Are Elon Musk dreptate sau greșită să respingă utilizarea hidrogenului pentru stocarea energiei cu emisii scăzute de carbon?

Contextul trece de la energia fosilă la sursele regenerabile. Un aspect cheie al acestui lucru este transportul prin vehicule pe benzină sau diesel și trecerea acestuia la motoare electrice conduse de baterii sau hidrogen. Industria combustibililor fosili ar trebui să fie preocupată de eficiența și costul transportului durabil, deoarece aceasta va determina viteza tranziției, care va afecta probabil declinul producției de petrol și poate chiar industria petrolului și gazelor.

Elon Musk știe bateriile. El le construiește: pentru a propulsa mașini și camioane, la un suport de cărți, pentru a niște mașini la scară rețelei care stochează și stabilizează energia electrică pentru sute de case și întreprinderi comerciale, la celălalt suport de cărți.

Săptămâna trecută, 12 mai 2022, Spuse Musk hidrogenul „este cel mai prost lucru pe care mi l-am putut imagina pentru stocarea energiei”. Nu este prima dată, deoarece Musk a făcut comentarii negative similare în ultimii ani. În urmă cu câțiva ani, Musk le-a spus reporterilor că pilele de combustie cu hidrogen erau „extrem de proaste”.

Comentariul stupid de stocare a hidrogenului a fost o declarație cuprinzătoare. Se referea Musk la stocarea electrică la scară de rețea? Sau la depozitarea în vehicule electrice - vehicule electrice, cum ar fi mașini, camioane și autobuze? Sau amândouă?

Să aruncăm o privire mai profundă asupra aplicațiilor energiei hidrogenului și a rolului său în stocarea energiei electrice, spre deosebire de baterii.

Stocarea hidrogenului la scară de rețea.

La prima vedere, se pare că Musk vorbea despre stocarea energiei electrice la scară de rețea, pentru că a vorbit despre rezervoare uriașe de combustibil lichid sau gazos cu hidrogen care ar fi necesare pentru stocarea hidrogenului. Un alt raport sprijină acest lucru.

Dar nu uitați de bateriile mari pe care Tesla
TSLA
build-urile la scară de grilă sunt, de asemenea, uriașe. La acea vreme, cea mai mare baterie din lume a fost construit de Tesla în 2017, în Hornsdale, Australia pentru a stoca 100 de mega wați (MW) de energie electrică. În 2020 a fost modernizat la 150 MW.

Bateria stochează și stabilizează energia din parcurile eoliene care produc electricitate în Australia de Sud aproape fără carbon. Bateria poate alimenta 8,000 de case timp de 24 de ore sau mai mult de 30,000 de case timp de o oră.

Dar Musk ar fi putut vorbi despre hidrogen ca sursă de energie în mașini și camioane...

Energie cu hidrogen pentru vehiculele electrice auto și camioane.

De departe, cea mai comună sursă de energie pentru vehiculele electrice este electricitatea stocată în baterii.

Dar electricitatea poate fi obținută dintr-o celulă de combustie chimică în care hidrogenul reacționează cu oxigenul într-o celulă asemănătoare bateriei pentru a produce electricitate și apă. Există multe tipuri diferite de celule de combustibil. Dar hidrogenul este inflamabil și poate provoca incendii sau explozii. O celulă de combustibil poate fi periculoasă, mai ales dacă un vehicul electric se prăbușește.

Pilele de combustibil cu hidrogen au anumite avantaje: (1) densitate mult mai mare de stocare a energiei decât bateriile cu litiu-ion, (2) autonomie mai mare, (3) mai ușoare și ocupă mai puțin spațiu și (4) timp de reîncărcare mult mai scurt.

Într-un comentariu derutant pe Twitter, pe 1 aprilie a acestui an, anunță Musk că va introduce mașini Tesla care folosesc celule de combustibil cu hidrogen. Aceasta pare a fi o glumă inteligentă a lui Aprilie.

Avantajele și dezavantajele esențiale ale bateriilor EV față de celulele de combustibil cu hidrogen au fost documentate. Iată un rezumat:

„O baterie de mașină modernă poate stoca 250 de wați-oră de energie pentru fiecare kilogram de litiu-ion. Între timp, un kilogram de hidrogen are 33,200 de wați-oră pe kilogram. Nu, asta nu este o greșeală. Da, hidrogenul are o densitate energetică de peste 100 de ori mai mare decât o baterie li-ion.”

„Vehiculele electrice alimentate de baterii sunt extraordinar de eficiente. În funcție de model, acestea se pot lăuda cu o eficiență între puț și roată de aproximativ 70 până la 80%. Prin comparație, un vehicul electric alimentat cu pile de combustibil cu hidrogen (FCEV) este pozitiv parcimonios, cu o eficiență totală de undeva în jur de 30 până la 35 la sută... Faptul rămâne că transformarea energiei electrice în hidrogen doar pentru a o converti înapoi nu va fi niciodată. la fel de eficient ca alimentarea directă a unei baterii.”

Potrivit acestui raport, timpul mai scurt de realimentare este ceea ce economisește celulele de combustibil cu hidrogen. Stațiile actuale de încărcare necesită aproximativ 6 ore pentru a alimenta o semiremorcă cu baterie cu o autonomie de 500 de mile. Dar Toyota și Kenworth au deja semiremorci cu hidrogen care pot fi alimentate în 15 minute. Acesta este o schimbare de joc pentru transportul pe distanțe lungi cu zero carbon.

Camioane cu hidrogen de la Hyzon.

Deși bateriile litiu-ion reprezintă piața comercială pentru pasageri și alte vehicule electrice ușoare, puterea cu hidrogen este testată pentru transportul pe distanțe lungi cu un sistem de propulsie mai ușor.

Hyzon Motors este o companie din Rochester, New York, care dezvoltă pile de combustibil și construiește camioane. După ce a cercetat timp de 20 de ani, Hyzon a venit cu stive de celule de combustibil care au cea mai mare putere din lume, sunt mai ușoare în greutate cu aproximativ jumătate și sunt mai ieftine la jumătate.

Camioanele pilot erau de așteptat să fie pe drumuri până în acest an, 2022. Pentru cel mai mic camion, 5 butelii de hidrogen pot fi depozitate pe un singur suport. O a doua versiune este concepută pentru a ține 10 butelii de hidrogen pentru călătorii mai lungi.

Alte necesități de combustibil cu hidrogen.

În trecerea de la energiile fosile către energiile regenerabile, există așa-numitele sectoare greu de atenuat care nu pot fi electrificate cu ușurință pentru a utiliza electricitate verde.

La fel ca camioanele pe distanțe lungi, avioanele și navele sunt cazuri în care bateriile ar fi prea mari sau prea grele pentru a fi transportate. Hidrogenul conține aproximativ de trei ori mai multă energie per kilogram de motorină sau benzină.

Cuptoarele industriale pe cărbune sunt prea fierbinți sau prea scumpe pentru a fi încălzite cu electricitate verde. În loc de cărbune, petrol sau gaze naturale, hidrogenul poate funcționa ca combustibil pentru a furniza căldura imensă necesară în furnalele înalte. pentru a crea oțel verde. Producătorul suedez de oțel SSAB AB colaborează cu Volvo Cars pentru a dezvolta oțel fără fosile. Volvo va fi prima companie auto care va testa și va folosi oțel verde într-un concept car. Producția comercială de oțel verde este planificată să înceapă în 2026.

Hidrogen verde versus albastru.

Hidrogenul verde este produs prin electroliza apei, dar acest lucru este ineficient. Potrivit lui Musk, cantitatea de energie necesară – electricitate care în mod ideal ar trebui să fie verde plus energie pentru comprimarea și lichefierea hidrogenului – este uluitoare.

Hidrogenul albastru este o formă alternativă făcută din gaz metan. 99% din hidrogenul produs astăzi este hidrogen albastru, deoarece este mult mai ieftin decât hidrogenul verde. Dar este o premisă falsă atunci când este oferită ca soluție fără carbon pentru stocarea combustibilului sau a energiei.

Gazul metan este folosit ca materie primă în procesul de producere a hidrogenului albastru. Metanul provine din forarea și fracturarea sondelor de gaz sau petrol, unde arderea gazelor și scurgerile de metan în puțuri și conducte pot contribui semnificativ la încălzirea globală. Deci, o energie fosilă carbogazoasă este folosită pentru a produce hidrogen fără carbon din energie.

Dar nu este tocmai lipsit de carbon, deoarece descompunerea chimică a metanului duce la hidrogen și la un produs secundar, CO2, care în sine este principalul gaz cu efect de seră (GES) care trebuie eliminat.

Între aceste două negative se află un combustibil fără carbon care arde pentru a produce doar apă. Un mod în care procesul ar putea fi îmbunătățit este prin obținerea materiei prime de metan din surse de biogaz, cum ar fi gropile de gunoi sau gunoi de grajd de vacă, de exemplu.

Hidrogenul este portabil.

Agenția Internațională pentru Energie (IEA) a indicat un alt avantaj de stocare a hidrogenului. Este compact ca lichid și poate fi transportat cu grijă pe distanțe lungi. De exemplu, țări precum Australia, cu surse mari de surse regenerabile solare și eoliene, ar putea produce hidrogen prin electroliză și ar putea să-l transporte cu cisternă în orașele înfometate de energie din Asia de Sud-Est.

Producția de hidrogen în New Mexico

BayoTech este o companie care produce de fapt hidrogen combustibil în New Mexico. BayoGas Hub pretinde un generator mai mic și mai eficient care face hidrogenul mai ieftin și cu amprenta de carbon mai mică decât centralele mari centralizate care furnizează hidrogen producătorilor de produse chimice și rafinăriilor.

Materiile prime pot fi gaze naturale curate sau alte surse regenerabile de biogaz care pot produce hidrogen cu carbon negativ.

Trei hub-uri de hidrogen sunt desfășurate în SUA în 2022, cu planuri de extindere a rețelei în Marea Britanie și la nivel global. Fiecare dintre centrele de hidrogen din rețeaua BayoTech produce 1-5 tone de hidrogen în fiecare zi. Hidrogenul este livrat local în remorci de transport de înaltă presiune care transportă butelii de gaz.

Pentru planurile lor de transport în masă, orașul Champaign-Urbana din Illinois are o flotă în creștere de autobuze electrice hibride și cu celule de combustibil cu hidrogen. Orașul a instalat două autobuze cu celule de combustibil cu hidrogen în 2021.

Înainte ca generatorul de hidrogen la fața locului să fie finalizat. BayoTech a fost chemat să furnizeze hidrogen portabil în camioane de transport de înaltă presiune, care au încărcat celulele de combustibil, astfel încât angajații să poată testa autobuzele.

Potrivit BayoTech, autobuzele cu pile de combustie cu hidrogen funcționează la fel de bine ca autobuzele diesel convenționale, dar cu emisii zero de GES la țeavă de eșapament. Avantajele față de motoarele electrice cu baterie includ o autonomie de 300 de mile, un timp de realimentare de numai 10 minute și stații de alimentare care pot găzdui până la 100 de autobuze.

Este de remarcat faptul că o sumă mare de bani - 8 miliarde de dolari - a fost alocată în Legea privind infrastructura din 2021 pentru a înființa butuci de hidrogen, minim patru dintre ele, în SUA.

Viziunea hidrogenului BP în Teesside, Marea Britanie.

În 2020, bp sa reinventat ca o companie integrată, așa cum este rezumat în Energy Outlook 2020.

Cea mai recentă afacere din surse regenerabile este hidrogenul Teesside, referindu-se la un centru industrial de pe coasta de nord-est a Angliei.

viziunea este pentru Teesside pentru a deveni un important centru de hidrogen pentru transportul în aviație, transport maritim și camioane grele – toate sectoarele în care este greu să utilizați energia bateriei. Dar conceptul ar include și energie pentru industriile greu de atenuat, cum ar fi producția de ciment și oțel.

Planul original, numit H2Teesside, urma să genereze hidrogen albastru prin descompunerea metanului, CH4, în timp ce produsul secundar al CO2 ar fi captat și îngropat sub ocean printr-un proces numit CCS.

Adăugarea recentă HyGreen ar electroliza apa în hidrogen verde si oxigen. Acest lucru este mai costisitor din cauza costului electrolizei și al electricității curate dacă se utilizează.

Bp are a semnat o înțelegere cu Dai
DAI
mler Truck va iniția infrastructura necesară pentru camioanele cu hidrogen cu celule de combustie în Marea Britanie.

Proiectele Teesside ale bp se îmbină cu obiectivele guvernului britanic. Combinate, HyGreen și H2Teesside ar putea genera 1.5 GW de producție de hidrogen și ar putea furniza 30% din ținta guvernamentală de 5 GW până în 2030.

Concluzii.

Există două mari negative care împiedică beneficiile hidrogenului albastru și îl lasă cu o amprentă semnificativă de carbon. Hidrogenul verde este prea scump acum.

În conformitate cu Energie Rystad, o industrie a combustibilului cu hidrogen accesibilă și mai ecologică, care acum este scumpă, va fi prea puțin și prea târziu. Până în 2050, doar 7% din energia globală va fi hidrogen pentru a deservi o industrie de nișă pentru alimentarea aviației, transporturilor maritime și a fabricilor de metale și produse chimice.

În ciuda previziunilor limitate ale lui Rystad pentru viitorul hidrogenului și a condamnării lui Elon Musk a hidrogenului ca stoc de energie, se pare că hidrogenul va juca un rol activ în stocarea energiei.

Proiectele de hidrogen la scară mică și mare sunt în faze de planificare sau sunt deja în funcțiune, iar inovațiile ulterioare vor cimenta valoarea hidrogenului ca componentă de nișă a unui viitor cu emisii scăzute de carbon.