Kas Elon Muskil on õigus või vale loobuda vesiniku kasutamisest madala süsinikusisaldusega energia salvestamiseks?

Kontekst on üleminekul fossiilenergialt taastuvatele energiaallikatele. Selle üheks oluliseks aspektiks on transport bensiini- või diiselmootoriga sõidukitega ja selle üleminek aku- või vesinikujõul töötavatele elektrimootoritele. Fossiilkütuste tööstus peaks muretsema säästva transpordi tõhususe ja maksumuse pärast, sest see määrab ülemineku kiiruse, mis tõenäoliselt mõjutab naftatootmise ja võib-olla ka nafta- ja gaasitööstuse langust.

Elon Musk tunneb patareisid. Ta ehitab neid: sõiduautode ja veoautode liikuma panemiseks ühes raamatu otsas, elektrivõrgu mastaabis behemotidele, mis salvestavad ja stabiliseerivad elektrienergiat sadade kodude ja äriettevõtete jaoks, teises raamatu otsas.

Eelmisel nädalal, 12. mail 2022, Ütles Musk vesinik "on kõige rumalam asi, mida ma võiksin energia salvestamiseks ette kujutada." See pole esimene kord, kuna Musk on viimastel aastatel sarnaseid negatiivseid kommentaare teinud. Mõni aasta tagasi ütles Musk ajakirjanikele, et vesinikkütuseelemendid on "äärmiselt rumalad".

Rumal vesiniku säilitamise kommentaar oli põhjalik avaldus. Kas Musk pidas silmas elektrienergia salvestamist võrgus? Või ladustada elektrisõidukites – elektrisõidukites, näiteks veoautodes ja bussides? Või mõlemad?

Vaatame põhjalikumalt vesinikuenergia rakendusi ja selle rolli elektri salvestamisel akude asemel.

Vesiniku võrguskaalal hoidmine.

Esmapilgul tundub, et Musk rääkis elektri salvestamisest võrgu mastaabis, sest ta rääkis tohututest vedela või gaasilise vesinikkütuse paakidest, mida oleks vaja vesiniku salvestamiseks. Veel üks aruanne toetab seda.

Kuid ärge unustage Tesla suuri akusid
TSLA
võrgustiku mastaabis ehitamine on samuti tohutu. Sel ajal, suurim suur aku maailmas ehitas Tesla 2017. aastal Austraalias Hornsdale'is, et salvestada 100 megavatti (MW) elektrit. 2020. aastal tõsteti see 150 MW-ni.

Aku salvestab ja stabiliseerib tuuleparkide energiat, mis muudavad Lõuna-Austraalias elektri peaaegu süsinikuvabaks. Aku suudab toita 8,000 maja 24 tunni jooksul või rohkem kui 30,000 XNUMX maja ühe tunni jooksul.

Kuid Musk võis rääkida vesinikust kui jõuallikast autodes ja veoautodes ...

Vesinikenergia sõiduautodele ja veoautodele.

Kõige tavalisem elektrisõidukite toiteallikas on akudesse salvestatud elekter.

Kuid elektrit saab hankida keemilisest kütuseelemendist, milles vesinik reageerib hapnikuga akulaadses elemendis, et toota elektrit ja vett. Kütuseelemente on palju erinevaid. Kuid vesinik on tuleohtlik ja võib põhjustada tulekahjusid või plahvatusi. Kütuseelement võib olla ohtlik, eriti kui EV jookseb kokku.

Vesinikkütuseelementidel on teatud eelised: (1) palju suurem energiasalvestustihedus kui liitiumioonakudel, (2) suurem sõiduulatus, (3) kergem ja vähem ruumi ning (4) palju lühem laadimisaeg.

Hämmastavas Twitteri kommentaaris, selle aasta 1. aprillil teatas Musk et ta tutvustaks Tesla autosid, mis kasutavad vesinikkütuseelemente. See näib olevat nutikas aprillinali.

EV akude olulised plussid ja miinused võrreldes vesinikkütuseelementidega on dokumenteeritud. Siin on kokkuvõte:

«Kaasaegne autoaku suudab iga kilogrammi liitiumioonide kohta salvestada 250 vatt-tundi energiat. Kilogrammis vesinikku on aga 33,200 100 vatt-tundi kilo kohta. Ei, see pole viga. Jah, vesinik on rohkem kui XNUMX korda energiatihedam kui liitium-ioonaku.

„Akutoitel elektrisõidukid on fenomenaalselt tõhusad. Olenevalt mudelist võivad need kiidelda umbes 70–80 protsendiga. Võrdluseks, vesinikkütuseelemendiga elektrisõiduk (FCEV) on positiivselt tagasihoidlik, mille üldine kasutegur on kuskil 30–35 protsenti… sama tõhus kui otse aku toitmine.

Selle aruande kohaselt säästab vesinikkütuseelemente lühem tankimisaeg. Praegused laadimisjaamad vajavad 6-miilise sõiduraadiusega akuga poolhaagise tankimiseks umbes 500 tundi. Kuid Toyotal ja Kenworthil on juba vesiniku poolhaagised, mida saab tankida 15 minutiga. See on süsinikdioksiidivaba pikamaakaubaveo olukord.

Hyzoni vesinikautod.

Kuigi liitium-ioonakud on reisijate ja muude kergete elektrisõidukite kommertsturg, katsetatakse vesinikenergiat pikamaatranspordi jaoks koos kergema tõukejõusüsteemiga.

Hyzon Motors on New Yorgis Rochesteris asuv ettevõte arendab kütuseelemente ja ehitab veoautosid. Pärast 20 aastat kestnud uurimistööd on Hyzon välja mõelnud kütuseelemendivirnad, millel on suurim võimsus maailmas, mis on umbes poole võrra kergemad ja poole võrra odavamad.

Pilootveokid pidid teele jõudma selleks aastaks, 2022. Väikseima veoki jaoks mahub ühele riiulile 5 vesinikuballooni. Teine versioon on mõeldud 10 vesinikuballooni mahutamiseks pikemateks sõitudeks.

Muud vajadused vesinikkütuse järele.

Üleminekul fossiilenergialt taastuvatele energiaallikatele on olemas nn raskesti taanduvad sektorid, mida ei saa lihtsalt elektrifitseerida rohelise elektri kasutamiseks.

Nagu ka kaugveoautod, lennukid ja laevad on juhtumid, kus akud on kandmiseks liiga suured või rasked. Vesinik sisaldab umbes kolm korda rohkem energiat ühe kilogrammi diislikütuse või bensiini kohta.

Tööstuslikud kivisöeküttel ahjud on liiga kuumad või liiga kallid, et neid rohelise elektriga kütta. Söe, nafta või maagaasi asemel võib vesinik töötada kütusena, et pakkuda kõrgahjudes vajalikku tohutut soojust rohelise terase loomiseks. Rootsi terasetootja SSAB AB teeb koostööd Volvo Carsiga, et töötada välja fossiilsevaba teras. Volvo on esimene autoettevõte, kes katsetab ja kasutab ideeautos rohelist terast. Rohelise terase kaubandusliku tootmisega on kavas alustada 2026. aastal.

Roheline versus sinine vesinik.

Rohelist vesinikku toodetakse vee elektrolüüsil, kuid see on ebaefektiivne. Muski sõnul, on vajaminev energia hulk – elektrienergia, mis ideaalis peaks olema roheline, pluss energia vesiniku kokkusurumiseks ja veeldamiseks – hämmastav.

Sinine vesinik on alternatiivne vorm, mis on valmistatud metaangaasist. 99% tänapäeval toodetud vesinikust on sinine vesinik, kuna see on palju odavam kui roheline vesinik. Kuid see on vale eeldus, kui seda pakutakse süsinikuvaba lahendusena kütuse või energia salvestamiseks.

Gaasi metaani kasutatakse sinise vesiniku tootmisel lähteainena. Metaan pärineb gaasi- või naftapuuraukude puurimisest ja purustamisest, kus gaasi põletamine ja metaani lekked kaevudes ja torustikes võivad märkimisväärselt suurendada globaalset soojenemist. Seega kasutatakse energiast süsinikuvaba vesiniku tootmiseks ühte gaseeritud fossiilset energiat.

Kuid see pole täpselt süsinikuvaba, kuna metaani keemilisel lagunemisel tekib vesinik ja kõrvalsaadus CO2, mis ise on peamine kasvuhoonegaas (KHG), mis tuleb kõrvaldada.

Nende kahe negatiivse vahel on süsinikuvaba kütus, mis põleb ja toodab ainult vett. Üks võimalus protsessi täiustamiseks on saada metaani lähteaine biogaasiallikatest, nagu prügilad või lehmasõnnik.

Vesinik on kaasaskantav.

Rahvusvaheline Energiaagentuur (IEA) osutas teisele eelisele vesiniku säilitamisest. See on vedelikuna kompaktne ja seda saab ettevaatlikult transportida pikkade vahemaade taha. Näiteks sellised riigid nagu Austraalia, kus on suurepärased päikese- ja tuuleenergia taastuvenergia allikad, võiksid toota vesinikku elektrolüüsi teel ja transportida selle tankeritega Kagu-Aasia energianäljastesse linnadesse.

Vesiniku tootmine New Mexicos

BayoTech on ettevõte, mis toodab tegelikult vesinikkütust New Mexicos. BayoGas Hub pretendeerib väiksemale ja tõhusamale generaatorile, mis muudab vesiniku odavamaks ja väiksema süsinikujalajäljega kui suured tsentraliseeritud tehased, mis tarnivad vesinikku keemiatootjatele ja rafineerimistehastele.

Lähteaineks võib olla puhas maagaas või muud taastuvad biogaasiallikad, mis võivad toota süsiniknegatiivset vesinikku.

2022. aastal võetakse USA-s kasutusele kolm vesinikukeskust, mille võrgustikku on kavas laiendada Ühendkuningriiki ja kogu maailmas. Iga BayoTechi võrgu vesinikukeskus toodab iga päev 1–5 tonni vesinikku. Vesinik tarnitakse kohapeal gaasiballoone kandvates kõrgsurvetranspordihaagistes.

Nende massitransiidiplaanide jaoks on Illinoisi osariigis Champaign-Urbana linnas kasvav hübriid- ja vesinikkütuseelemendiga elektribusside park. Linn võttis 2021. aastal kasutusele kaks vesinikkütuseelemendiga bussi.

Enne kohapealse vesinikugeneraatori valmimist. BayoTech kutsuti pakkuma kaasaskantav vesinik kõrgsurveveoautodes, mis laadisid kütuseelemendid täis, et töötajad saaksid busse katsetada.

BayoTechi andmetel toimivad vesinikkütuseelemendiga bussid sama hästi kui tavalised diiselbussid, kuid nende summutitoru kasvuhoonegaaside heitkogused on null. Eelised akuajamiga elektrimootorite ees hõlmavad 300-miilise sõiduulatust, vaid 10-minutilist tankimisaega ja tanklaid, mis mahutavad kuni 100 bussi.

Tähelepanuväärne on see, et 8. aasta infrastruktuuriseaduses oli suur osa raha – 2021 miljardit dollarit – ette nähtud puhta rajamiseks. vesiniku rummud, neist vähemalt neli kogu USA-s.

BP vesiniku nägemus Ühendkuningriigis Teesside'is.

2020. aastal leiutas bp end uuesti integreeritud ettevõttena, nagu on kokku võetud tema 2020. aasta energiaülevaadetes.

Nende uusim taastuvenergiaettevõte on Teesside vesinik, mis viitab Inglismaa kirderannikul asuvale tööstuskeskusele.

. nägemus on Teesside jaoks saada suureks vesiniku sõlmpunktiks transpordis lennunduses, laevanduses ja raskeveokites – kõigis sektorites, kus on raske akuenergiat kasutada. Kuid kontseptsioon hõlmaks ka energiat raskesti vähenevate tööstusharude jaoks, nagu tsemendi- ja terasetootmine.

Algne plaan, nimega H2Teesside, pidi looma sinine vesinik metaani, CH4, lagunemisel, samas kui CO2 bisaadus püütakse kinni ja maetakse ookeani alla protsessi, mida nimetatakse CCS-iks.

Hiljutine HyGreeni lisamine elektrolüüsiks vee sisse roheline vesinik ja hapnik. See on kallim elektrolüüsi ja puhta elektri maksumuse tõttu, kui seda kasutatakse.

Bp on sõlminud kokkuleppele koos Daiga
DAI
mler Truck, et algatada Ühendkuningriigis kütuseelementidega vesinikuveokite jaoks vajalik infrastruktuur.

Bp Teesside'i projektid on kooskõlas Ühendkuningriigi valitsuse eesmärkidega. Koos suudavad HyGreen ja H2Teesside toota 1.5 GW vesinikku ja tarnida 30% valitsuse 5. aastaks seatud 2030 GW eesmärgist.

Kaasavõtmine.

On kaks suurt negatiivset, mis piiravad sinise vesiniku eeliseid ja jätavad sellele märkimisväärse süsiniku jalajälje. Roheline vesinik on praegu liiga kallis.

Järgi Rystadi energia, taskukohase ja keskkonnasõbralikuma vesinikkütusetööstuse, mis on praegu kallis, on liiga hilja. Aastaks 2050 moodustab ainult 7% maailma energiast vesinik, et teenindada nišitööstust lennunduse, laevanduse ning metalli- ja kemikaalitehaste toiteks.

Vaatamata Rystadi piiratud prognoosidele vesiniku tuleviku osas ja Elon Muski hukkamõistule vesiniku kui energiasalvesti kohta, näib, et vesinik mängib energia salvestamisel aktiivset rolli.

Väikesed ja suuremahulised vesinikuprojektid on planeerimisetapis või juba toimivad ning edasine innovatsioon tugevdab vesiniku väärtust vähese COXNUMX-heitega tuleviku nišikomponendina.