Arkiv for Hydrogen

11 teknologier som neppe blir allemannseie

“Nei, vi vanlige mennesker kan neppe regne med å kunne reise til månen før i år 2000” sa Erik Tandberg til NRK i 1967. Vi er nå 15 år etter det forgjettede tusenårsskiftet, og ikke bare er det ingen vanlige mennesker som reiser til Månen. Det er ingen mennesker på vei til eller på Månen i skrivende stund, punktum finale. Kanskje, kanskje vil vi i løpet av de neste par tiårene se utfall mot Månen fra kineserne eller kommersielle aktører, men for alle praktiske formål er måneferder et avsluttet kapittel.

Med tanke på hvor mye innsiktsfullt Tandberg har sagt i norske medier i snart en mannsalder, er dette ikke blant hans mest treffsikre uttalelser. På den annen side: Godeste Tandberg er i godt selskap. Meget godt selskap. Omtrent alle som regelmessig uttaler seg om fremtiden har kommet med tilsvarende utsagn, jeg har selv gjort det oftere enn jeg klarer å holde telling på. Fordi denne typen feilspådommer dukker opp så ofte og former mediebildet av fremtiden i så stor grad, er det interessant å se litt nærmere på dem.

Hvorfor går det galt, og hva kan vi lære av det? Vel, for det første: Spådommer om at vanlige folk i fremtiden ville reise til Månen ble ikke sett på som eksentriske soloutspill den gangen. Tandberg representerte et ganske bredt konsensus om at Apollo var starten på en mer storstilt kolonisering av Månen og rommet forøvrig. Det kommer f.eks. tydelig til uttrykk i filmen “2001 – en romodyssé”, som ble til på denne tiden.

I filmens år 2001, som regissør Stanley Kubrick skapte sammen med den svært realitetsorienterte science fiction-forfatteren og ingeniøren Arthur C. Clarke, myldrer det av mennesker i store baser på Månen. Romfergen, som erstattet Apollo-fartøyene noen år senere, ble solgt inn til det amerikanske folk som en “rom-buss” som i relativt nær fremtid ville kunne ta vanlige folk med opp i rommet.

vlcsnap-2012-10-01-15h05m25s182

Den gigantiske månebasen fra “2001 – en romodyssé”

Dette er heller ikke et eksempel på “hyping”, der teknologi hauses opp av produsenter og andre som har økonomisk interesse av det. Tandberg hadde intet å tjene på å uttale at måneferder ble tilgjengelige for massene i fremtiden. Og dette handler definitivt ikke om høyttenkning med manglende grunnlag i vitenskapen. Å påstå at vi i 2000 ville reise i tidsmaskiner ville ha vært spekulativ science fiction. Å si at mange kan dra til Månen var ekstrapolering fra kjent teknologi.

Det anføres ofte sosiale eller politiske argumenter for å forklare hvorfor denne teknologiske utviklingen stoppet opp. At vi ikke lenger har viljen til den slags stordåder, at vi trenger en konkurrent lik Sovjetunionen for å lykkes og at blikket vårt nå er rettet mot de små skjermene vi har i hendene snarere enn himmelen over oss. Men dette resonnementet forutsetter at teknologien ikke har lykkes med å nå folk flest, og at vi derfor fremdeles er avhengig av en egen stemning eller en spesiell politisk situasjon som får staten til å påta seg kostnadene.

Saken er at teknologi som lykkes ikke er avhengige av slike faktorer. Ta moderne passasjerflytransport, for eksempel. Den oppsto omtrent samtidig med Apollo-prosjektet, og det fremste symbolet på billige flyreiser for folk flest – Boeing 737 – gjennomførte jomfruturen samme år som Tandberg kom med sin spådom. En 737 er vel så teknisk avansert som en moderne bærerakett. Men der 737 frakter hundretusener av passasjerer over hele kloden hver eneste dag, går det måneder mellom hver gang arbeidshesten i romprogrammet, russiske Sojuz (første bemannede ferd i… 1967) frakter et par-tre kosmonauter opp i rommet.

 

SAS_B737-600_LN-RPA_Schiphol_6122006

SAS B737-600 LN-RPA Schiphol 6122006 by Bastiaan

Forskjellen på de to er at jetpassasjerflyet er en skalerbar teknologi, en som har potensiale til å vokse og spre seg ut til alt folket. Fra å ha vært en tilbud for bemidlede i det rike Vesten, har jettransport gått til å bli tilgjengelig for alle medlemmer av den globale middelklassen. Ditto for godstransport: Selv om fly bare frakter 10% av verdens varer regnet i volum, frakter de 30% av verdien. Uten flytransport hadde vår globaliserte just-in-time-økonomi vært helt utenkelig, selvsagt.

 

ijerph-08-03777f3-1024

Skalerbarhet i praksis: Flybåren passasjer- og godstrafikk 1950-2010

Gjenbrukbarhet
Jetflyets skalerbarhet hviler på to teknologiske faktorer, som hver har gjort det mulig å bygge lønnsomme forretningsmodeller. Den første og viktigste er gjenbrukbarhet. Et passasjerfly flyr tusenvis av ganger før det trengs større overhalinger (i USA må en 737 spesialbehandles mot dekompresjonsproblemer etter 60 000 flighter). Man trenger bakkemannskap for å holde flyet i luften, men så lenge det ikke får tekniske problemer er det en begrenset gruppe ansatte som arbeider med hvert fly den korte stunden det står på bakken.

En typisk bærerakett, som koster omtrent det samme som en moderne 737 (50 – 100 millioner dollar), kan bare brukes én gang. Det kreves et omfattende støtteapparat bestående av hundrevis av ansatte som arbeider i uker på forhånd, for å forberede én eneste oppskytning. Resultatet avspeiler seg i billettprisen, som per idag er 50 millioner dollar per sete for astronauter til lav jordbane med Sojuz. Prisen for gods er også stiv, jfr denne listen over kilopriser med ulike bæreraketter: Falcon 9 $4109, DNEPR $3784, Ariane 5 $10 476, Delta IV $13 072.

I skrivende stund forsøker Tesla-gründer Elon Musk å gjøre noe med dette. Hans selskap SpaceX, som bygger Falcon 9-raketten fra listen over, utvikler en gjenbrukbar versjon av samme rakett. Det er første gang i historien at noen forsøker seg på noe slikt (USAs romferge var delvis gjenbrukbar, men baserte seg på en teknologi som nå er forlatt), og ideen er like enkel som den er elegant: istedenfor å la det første trinnet i bæreraketten falle ned til Jorden og brenne opp i atmosfæren etter bruk, lar man det være litt brennstoff igjen som gjør at raketten kan bremse opp, falle kontrollert ned til bakken igjen og lande vertikalt på en plattform.

spacex-reusable

Ferdsprofilen til SpaceX’ gjenbrukbare Falcon 9 (klikk for større)

SpaceX er nå godt i gang med å teste ut konseptet, men det er verdt å merke seg at ingen snakker gjenbrukbarhet i 737-forstand. Om SpaceX lykkes vil dette innebære at førstetrinnet etter grundige kontroller kan skytes opp igjen en håndfull ganger. Turnaround-tiden, tidsrommet fra landing til ny oppskytning, vil fremdeles regnes i uker istedenfor minutter som for passasjerfly. Musk mener han kan senke kostnaden per kilo til rommet med 90%, men det er usikkert om en slik rakett vil godkjennes for bemannede ferder. Og om så er blir virkningen at prisen til lav jordbane går fra 50 til 5 millioner dollar per passasjer.

Sikkerhet
Den andre avgjørende forutsetningen for skalerbarhet i passasjertransport er sikkerhet. Jetflytransport har vist seg å være en ekstremt trygg transportform, i skarp og tragisk kontrast til bemannede romferder. Av romfergens 132 ferder endte to med tap av alt mannskap, mens to av over 100 Sojuz-ferder har endt i katastrofe. For å sette dette i perspektiv: Dagen da dette skrives er det 420 flyavganger fra Oslo Lufthavn ifølge Avinor. Hvis flysikkerhet var som romsikkerhet, ville seks til åtte av de daglige avgangene krasje. Med svært forutsigbare konsekvenser for passasjertrafikken.

Antares-Explosion-Video

“a barely controlled explosion” – og altfor ofte ikke det en gang

Spørsmålet er om det er mulig å bedre sikkerheten i romfarten. Det kan argumenteres for at det allerede har skjedd. Siste ulykke med en Sojuz var for over 40 år siden, og man kommer aldri igjen til å bygge et passasjerfartøy lik romfergen, der astronautene ikke hadde noen fluktmuligheter hvis noe gikk galt under oppskytning. Men samtidig må vi alltid huske på dette sitatet fra tidligere NASA-sjef Aaron Cohen: “Let’s face it, space is a risky business. I always considered every launch a barely controlled explosion.”

Teknisk sett har Cohen rett. I motsetning til jetmotorer, som henter oksygenet sitt fra atmosfæren, må rakettmotorer få tilført alt oksygenet som skal forbrennes fra en tank. Brennstoff og oksydant må altså plasseres i umiddelbar nærhet av hverandre, i en konstruksjon som må være så lett som mulig for å gi maksimal nyttelast til rommet. Denne skjøre konstruksjonen blir så utsatt for voldsom vibrasjon, akselerasjon og påvirkning fra atmosfæren oppskytning. Etter oppholdet i det livsfiendlige verdensrommet, kommer gjeninntreden med hastigheter rundt 30 000 km/t, altså 40 ganger farten til et jetfly.

Poeng: Denne teknologien vil aldri kunne levere forutsigbarheten og sikkerheten passasjerer forventer når de reiser. Den vil aldri kunne skalere slik jetflyet gjorde det, og hvis stort passasjervolum er målet må det derfor helt nye løsninger til. Romheisen kan i teorien levere billig og trygg tilgang til rommet, men her har utviklingen stått på stedet hvil i en årrekke. Ingen har hittil klart å finne et passende materiale og en produksjonsteknikk for den minst 36 000 km lange kabelen som trengs for å hale og senke romkapsler opp og ned fra verdensrommet. Det er ikke sikkert at vi noensinne finner en lønnsom løsning.

Konklusjonen blir dermed enkel og (i mine øyne) brutal: Flere milliardærer vil nok følge i Dennis Titos fotspor og koste på seg en tur til lav jordbane i fremtiden, og kanskje til og med slå følge med Elon Musk til Mars. Men vanlige mennesker på tur til Månen? Definitivt ikke i 2050 – og neppe i 2100.

Andre potensielt ikke skalerbare teknologier
Prinsippet om skalerbarhet kan videreføres til andre felter av teknologien, selvsagt. I en tid som er preget av en ekstremt skalerbar teknologi (IT), og der behovet for innovasjon stadig oftere understrekes, er det ekstra viktig å minne om dette. Verden er full av oppfinnelser som fungerer flott på prototypstadiet eller i en nisje av økonomien, men som neppe vil prege vår hverdag i fremtiden.

Flygebilen. I og for seg er det intet som hindrer oss i å bygge et kjøretøy som også kan fly, men å få det til for en pris vanlige folk har råd til å betale skal bli en utfordring. Likevel er det for intet å regne mot det infrastrukturelle marerittet man står overfor når hundrevis av millioner av flygebiler suser inn mot storbyområdene våre hvor de skal ta av og lande mange ganger daglig, under alle slags værforhold. De av oss som har flyskrekk vil umiddelbart få sine bangeste anelser bekreftet igjen og igjen og igjen.

Hydrogenbilen. I prinsippet er hydrogendrevne kjøretøy, enten man bruker hydrogenet i brenselcelle eller i en motor, noe av det mest elegante man kan tenke seg. Man tager én ren komponent, kombinerer den med en annen ren komponent (atmosfærisk oksygen) og får en tredje – vann – som “avfallstoff”. I praksis er hydrogen dyrt å produsere av CO2-frie kilder og vil kreve en svært kostbar ombygging av brennstoff-infrastrukturen. Hydrogenbilens hovedproblem er likevel at elbilen har fått et så solid forsprang i kampen om å bli bensinbilens arvtaker. Elbilen har mange svakheter, men den er her nå og har en uhyre smart promotor i Elon Musk.

Super- eller hypersonisk passasjerflytransport. Riktignok viste Concorde at det var mulig å fly passasjerer med to ganger lydens hastighet. Men Concorde demonstrerte også hvor vanskelig det er å bygge og vedlikeholde et fly som flyr så fort at varmeutvidelse fra friksjon får skroget til å strekke seg tre desimeter. Den særegne konstruksjonen drev kostnadene i været, og flyet ble aldri noe mer enn et nisjeprodukt for rike. Med økende hastighet baller de tekniske problemene på seg, i den grad at vi etter femti år med forskning ikke er i nærheten av å mestre hypersonisk fart (over 5 ganger lydhastigheten). Om vi en dag lykkes, vil Concorde-faktoren gjøre det til et produkt for superrike og militære.

 

temperature

Temperatur var en hovedårsak til at Concorde ble et nisjeprodukt

Menneskelignende tjener-roboter. Nok en science fiction-favoritt, og et teknologisk konsept man har kommet ganske langt i utviklingen av i Japan, jamfør Hondas Asimo-robot. Men Asimo eksemplifiserer også hovedproblemet som må løses før humaniforme roboter blir vanlige: å gjøre roboten smart nok til at den kan operere helt på egen hånd i det komplekse miljøet mennesket ferds i. Vi kommer sikkert dit at slike roboter blir mulige, men på det tidspunktet vil de være utkonkurrert av billigere smarthus-teknologi. På den annen side kan det godt oppstå et marked for nisjeprodukter som sexboter, for eksempel.

Thoriumkraftverk og annen avansert kjernekraft. Selv om dette statistisk sett både er ren og trygg energi, har kjernekraftindustrien et imageproblem som ikke viser noen tegn til å dabbe av. Sjeldne, men spektakulære ulykker, høye kostnader og frykt for spredning av atomvåpen vil hindre kjernekraft i å skalere.

Fusjonskraft. Den ultimate stabile energikilde har vist seg å være veldig vanskelig å få til. Fysikken som trengs for å holde hundre millioner grader varmt glødende plasma samlet lenge nok til at atomene i plasmaet smelter sammen og lager energi er velkjent, men den samme fysikken forteller oss at plasma som hovedregel vil gjøre alt det kan for å unnslippe. Det skorter ikke på penger og teknologi. I dette øyeblikk pågår arbeidet med å bygge den internasjonale prøvereaktoren ITER, som så langt har kostet over 16 milliarder dollar. Lykkes ITER har vi kanskje kommersiell fusjonskraft om 50 år. Problemet er at man har sagt det i godt over 50 år nå. Det er meget mulig at man sier det samme om nye 50 år.

Fabrikker på skrivebordet. Utviklingen av 3D-printere går raskt fremover, med fallende priser og stadig flere materialer det kan printes med. Spørsmålet er ikke om 3D-printere vil være i bruk, men hvilken rolle de vil få. I prinsippet vil fremtidens 3D-printere kunne lage svært mye av det vi trenger i det daglige, fra kniver og kopper til elektronikk og skruer. I praksis vil dette bli en ny runde i den gamle kampen mellom fabrikken og landsbysmeden, industrialisert masseproduksjon versus lokal produksjon. Det er rimelig å anta at industrien også vil vinne neste runde, dels fordi storskala generelt slår småskala på pris og effektivitet, men kanskje særlig fordi kunden slipper å gjøre noe som helst. Convenience is king.

 

New_crops-Chicago_urban_farm

Bybruk på taket av en bygning i Chicago (kilde: Wikipedia)

Bybruk eller “urban agriculture” havner i samme kategori av noenlunde samme grunn. Bybruk vil nødvendigvis måtte drive i liten skala på eller i lokaler som ofte krever store investeringer, og de konkurrerer med en industri som med 10 000 år gamle røtter. Så selv om dagens prøveprosjekter kan utvikle seg til å bli en attraktiv nisjekategori for storbyenes matbevisste middelklasse, vil mesteparten av maten folk flest spiser i fremtiden komme fra konvensjonelle kilder (dog med et økende innslag av genmodifiserte organismer).

CO2-absorberende klimateknologi. Mens det er relativt enkelt og billig å senke Jordas temperatur ved å dumpe svoveldioksid i den øvre atmosfæren, er det umåtelig mye mer krevende å redusere mengden CO2 i atmosfæren ved å absorbere det menneskeskapte overskuddet. Forsøkene som så langt er gjort med karbonfangst viser at det lar seg gjøre for punktkilder, men en generell reduksjon av dagens CO2-nivå til førindustrielt nivå krever tiltak i en enormt mye større skala. Ikke bare skal man fange opp og deponere de mer enn 30 milliarder tonn som slippes ut årlig, man skal også absorbere langt større volum “gammel” CO2. Hvem som skal betale for dette og hvor karbonet skal deponeres er politiske problemer som kommer i tillegg til de nærmest uoverstigelige tekniske. Vårt beste håp om en teknisk løsning ligger antagelig i David Keiths forslag om “Patient Geoengineering”. 

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Oculus Rift: Ikke klar til å ete TV levende (kilde: Wikipedia)

Avansert virtuell virkelighet. Virtuell virkelighet (Virtual Reality) ble opprinnelig lansert på 1990-tallet, før det forsvant og dukket opp igjen relativt nylig. Teknologien som utvikles av selskaper som Samsung og Oculus/Facebook er utvilsomt av en helt annen kvalitet enn førstegenerasjons-utstyret. Spørsmålet her er ikke om VR finner interessante applikasjoner innen f.eks. spill og forskning, men om det blir et produkt for folk flest. Om det blir slik Arthur C. Clarke sa det for mange tiår siden, at “Virtual Reality won’t merely replace TV, it will eat it alive.” Og der er jeg langt mer skeptisk. VR er ikke bare et mer komplekst produkt å bruke, det krever også en annen og langt dyrere produksjonsteknikk, er inkompatibelt med den enorme backlogen av visuelle medier produsert frem til nå, og er grunnleggende usosialt der TV er det motsatte.

 

Share/Bookmark

Hydrogenbilen parkert for godt?

For et par dager siden gravla i praksis den amerikanske energiministeren Steven Chu landets satsing på hydrogendrevne biler, melder Discover Magazine og Technology Review. Ifølge CNET News har Chu begrunnet et kutt i all satsing på annet enn stasjonære brenselcelle-anlegg slik i en kommentar til 2010 års energibudsjett:

We asked ourselves, ‘Is it likely in the next 10 or 15, 20 years that we will convert to a hydrogen car economy?’ The answer, we felt, was ‘no’.

Selv om dette ikke behøver å hindre en skeptisk bilindustri i å videreutvikle hydrogenbilen, innebærer det at verdens viktigste økonomi har valgt å prioritere plugin-hybrider og konvensjonelle elbiler. Selv om enkelte amerikanske miljøvernere argumenterer for at man bør satse på alle teknologier samtidig, er beslutningen lett å forstå og forsvare sett i lys av krisen og det manglende utviklingspotensialet.

Ja, for man kommer ikke unna at hydrogenbiler ligger etter konkurrentene på to avgjørende områder: drivstoffproduksjon og infrastruktur. Elbilen ligger best an: å produsere nok CO2-nøytral strøm og sørge for nok ladepunkter til alle elbiler, handler hovedsaklig om å skalere opp velkjent teknologi. Biobrensel har sine problemer på produksjonssiden, men om man får det til kan CO2-nøytrale plugin-hybrider benytte seg av det eksisterende nettverket av bensinstasjoner, f.eks.

dsc_8608_11

DNV Fuel Fighter. Kilde: www.fuelfighter.no

I kontrast til dette er vi ennå svært langt unna hydrogenproduksjon i stor skala som ikke er baserer seg på naturgass, og problemene med å transportere og lagre hydrogen medfører at man må bygge ut en helt ny infrastruktur som kan skille seg radikalt fra den vi kjenner idag. Det er det gamle problemet om skalerbarhet igjen: i laboratoriet er hydrogenbilen den beste teknologien av alle. På virkelighetens veier kommer den til kort i overskuelig fremtid.

Hvilket ikke betyr at vi ikke bør verdsette den norske seieren i Shell Eco Marathon nylig, der ti studenter fra NTNU vant med hydrogenbilen DNV Fuel Fighter. Effektiviteten (selv når man tar høyde for en dødvekt på 70-80 kg) på 0,01 liter bensinekvivalenter per mil er imponerende, og gir et hint om hvor mye mer energisnåle enn plugin-hybrider hydrogenbiler kan bli.

Men det er greit å ha in mente at DNV Fuel Fighter er bygd i et land med enorme reserver av det viktigste utgangspunktet for hydrogenproduksjon, og offentlige og private midler nok å investere i kostbare prosjekter som HyNor. Obama-administrasjonen er i en ganske annen situasjon enn regjeringen Stoltenberg – den har blant annet en langt større bilindustri enn Think-produsenten å redde.

Algeballonger som hydrogenkilde?

Hydrogen er fremtidsdrivstoffet som lar vente på seg, blant annet fordi produksjonen er energikrevende, og lagring og transport komplisert. Kanskje løsningen kan ligge i biologien, spesifikt algekultur. Designgruppen 20/2 Collaborative har lansert et forslag om å la alger i varme og grunne dammer produsere hydrogen, som så samles opp i soppformede ballonger. Algedammene er i utgangspunktet langt mindre effektive enn f.eks. et stort produksjonsanlegg som baserer seg på elektrolyse av vann, men til gjengjeld kan produksjonen gjøres desentralisert ved å utnytte lokale avfallstoffer som f.eks. kloakk fra et boligstrøk.

På steder hvor man har lett tilgang til varmt vann – som i Island og tropiske strøk – vil produksjonen også være energisnål. En ti meter stor dam med grønne alger skal ifølge 20/2-gruppen være nok til å produsere hydrogen til 12 biler – Inhabitat.com har flere detaljer. Selv om dagens alger ikke er effektive nok (og mange tror de aldri vil bli effektive nok), foregår det forskning som på sikt kan føre til “super-alger” som kan produsere minst ti ganger mer hydrogen enn dagens varianter. Umiddelbart er det lett å se flere innvendinger mot konseptet, som holdbarhet i sterk vind eller faren for eksplosjon som følge av et uhell eller hærverk – hydrogenballonger som står rundt om i by- og boligstrøk vil bli et fristende mål for vandaler.

Men det er også mulig å se for seg algebasert produksjon i stor skala, som vil gi langt bedre kontroll: En algedam på størrelse med delstaten Texas vil være nok til å produsere nok hydrogendrivstoff til hele kloden med dagens effektivitet. I det større perspektivet kan forskningen på algedammer sees på som en del av den mye bredere forskningen på bioreaktorer, som kan føre til mye interessant teknologi i tiårene framover.