化為電力,然後利用電力從自來水中提取氫氣。
儘管該裝置的建造成本為 50 萬美元,而且不太可能在經濟上獲得回報(即使在今天油價和天然氣價格飛漲的情況下),這位土木工程師表示,它在購買方面是無價的:不用再支付取暖費或電費,更不用說控制汙染,因為水是它唯一的副產品。
幻燈片:照片展示了這棟房屋的工作原理
“自己製造燃料的能力是無價的,”這位被朋友稱為“小玩意先生”的人說。他擁有一系列氫動力和電動汽車,包括氫動力割草機和汽車(黑貂,他重新設計並命名為“創世紀”),以及電動賽艇,甚至還有一輛電動摩托車。“所有技術都是現成的。我所做的只是將它們組合在一起。”
“我是一個自給自足的人,”他補充道。斯特里茲基是一位土木工程師,自 1997 年在新澤西州交通部工作期間開始研究替代燃料汽車以來,他對替代能源產生了興趣。
斯特里茲基的二層殖民式住宅位於特倫頓以北 12 英里(19 公里)處一片 11 英畝(4.5 公頃)的地塊上,是美國第一棟私人氫動力住宅,他現在與他的妻子、兩隻狗和一隻貓住在一起。(他的兩個女兒和一個兒子,都在 20 多歲,已經離開了家。)自 2006 年 10 月以來,該住宅完全依靠太陽能產生的電力和儲存的氫氣執行。當時,斯特里茲基在一個他妻子安完全支援的專案中,使用 10 萬美元的自有資金和新澤西州公用事業委員會的 40 萬美元贈款,以及來自夏普、世偉洛克和質子能源系統等公司的技術,建立了一個離網能源系統。
斯特里茲基的個性化家庭能源系統由他車庫屋頂上的 56 塊太陽能電池板組成,裡面放置著一臺小型電解器(一種大約洗衣機大小的裝置,利用電力將水分解為氫氣和氧氣)。車庫內牆邊有 100 個電池用於夜間供電;外面有十個丙烷罐(1970 年代的遺留物,能夠儲存 19,000 立方英尺或 538 立方米的氫氣),以及一個 Plug Power 燃料電池堆(一種混合氫氣和氧氣以產生電力和水的電化學裝置)和一個用於汽車的氫氣加註套件。
據斯特里茲基稱,在典型的夏季,太陽能電池板會吸收陽光並將其轉化為約 90 千瓦時的電力。他每天消耗約 10 千瓦時的電力來執行家裡的電器,包括一臺 50 英寸的等離子電視,以及他的三臺電腦和立體聲音響等其他現代便利設施。
剩餘的 80 千瓦時用於為電池充電(為夜間房屋供電)和為電解器供電,該電解器將純淨的自來水的分子分解為氫氣和氧氣。氧氣被排放出去,氫氣進入儲罐,在寒冷、黑暗的冬季儲存起來。從 11 月到次年 3 月左右,斯特里茲基將儲存的氫氣透過他車庫外或他車裡的燃料電池堆,為他的整棟房屋供電——唯一的廢料是水,這些水可以直接泵回系統。
“我可以用陽光和水製造燃料——而且我甚至不用水,”他指出。“如果下雨,那就是燃料。如果陽光明媚,那就是燃料。一切都是燃料。”
這棟模組化房屋——建於 1991 年——看起來像一棟典型的郊區房屋;它一流的隔熱材料和節能窗戶看起來沒什麼不同,外觀隱藏著氫動力烘乾機和地熱供暖和製冷系統,該系統將氟利昂氣體泵入地下,在冬季收集熱量,在夏季製冷。
斯特里茲基說:“地熱是另一種免費能源,”他指出,他挖掘了自家房屋下 8 英尺(2.4 米)的花崗岩,以利用地下恆定的 56 華氏度(13 攝氏度)的溫度。在夏天,他可以利用地下較低的溫度為整棟房屋降溫,在冬天,他可以捕獲那些較溫暖的溫度,並用氫氣電力驅動的熱泵進行補充。“什麼都不會浪費。”
今年,斯特里茲基幾乎沒有執行他價值 78,000 美元的霍根電解器(由康涅狄格州的質子能源系統製造,該公司生產製氫裝置),因為去年溫和的冬天讓他裝滿了儲罐。當他開啟它時,多餘的氫氣會從屋頂上的一個小管中排出,發出不禮貌的打嗝聲。
這種排出的氫氣以每小時 45 英里(72 公里)的速度在空氣中加速,離開地球——它是兩種完全逸入太空的氣體之一(另一種是氦氣),因為它比空氣輕。事實上,斯特里茲基的四分之一英寸厚的丙烷罐在充滿氫氣時比耗盡時還要輕。
當然,氫氣是一種高度易燃的氣體,但其快速逃逸減輕了斯特里茲基對它可能點燃或爆炸的擔憂。“它比任何其他氣體都分散得更快,”他指出。“氫氣不會停留在那裡等待火焰。”
斯特里茲基能源解決方案的最後一部分被稱為“創世紀”,他價值 300 萬美元的鋁製水星黑貂車,是汽車製造商福特在 20 世紀 90 年代生產的 10 輛汽車之一,用於測試這種較輕的金屬在碰撞測試中的表現。福特給了斯特里茲基這個特殊型號,以便在 2000 年參加新澤西州的太陽能汽車比賽 Tour de Sol。斯特里茲基安裝了一臺 104 馬力的電機(相比之下,豐田普銳斯的電機為 44 馬力),可以達到每小時 140 英里(225 公里)的速度。掀開引擎蓋,在電機的旁邊放著兩個燃料電池堆,它們將氫氣和氧氣轉化為水和電力,平穩而快速地推動電機前進。
這輛車從未參加過比賽,因為它沒有及時準備好,但這款獨特的汽車確實保持著單次充電行駛最遠距離的世界紀錄:401.5 英里(646.2 公里),斯特里茲基在 2001 年 12 月行駛了這段距離。如今,“創世紀”與各種成本較低的燃料電池汽車並駕齊驅:本田的新型氫動力 FCX Clarity,本週上市租賃,每月 600 美元,以及來自通用汽車的氫動力雪佛蘭 Equinox測試車隊——這是旨在確定氫動力汽車在日常生活中如何運作的試點計劃的一部分。日本和美國汽車製造商都押注這些無汙染汽車有一天會取代內燃機。
通用汽車公司研發副總裁拉里·伯恩斯表示,通用汽車致力於在未來幾年內“大規模”生產其氫燃料電池動力 Equinox,但前提是存在給它們加油的方法。目前,全美只有 122 個加氫站,而汽油和柴油加油站有 17 萬個。
這也是並非所有人都喜歡氫氣的原因之一。美國能源部前官員、物理學家約瑟夫·羅姆指出,將水分解為氫氣和氧氣,而不是直接在全電動的插電式混合動力汽車中使用電力,是在浪費時間和電力。爭論歸結為電池還是氫氣是儲存和輸送電能的更好方式。
但斯特里茲基認為,氫氣提供了電池不具備的優勢。例如,通用電氣全球研究公司發現,氫氣可能是一種比建造昂貴且成本高昂的輸電線路更好的方式,用於儲存在偏遠地區(例如北達科他州的風力發電場或新墨西哥州的太陽能陣列)產生的可再生能源電力。相反,在這些地方產生的氫氣可以透過現有的天然氣管道輸送到全國,為氫動力汽車提供燃料。
無論未來這些汽車是由氫氣還是可充電電池驅動,它們都將使用不需要汙染(且價格昂貴)的化石燃料的電機來移動。它們還會帶來另一個重要的額外好處:為汽車供電的電池或氫燃料電池也可以作為家庭的備用能源。“我可以將這輛車插入我的家並讓它執行,”斯特里茲基指出。
斯特里茲基現在正努力降低價格,使太陽能和氫氣驅動的住宅能夠讓普通消費者負擔得起。他說,由於太陽能電池板成本的下降和他自己建造房屋的經驗教訓,他可以以低至 9 萬美元的價格建造一個太陽能-氫氣系統。然而,即使按這個價格計算,與新澤西州平均每年 1,500 美元的電費相比,離網系統仍然是昂貴的,儘管這個數字每年都在增加,包括今年高達 17% 的漲幅。
但是,將汽油成本加到這個數字中——根據美國能源資訊署的資料,平均每年超過 3,000 美元——價格就變得更加合理了,尤其是因為 EIA 的資料是在汽油價格為每加侖 2 美元而不是目前的 4 美元時計算出來的。“當汽油價格為 1 美元時,這是沒有道理的,但現在是 4 美元?很多以前沒有道理的事情,現在都變得很有道理了,”斯特里茲基說。
他已經在為加勒比海地區一位富有的客戶監督建造第二個這樣的家庭能源系統——估計成本為 15 萬美元。
這位後院的修補匠還與幾位潛在客戶合作,在新澤西州、紐約州甚至科羅拉多州建造離網住宅。他已經辭去了最近的太陽能系統安裝員工作,全職專注於他共同創立的推廣這些住宅的公司:可再生能源國際。降低價格的關鍵將是更新、更好的元件技術,特別是電解槽。像華盛頓州斯波坎的 ReliOn 這樣的燃料電池製造商已經從計算機行業借鑑了經驗——採用可拆卸的獨立燃料電池,稱為“刀片”,類似於資料中心中的計算機刀片,如果出現問題可以單獨更換。
最終,這個郊區住宅可能會成為即將到來的氫電經濟的首批先驅之一——這種經濟將消除或大幅減少導致氣候變化的溫室氣體排放——或者僅僅是另一個技術死衚衕,就像巴克敏斯特·富勒的測地圓頂或戴克西翁汽車一樣。
“實現零碳足跡的唯一方法是抓住天空中的大型發電廠,”斯特里茨基說。“也許(太陽能-氫氣住宅)太貴了,也許不如他們希望的那樣高效,但沒有人說它行不通。”