Ali ima Elon Musk prav ali narobe, da opusti uporabo vodika za shranjevanje energije z nizko vsebnostjo ogljika?

Kontekst prehaja s fosilne energije na obnovljive vire energije. Eden ključnih vidikov tega je prevoz z bencinskimi ali dizelskimi vozili in njegov prehod na električne motorje, ki jih poganjajo baterije ali vodik. Industrija fosilnih goriv bi morala biti zaskrbljena zaradi učinkovitosti in stroškov trajnostnega prometa, saj bo to določilo hitrost prehoda, ki bo verjetno vplival na upad proizvodnje nafte in morda na samo industrijo nafte in plina.

Elon Musk pozna baterije. Gradi jih: za poganjanje avtomobilov in tovornjakov, na enem držalu za knjige, do velikih omrežij, ki hranijo in stabilizirajo električno energijo za stotine domov in komercialnih podjetij, na drugem držalu za knjige.

Prejšnji teden, 12. maja 2022, Musk je dejal vodik "je najbolj neumna stvar, ki si jo lahko zamislim za shranjevanje energije." To ni prvič, saj je Musk v preteklih letih podal podobne negativne komentarje. Pred nekaj leti je Musk novinarjem dejal, da so vodikove gorivne celice "izjemno neumne".

Neumni komentar o shranjevanju vodika je bil obsežna izjava. Ali je Musk mislil na shranjevanje električne energije v omrežju? Ali za shranjevanje v električnih vozilih - EV, kot so avtomobili, tovornjaki in avtobusi? Ali oboje?

Oglejmo si globlje uporabo vodikove energije in njeno vlogo pri shranjevanju električne energije v nasprotju z baterijami.

Mrežno shranjevanje vodika.

Na prvi pogled se zdi, da je Musk govoril o shranjevanju električne energije v omrežju, ker je govoril o ogromnih rezervoarjih tekočega ali plinastega vodikovega goriva, ki bi bilo potrebno za shranjevanje vodika. Še eno poročilo podpira to.

Ampak ne pozabite na velike baterije, ki jih je Tesla
TSLA
tudi gradnje v mrežnem merilu so ogromne. Takrat je največja velika baterija na svetu ga je Tesla zgradil leta 2017 v Hornsdaleu v Avstraliji za shranjevanje 100 megavatov (MW) električne energije. Leta 2020 je bila nadgrajena na 150 MW.

Baterija hrani in stabilizira moč vetrnih elektrarn, ki v Južni Avstraliji proizvajajo električno energijo skoraj brez ogljika. Baterija lahko napaja 8,000 hiš za 24 ur ali več kot 30,000 hiš za eno uro.

Toda Musk je morda govoril o vodiku kot viru energije v avtomobilih in tovornjakih ...

Vodikova energija za avtomobilska in tovorna vozila.

Daleč najpogostejši vir energije za EV je električna energija, shranjena v baterijah.

Toda električna energija se lahko pridobi iz kemične gorivne celice, v kateri vodik reagira s kisikom v celici, podobni bateriji, da nastane elektrika in voda. Obstaja veliko različnih vrst gorivnih celic. Toda vodik je vnetljiv in lahko povzroči požare ali eksplozije. Gorivna celica je lahko nevarna, še posebej, če se EV zruši.

Vodikove gorivne celice imajo določene prednosti: (1) veliko večjo gostoto shranjevanja energije kot litij-ionske baterije, (2) večji doseg vožnje, (3) lažje in zasedajo manj prostora ter (4) veliko krajši čas polnjenja.

V zmedenem komentarju na Twitterju 1. aprila letos je napovedal Musk da bo predstavil avtomobile Tesla, ki uporabljajo vodikove gorivne celice. Zdi se, da je to pametna prvoaprilska šala.

Bistvene prednosti in slabosti baterij EV v primerjavi z vodikovimi gorivnimi celicami so dokumentirani. Tukaj je povzetek:

»Sodobna avtomobilska baterija lahko shrani 250 vatnih ur energije za vsak kilogram litij-ionskega. Kilogram vodika ima medtem 33,200 teh vatnih ur na kilogram. Ne, to ni napaka. Da, vodik ima več kot 100-krat večjo energijsko gostoto kot litij-ionska baterija.

»Električna vozila na baterije so fenomenalno učinkovita. Odvisno od modela se lahko pohvalijo s približno 70 do 80-odstotnim izkoristkom od vodnjaka do kolesa. Za primerjavo, električno vozilo s pogonom na vodikove gorivne celice (FCEV) je pozitivno varčno, s splošnim izkoristkom nekje okoli 30 do 35 odstotkov ... Dejstvo ostaja, da pretvorba električne energije v vodik, ki jo nato pretvori nazaj, nikoli ne bo tako učinkovito kot neposredno napajanje baterije."

Glede na to poročilo je krajši čas polnjenja tisto, kar prihrani vodikove gorivne celice. Sedanje polnilne postaje potrebujejo približno 6 ur, da napolnijo polpriklopnik z baterijskim pogonom z dosegom 500 milj. Toda Toyota in Kenworth že imata vodikove polprikolice, ki jih je mogoče napolniti v 15 minutah. To je sprememba igre za tovornjake na dolge razdalje brez emisij ogljika.

Hyzon tovornjaki za vodik.

Čeprav so litij-ionske baterije komercialni trg za potniška in druga lahka EV, se vodikova energija preizkuša za prevoz na dolge razdalje z lažjim pogonskim sistemom.

Hyzon Motors je podjetje v Rochesterju v New Yorku razvija gorivne celice in izdeluje tovornjake. Po 20-letnem raziskovanju je Hyzon prišel do skladov gorivnih celic, ki imajo največjo moč na svetu, so lažji za približno polovico in so za polovico cenejši.

Pilotski tovornjaki naj bi bili na cestah do letošnjega leta 2022. Za najmanjši tovornjak je mogoče na enem samem regalu shraniti 5 vodikovih jeklenk. Druga različica je zasnovana za shranjevanje 10 vodikovih jeklenk za daljša potovanja.

Druge potrebe po vodikovem gorivu.

Pri prehodu od fosilne energije k obnovljivim virom obstajajo tako imenovani sektorji, ki jih je težko zmanjšati, ki jih ni mogoče enostavno elektrificirati za uporabo zelene električne energije.

Poleg tovornjakov na dolge razdalje so tudi letala in ladje primeri, ko bi bile baterije prevelike ali pretežke za prenašanje. Vodik vsebuje približno trikrat več energije na kilogram dizla ali bencina.

Industrijske peči na premog so prevroče ali predrage, da bi jih lahko ogrevali z zeleno elektriko. Namesto premoga, nafte ali zemeljskega plina lahko vodik deluje kot gorivo za zagotavljanje ogromne toplote, ki je potrebna v plavžih. ustvariti zeleno jeklo. Švedski proizvajalec jekla SSAB AB se združuje z Volvo Cars pri razvoju jekla brez fosilov. Volvo bo prvo avtomobilsko podjetje, ki bo testiralo in uporabilo zeleno jeklo v konceptnem avtomobilu. Komercialna proizvodnja zelenega jekla naj bi se začela leta 2026.

Zeleni proti modri vodik.

Zeleni vodik nastane z elektrolizo vode, vendar je to neučinkovito. Po Muskovih besedahKoličina potrebne energije – elektrika, ki bi morala biti v idealnem primeru zelena, plus energija za stiskanje in utekočinjanje vodika – je osupljiva.

Modri ​​vodik je alternativna oblika, izdelana iz plina metana. 99 % danes proizvedenega vodika je modri vodik, ker je veliko cenejši od zelenega vodika. Toda to je napačna predpostavka, ko je ponujena kot brezogljična rešitev za shranjevanje goriva ali energije.

Plin metan se uporablja kot surovina v procesu izdelave modrega vodika. Metan prihaja iz vrtanja in frackinga plinskih ali naftnih vrtin, kjer lahko sežiganje plina in puščanje metana v vrtinah in cevovodih znatno prispevata k globalnemu segrevanju. Torej se ena gazirana fosilna energija uporablja za proizvodnjo vodika brez ogljika iz energije.

Vendar pa ni ravno brez ogljika, saj kemična razgradnja metana vodi do vodika in stranskega produkta CO2, ki je sam po sebi glavni toplogredni plin (GHG), ki ga je treba odstraniti.

Med tema dvema negativnima točkama se nahaja gorivo brez ogljika, ki zgoreva in proizvaja samo vodo. Eden od načinov za izboljšanje postopka je pridobivanje surovine metana iz virov bioplina, kot so na primer odlagališča odpadkov ali kravji gnoj.

Vodik je prenosen.

Mednarodna agencija za energijo (IEA) opozoril na še eno prednost skladiščenja vodika. Je kompakten kot tekočina in ga je mogoče previdno prevažati na dolge razdalje. Na primer, države, kot je Avstralija z velikimi viri sončnih in vetrnih obnovljivih virov, bi lahko proizvajale vodik z elektrolizo in ga s tankerjem prevažale v mesta v jugovzhodni Aziji, ki nimajo energije.

Proizvodnja vodika v Novi Mehiki

BayoTech je podjetje, ki dejansko proizvaja vodikovo gorivo v Novi Mehiki. BayoGas Hub zahteva manjši in učinkovitejši generator, ki naredi vodik cenejši in z nižjim ogljičnim odtisom kot velike centralizirane elektrarne, ki dobavljajo vodik proizvajalcem kemikalij in rafinerijam.

Surovine so lahko čisti zemeljski plin ali drugi obnovljivi viri bioplina, ki lahko proizvajajo vodik, ki je negativen za ogljik.

Leta 2022 se v ZDA uvajajo tri vozlišča vodika, z načrti za razširitev omrežja v Združeno kraljestvo in po vsem svetu. Vsako od vodikovih vozlišč v BayoTechovem omrežju proizvede 1-5 ton vodika vsak dan. Vodik se dostavlja lokalno v visokotlačnih transportnih prikolicah, ki prevažajo plinske jeklenke.

Zaradi svojih načrtov za množični tranzit ima mesto Champaign-Urbana v Illinoisu naraščajočo floto električnih avtobusov s hibridnimi in vodikovimi gorivnimi celicami. Mesto je leta 2021 namestilo dva avtobusa na vodikove gorivne celice.

Preden je bil na mestu dokončan generator vodika. BayoTech je bil poklican, da zagotovi prenosni vodik v visokotlačnih transportnih tovornjakih, ki so polnili gorivne celice, da so lahko zaposleni preizkusili avtobuse.

Po BayoTechu so avtobusi na vodikove gorivne celice učinkoviti kot običajni dizelski avtobusi, vendar z ničelnimi emisijami toplogrednih plinov iz izpušne cevi. Prednosti pred električnimi motorji na baterije vključujejo doseg 300 milj, čas dolivanja goriva le 10 minut in bencinske črpalke, ki lahko sprejmejo do 100 avtobusov.

Omeniti velja, da je bil velik kos denarja - 8 milijard dolarjev - v zakonu o infrastrukturi iz leta 2021 namenjen vzpostavitvi čistega vodikova vozlišča, najmanj štiri, po ZDA.

BP-jeva vodikova vizija v Teessideu v Združenem kraljestvu.

Leta 2020 se je bp ponovno predstavil kot integrirano podjetje, kot je povzeto v svojem Energy Outlooku 2020.

Njihov zadnji obnovljivi podvig je Teesside vodik, ki se nanaša na industrijsko središče na severovzhodni obali Anglije.

O vizija je za Teesside postati glavno vozlišče vodika za transport v letalstvu, ladijskem prometu in težkih tovornjakih – v vseh sektorjih, kjer je težko uporabljati baterijo. Toda koncept bi vključeval tudi moč za industrije, ki jih je težko zmanjšati, kot sta proizvodnja cementa in jekla.

Prvotni načrt, imenovan H2Teesside, naj bi ustvaril modri vodik z razgradnjo metana, CH4, medtem ko bi bil biprodukt CO2 zajet in zakopan pod ocean s postopkom, imenovanim CCS.

Nedavni dodatek HyGreen bi elektroliziral vodo zeleni vodik in kisik. To je dražje zaradi stroškov elektrolize in čiste električne energije, če se ta uporablja.

Bp ima podpisal dogovor z Daijem
DAI
mler Truck za vzpostavitev infrastrukture, ki je potrebna za tovornjake z vodikom na gorivne celice v Združenem kraljestvu.

Teesside projekti bp se povezujejo s cilji vlade Združenega kraljestva. HyGreen in H2Teesside bi lahko skupaj ustvarila 1.5 GW proizvodnje vodika in zagotovila 30 % vladnega cilja 5 GW do leta 2030.

Vzemite s seboj.

Obstajata dva velika negativa, ki ovirata prednosti modrega vodika in puščata pomemben ogljični odtis. Zeleni vodik je trenutno predrag.

Glede na Energija Rystad, cenovno ugodna in bolj zelena industrija vodikovega goriva, ki je zdaj draga, bo premalo prepozno. Do leta 2050 bo le 7 % svetovne energije vodik za servisiranje nišne industrije za oskrbo letalstva, ladijskega prometa ter tovarn kovin in kemikalij.

Kljub Rystadovim omejenim projekcijam glede prihodnosti vodika in obsodbi Elona Muska o vodiku kot skladišču energije, se zdi, da bo vodik imel aktivno vlogo pri shranjevanju energije.

Mali in veliki vodikovi projekti so v fazi načrtovanja ali že delujejo, nadaljnje inovacije pa bodo utrdile vrednost vodika kot nišne komponente nizkoogljične prihodnosti.