Czy Elon Musk ma rację, czy źle, odrzucając stosowanie wodoru do niskoemisyjnego magazynowania energii?

Kontekst zmienia się z energii kopalnej na odnawialną. Jednym z kluczowych aspektów jest transport pojazdami benzynowymi lub wysokoprężnymi i przejście na silniki elektryczne napędzane akumulatorami lub wodorem. Przemysł paliw kopalnych powinien być zaniepokojony wydajnością i kosztami zrównoważonego transportu, ponieważ od tego zależy szybkość transformacji, która prawdopodobnie wpłynie na spadek wydobycia ropy naftowej i być może samego przemysłu naftowego i gazowego.

Elon Musk zna się na bateriach. Buduje je: po jednej stronie napędzają samochody i ciężarówki, a po drugiej giganty na skalę sieci, które przechowują i stabilizują energię elektryczną dla setek domów i przedsiębiorstw komercyjnych.

W zeszłym tygodniu, 12 maja 2022 r., Musk powiedział wodór „jest najgłupszą rzeczą, jaką mogłem sobie wyobrazić do przechowywania energii”. To nie pierwszy raz, ponieważ Musk wygłaszał podobne negatywne komentarze w ostatnich latach. Kilka lat temu Musk powiedział dziennikarzom, że wodorowe ogniwa paliwowe są „niezwykle głupie”.

Głupi komentarz dotyczący przechowywania wodoru był obszernym stwierdzeniem. Czy Musk miał na myśli magazynowanie energii elektrycznej w skali sieci? Lub do przechowywania w pojazdach elektrycznych — pojazdach elektrycznych, takich jak samochody ciężarowe i autobusy? Lub oba?

Przyjrzyjmy się bliżej zastosowaniom energii wodorowej i jej roli w magazynowaniu energii elektrycznej w przeciwieństwie do akumulatorów.

Przechowywanie wodoru w skali siatki.

Na pierwszy rzut oka wydaje się, że Musk mówił o magazynowaniu energii elektrycznej na skalę sieciową, ponieważ mówił o ogromnych zbiornikach ciekłego lub gazowego paliwa wodorowego, które byłyby potrzebne do magazynowania wodoru. Kolejny raport popiera to.

Ale nie zapomnij o dużych bateriach Tesli
TSLA
kompilacje w skali siatki są również ogromne. W tym czasie największa duża bateria na świecie został zbudowany przez Teslę w 2017 roku w Hornsdale w Australii w celu magazynowania 100 megawatów (MW) energii elektrycznej. W 2020 roku został zmodernizowany do 150 MW.

Akumulator przechowuje i stabilizuje energię z farm wiatrowych, które wytwarzają energię elektryczną w Australii Południowej prawie bezemisyjną. Bateria może zasilać 8,000 24 domów przez 30,000 godziny lub ponad XNUMX XNUMX domów przez godzinę.

Ale Musk mógł mówić o wodorze jako źródle zasilania w samochodach i ciężarówkach…

Energia wodorowa dla samochodów osobowych i ciężarowych EV.

Zdecydowanie najczęstszym źródłem zasilania pojazdów elektrycznych jest energia elektryczna przechowywana w akumulatorach.

Ale elektryczność może być pozyskiwana z chemicznego ogniwa paliwowego, w którym wodór reaguje z tlenem w ogniwie przypominającym akumulator, wytwarzając energię elektryczną i wodę. Istnieje wiele różnych typów ogniw paliwowych. Ale wodór jest łatwopalny i może spowodować pożar lub wybuch. Ogniwo paliwowe może być niebezpieczne, zwłaszcza w przypadku awarii pojazdu elektrycznego.

Wodorowe ogniwa paliwowe mają pewne zalety: (1) znacznie większą gęstość magazynowania energii niż akumulatory litowo-jonowe, (2) większy zasięg jazdy, (3) są lżejsze i zajmują mniej miejsca oraz (4) znacznie krótszy czas ładowania.

W kłopotliwym komentarzu na Twitterze, 1 kwietnia tego roku, Piżmo zapowiedziane że wprowadzi samochody Tesli wykorzystujące wodorowe ogniwa paliwowe. Wygląda to na sprytny żart primaaprilisowy.

Podstawowe zalety i wady akumulatorów EV w porównaniu z wodorowymi ogniwami paliwowymi zostały udokumentowane. Oto podsumowanie:

„Nowoczesny akumulator samochodowy może przechowywać 250 watogodzin energii na każdy kilogram litowo-jonowy. Tymczasem kilogram wodoru ma 33,200 100 tych watogodzin na kilogram. Nie, to nie pomyłka. Tak, wodór ma ponad XNUMX razy większą gęstość energii niż akumulator litowo-jonowy”.

„Pojazdy elektryczne zasilane akumulatorami są fenomenalnie wydajne. W zależności od modelu mogą pochwalić się sprawnością od studni do koła na poziomie około 70 do 80 procent. Dla porównania, pojazd elektryczny napędzany wodorowymi ogniwami paliwowymi (FCEV) jest zdecydowanie oszczędny, a jego ogólna sprawność wynosi około 30 do 35 procent… Faktem pozostaje, że przekształcanie energii elektrycznej w wodór tylko po to, by następnie przekształcić go z powrotem, nigdy nie będzie tak wydajne, jak bezpośrednie zasilanie baterii”.

Według tego raportu krótszy czas tankowania jest tym, co oszczędza wodorowe ogniwa paliwowe. Obecne stacje ładowania wymagają około 6 godzin, aby zatankować naczepę napędzaną akumulatorem o zasięgu 500 mil. Ale Toyota i Kenworth mają już naczepy napędzane wodorem, które można zatankować w 15 minut. To rewolucja w bezemisyjnym transporcie długodystansowym.

Ciężarówki na wodór firmy Hyzon.

Chociaż akumulatory litowo-jonowe są komercyjnym rynkiem dla pasażerskich i innych lekkich pojazdów elektrycznych, energia wodorowa jest testowana w transporcie długodystansowym z lżejszym układem napędowym.

Hyzon Motors to firma z Rochester w stanie Nowy Jork rozwija ogniwa paliwowe i buduje ciężarówki. Po 20 latach badań Hyzon opracował stosy ogniw paliwowych, które mają najwyższą moc na świecie, są lżejsze o około połowę i tańsze o połowę.

Oczekiwano, że ciężarówki pilotażowe wyjadą na drogi w tym roku, 2022. W przypadku najmniejszej ciężarówki na jednym stojaku można przechowywać 5 butli z wodorem. Druga wersja jest przeznaczona do przechowywania 10 butli z wodorem na dłuższe podróże.

Inne zapotrzebowanie na paliwo wodorowe.

W przejściu od energii kopalnej do energii odnawialnej istnieją tak zwane sektory trudne do zmniejszenia, których nie można łatwo zelektryfikować w celu wykorzystania zielonej energii elektrycznej.

Podobnie jak ciężarówki dalekobieżne, samoloty i statki są przypadkami, w których akumulatory byłyby zbyt duże lub zbyt ciężkie do przenoszenia. Wodór zawiera około trzy razy więcej energii na kilogram oleju napędowego lub benzyny.

Przemysłowe piece opalane węglem są zbyt gorące lub zbyt drogie, aby można je było ogrzewać ekologiczną energią elektryczną. Zamiast węgla, ropy naftowej lub gazu ziemnego wodór może działać jako paliwo do dostarczania ogromnej ilości ciepła potrzebnego w wielkich piecach stworzyć zieloną stal. Szwedzki producent stali SSAB AB łączy siły z Volvo Cars w celu opracowania stali wolnej od paliw kopalnych. Volvo będzie pierwszą firmą motoryzacyjną, która przetestuje i zastosuje zieloną stal w samochodzie koncepcyjnym. Rozpoczęcie komercyjnej produkcji zielonej stali planowane jest na 2026 rok.

Zielony kontra niebieski wodór.

Zielony wodór jest wytwarzany przez elektrolizę wody, ale jest to nieefektywne. Według Muska, ilość wymaganej energii – elektryczność, która idealnie powinna być zielona, ​​plus energia do sprężania i skroplenia wodoru – jest oszałamiająca.

Niebieski wodór to alternatywna forma wykonana z metanu. 99% produkowanego obecnie wodoru to niebieski wodór, ponieważ jest znacznie tańszy niż zielony wodór. Ale jest to fałszywe założenie, gdy jest oferowane jako bezemisyjne rozwiązanie do przechowywania paliwa lub energii.

Gazowy metan jest wykorzystywany jako surowiec w procesie wytwarzania błękitnego wodoru. Metan pochodzi z wiercenia i szczelinowania odwiertów gazowych lub naftowych, gdzie spalanie gazu i wycieki metanu w odwiertach i rurociągach mogą znacznie przyczynić się do globalnego ocieplenia. Tak więc jedna gazowana energia kopalna jest wykorzystywana do produkcji wolnego od węgla wodoru z energii.

Ale nie jest całkowicie wolny od węgla, ponieważ chemiczny rozkład metanu prowadzi do powstania wodoru i produktu ubocznego, CO2, który sam jest głównym gazem cieplarnianym (GHG), którego należy się pozbyć.

Pomiędzy tymi dwoma negatywami leży paliwo wolne od węgla, które spala się, wytwarzając tylko wodę. Jednym ze sposobów usprawnienia procesu jest pozyskiwanie metanu ze źródeł biogazu, takich jak na przykład wysypiska śmieci lub obornik.

Wodór jest przenośny.

Międzynarodowa Agencja Energii (IEA) wskazał na jeszcze jedną zaletę magazynowania wodoru. Jest zwarty jak płyn i można go ostrożnie transportować na duże odległości. Na przykład kraje takie jak Australia z dużymi źródłami odnawialnych źródeł energii słonecznej i wiatrowej mogłyby wytwarzać wodór za pomocą elektrolizy i transportować go tankowcami do pozbawionych energii miast w Azji Południowo-Wschodniej.

Produkcja wodoru w Nowym Meksyku

BayoTech to firma, która faktycznie produkuje paliwo wodorowe w Nowym Meksyku. BayoGas Hub rości sobie pretensje do mniejszego i bardziej wydajnego generatora, dzięki któremu wodór jest tańszy i ma mniejszy ślad węglowy niż duże scentralizowane elektrownie, które dostarczają wodór do producentów chemikaliów i rafinerii.

Surowcami mogą być czysty gaz ziemny lub inne odnawialne źródła biogazu, które mogą wytwarzać wodór o ujemnej emisji dwutlenku węgla.

W 2022 r. w Stanach Zjednoczonych zostaną uruchomione trzy węzły wodorowe, z planami rozszerzenia sieci na Wielką Brytanię i świat. Każdy z hubów wodorowych w sieci BayoTech produkuje dziennie 1-5 ton wodoru. Wodór jest dostarczany lokalnie w wysokociśnieniowych przyczepach transportowych przewożących butle gazowe.

W ramach planów transportu zbiorowego miasto Champaign-Urbana w stanie Illinois dysponuje rosnącą flotą autobusów elektrycznych z napędem hybrydowym i wodorowymi ogniwami paliwowymi. W 2021 roku miasto wdrożyło dwa autobusy napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi.

Przed ukończeniem budowy generatora wodoru na miejscu. Firma BayoTech została wezwana do dostarczenia przenośny wodór w wysokociśnieniowych ciężarówkach transportowych, które ładowały ogniwa paliwowe, aby pracownicy mogli przetestować autobusy.

Według BayoTech, autobusy napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi działają równie dobrze jak konwencjonalne autobusy z silnikiem Diesla, ale nie emitują gazów cieplarnianych z rury wydechowej. Przewaga nad silnikami elektrycznymi zasilanymi akumulatorami obejmuje zasięg 300 mil, czas tankowania wynoszący zaledwie 10 minut oraz stacje paliw, które mogą pomieścić do 100 autobusów.

Warto zauważyć, że duża część pieniędzy — 8 miliardów dolarów — została przeznaczona w ustawie o infrastrukturze z 2021 r. piasty wodorowe, co najmniej cztery z nich, w całych Stanach Zjednoczonych.

Wodorowa wizja BP w Teesside w Wielkiej Brytanii.

W 2020 r. bp przekształciło się na nowo w zintegrowaną firmę, jak podsumowano w Energy Outlook 2020.

Ich najnowszym przedsięwzięciem w zakresie energii odnawialnej jest wodór Teesside, odnoszący się do centrum przemysłowego na północno-wschodnim wybrzeżu Anglii.

Połączenia wizja jest dla Teesside stać się głównym węzłem wodorowym dla transportu w lotnictwie, żegludze i ciężkich samochodach ciężarowych – we wszystkich sektorach, w których trudno jest korzystać z energii z baterii. Ale koncepcja obejmowałaby również energię dla branż trudnych do ograniczenia, takich jak produkcja cementu i stali.

Oryginalny plan, o nazwie H2Teesside, miał generować niebieski wodór przez rozkład metanu, CH4, podczas gdy produkt uboczny CO2 byłby wychwytywany i zakopywany pod powierzchnią oceanu w procesie zwanym CCS.

Niedawny dodatek HyGreen elektrolizowałby wodę zielony wodór i tlen. Jest to droższe ze względu na koszt elektrolizy i czystej energii elektrycznej, jeśli jest używana.

Bp ma podpisał porozumienie z Daim
DAI
mler Truck zainicjuje infrastrukturę wymaganą dla ciężarówek napędzanych wodorem z ogniwami paliwowymi w Wielkiej Brytanii.

Projekty Teesside firmy bp pokrywają się z celami rządu Wielkiej Brytanii. Łącznie HyGreen i H2Teesside mogą wygenerować 1.5 GW produkcji wodoru i dostarczyć 30% rządowego celu 5 GW do 2030 r.

Na wynos.

Istnieją dwa duże negatywy, które utrudniają korzyści płynące z niebieskiego wodoru i pozostawiają go ze znacznym śladem węglowym. Zielony wodór jest obecnie zbyt drogi.

Zgodnie z Rystad Energy, niedrogiego i bardziej ekologicznego przemysłu paliwowego, który jest obecnie drogi, będzie za mało i za późno. Do 2050 r. tylko 7% światowej energii będzie stanowić wodór, który będzie obsługiwał niszowy przemysł paliwowy dla lotnictwa, transportu morskiego oraz fabryk metali i chemikaliów.

Pomimo ograniczonych prognoz Rystada dotyczących przyszłości wodoru i potępienia wodoru przez Elona Muska jako magazynu energii, wydaje się, że wodór będzie odgrywał aktywną rolę w magazynowaniu energii.

Projekty wodorowe na małą i dużą skalę są na etapie planowania lub już działają, a dalsze innowacje umocnią wartość wodoru jako niszowego elementu niskoemisyjnej przyszłości.