Możemy poprawić ekonomikę nowych czystych technologii — tak jak zrobiliśmy to z odnawialnymi źródłami energii

Przez Mitsubishi Power Americas

Obecnie wokół potrzeby dekarbonizacji kształtuje się globalny konsensus. Ale jest punkt sporny: koszt.

Osiągnięcie celów klimatycznych będzie wymagało zrównoważonych rozwiązań, co oznacza, że ​​muszą one zapewniać rozsądną ekonomię wraz z niskimi lub zerowymi emisjami. Aby zapewnić powszechne i terminowe przyjęcie, opcje takie jak czysty wodór muszą być dostępne, niezawodne i niedrogie.

Energetyka ma do dyspozycji narzędzia, które to umożliwiają.

Sektor ten ma dłuższe i bardziej udane osiągnięcia w opracowywaniu i komercjalizacji czystych technologii, niż mu się wydaje, mówi Michael Ducker, starszy wiceprezes ds. Delta, Utah. Zaznacza, że ​​historia dzisiejszego sektora energii odnawialnej to historia branż współpracujących ze sobą w celu rozwiązania problemów skali, wydajności i kosztów, co umożliwiło rosnący rynek tak bardzo potrzebnych innowacji.

To historia warta powtórzenia.

Zmniejszanie kosztów

W latach 2005-2020 roczna stopa emisji w amerykańskim sektorze energetycznym drastycznie spadła — 40% poprawa. Technologie, które spowodowały redukcje, przebiegały według podobnego schematu: gdy cena nowej technologii staje się wystarczająco niska, aby uzasadnić jej przyjęcie, pojawia się popyt i technologia zaczyna się rozwijać.

„Jeżeli w 2050 roku w sektorze energetycznym musimy osiągnąć zero netto, jest to wykonalne. Ale nie możemy popadać w samozadowolenie”. – Drummi Bhatt, wiceprezes ds. analizy rynkowej i strategii, Mitsubishi Power Americas

Rozważ energię słoneczną. Od 2010 roku koszt systemów fotowoltaicznych na skalę użytkową ma upadły 82%, zwiększając globalną zainstalowaną moc fotowoltaiczną z około 40 gigawatów w tym roku do ponad Gigawatty 700 w 2020 roku.

Cena i przyjęcie akumulatorów litowo-jonowych wykazują a podobna zależność odwrotna. Ceny baterii spadły o 85% w latach 2010-2018, podczas gdy światowa produkcja samochodów elektrycznych gwałtownie wzrosła, od znikomych liczb do łącznie ponad siedmiu milionów samochodów na drogach w 2019 r.

Dynamika ta wystąpiła również w elektrowniach gazowo-parowych z turbinami gazowymi, ponieważ cena gazu ziemnego spadła. W latach 2005-2020 cena spadł o 80%.

Lekcja na dziś jest następująca: „Jeśli w perspektywie 2050 r. mamy w sektorze energetycznym osiągnąć zero netto, jest to wykonalne” — mówi Drummi Bhatt, wiceprezes ds. analizy rynku i strategii w Mitsubishi Power Americas. „Ale nie możemy w żaden sposób popadać w samozadowolenie — musimy nadal zwiększać wydajność z prawdziwym poczuciem pilności, aby pozostać na dobrej drodze”.

Narzędzia zwiększające przystępność cenową

W porównaniu z innymi technologiami magazynowania, ekologiczny wodór, wytwarzany z wykorzystaniem energii odnawialnej, jest już opłacalny w przypadku długoterminowego magazynowania energii. Na przykład analiza pokazuje, że akumulatory litowo-jonowe są najbardziej ekonomiczne przy czasie działania nieprzekraczającym ośmiu godzin, podczas gdy ekologiczny wodór jest opłacalny przy dłuższym czasie działania, od 12 godzin do dni, tygodni, miesięcy, a nawet sezonów.

Jako paliwo wodór osiągnął podobny punkt przegięcia na krzywej kosztów, jak akumulatory wiatrowe, słoneczne i litowo-jonowe, mówi Ducker. Koszt produkcji, przechowywania i transportu ekologicznego wodoru stanowił główną przeszkodę w powszechnym przyjęciu go jako paliwa bezemisyjnego. Wraz ze spadkiem kosztów wodór staje się jeszcze bardziej efektywny jako rozwiązanie do magazynowania energii. Branża ma do dyspozycji różnorodne narzędzia, które pozwalają zwiększyć przystępność cenową.

Ducker uważa, że ​​jesteśmy bliscy poczynienia niezbędnych postępów, zwracając uwagę na kilka kluczowych czynników, które obniżą koszty produkcji i zbudują rynek:

Zwiększenie pojemności

Podstawową technologią wytwarzania zielonego wodoru jest elektroliza, która wykorzystuje energię odnawialną do przekształcania wody w wodór i tlen. Proces ten jest kosztowny, ponieważ skala produkcji pozostaje stosunkowo niewielka — nawet największe obecnie uruchamiane obiekty spodziewają się wyprodukować mniej niż 25 megawatów.

Tak jak zapotrzebowanie na energię wiatrową skłoniło producentów turbin wiatrowych do przejścia z mniejszych 1-megawatowych turbin na modele 5- i 10-megawatowe, tak rosnące zapotrzebowanie na zielony wodór, aby pomóc w osiągnięciu celów zerowej emisji netto, zachęci producentów elektrolizerów do budowy większych jednostek i skalowania ich produkcja.

„Świat nigdy wcześniej nie potrzebował elektrolizera o mocy 200 megawatów” — mówi Ducker. Ale teraz tak jest. Wraz ze wzrostem mocy produkcyjnych koszty będą spadać.

Do tego momentu w 2021 roku Koalicja Zielonego Wodoru we współpracy z Los Angeles Department of Water and Power (LADWP) i innymi kluczowymi partnerami uruchomił HyDeal LA osiągnięcie do 1.50 r. zamówień na ekologiczny wodór na dużą skalę po cenie 2030 USD/kilogram w Zagłębiu Los Angeles.

Poprawa wydajności produkcji

Branża wiatrowa, słoneczna i akumulatorowa uzyskała korzyści skali, zwiększając produkcję. W szczególności automatyzacja produkcji znacznie obniżyła koszty wytwarzania.

Ducker spodziewa się, że coś podobnego stanie się z wodorem. Postępy w automatyzacji i tanich metodach produkcji stworzą cykl, w którym te usprawnienia obniżą koszty, prowadząc do większych inwestycji i produkcji, zwiększenia podaży i tworzenia dalszej wydajności — a wszystko to jeszcze bardziej obniży koszty, pomagając w zwiększeniu adopcji.

Obejmując postęp technologiczny

Energia odnawialna ma kluczowe znaczenie dla produkcji ekologicznego wodoru. W rezultacie wszystko, co obniża koszty energii odnawialnej przy jednoczesnym zwiększeniu ich dostępności – na przykład poprawa skali i wydajności energii słonecznej i wiatrowej – może pomóc ekonomice ekologicznego wodoru.

Co więcej, nowe technologie przekształcające turbiny gazowe w zasilane ekologicznym wodorem stworzą na nie popyt ze strony producentów energii, którzy zobowiązali się do obniżenia emisji, co doprowadzi do zwiększenia produkcji. Zwiększona podaż z kolei może sprawić, że duże ilości zmagazynowanego zielonego wodoru będą dostępne dla energochłonnych gałęzi przemysłu, które są trudne do dekarbonizacji, takich jak transport, stal i beton. Podobnie usprawnienia systemowe w jednym sektorze mogą przekładać się na inne sektory.

Inne dźwignie, które mogą pobudzić produkcję

Istnieją inne czynniki, które również mogą przyczynić się do obniżenia kosztów, od zachęt politycznych dla producentów wodoru po ulgi podatkowe na wykorzystanie energii odnawialnej. Rozwój polityki w zakresie energii odnawialnej na szczeblu regionalnym może również przyczynić się do obniżenia kosztów poprzez zwiększenie bazy klientów i dalsze wykorzystanie korzyści skali.

W miarę umacniania się równania kosztów i korzyści związanego z ekologicznym wodorem tego rodzaju zachęty i porozumienia jeszcze bardziej przyspieszą jego ewolucję. „Większość technologii czystej energii, z którymi pracujemy, spadła w dół krzywej kosztów szybciej, niż ktokolwiek się spodziewał”, mówi Bhatt.

POWIĄZANA ZAWARTOŚĆ

Czy synteza jądrowa może dać nam nieograniczoną energię bez emisji?

Porady dla młodych inżynierów: wykorzystaj dzisiejszą okazję związaną z zieloną technologią

Od science fiction po halę produkcyjną: te 3 roboty zwiększają bezpieczeństwo logistyki

Elementy znajdujące się pod kontrolą przemysłu, takie jak postęp technologiczny i ekonomia skali, są łatwiejsze do przewidzenia niż dotacje rządowe. Ale światowa przyszłość bezemisyjna netto zależy od wszystkich tych współtwórców, zarówno w celu rozwiązania technicznych wyzwań związanych z przełomowymi innowacjami, jak i poprawy ekonomii na tyle, aby zachęcić do korzystania z nowych technologii. Na szczęście wszystkie te elementy są w toku, a postępy na każdym froncie dają powody do optymizmu.

O autorze

Mitsubishi Power Americas to marka rozwiązań energetycznych należąca do Mitsubishi Heavy Industries.