Дали Илон Мъск е прав или грешен, за да отхвърли използването на водород за нисковъглеродно съхранение на енергия?

Контекстът преминава от изкопаема енергия към възобновяеми източници. Един ключов аспект на това е транспортирането чрез бензинови или дизелови превозни средства и преминаването му към електрически двигатели, задвижвани от батерии или водород. Промишлеността на изкопаемите горива трябва да бъде загрижена за ефективността и разходите за устойчив транспорт, защото това ще определи скоростта на прехода, което вероятно ще повлияе на спада на добива на петрол и може би на самата нефтена и газова индустрия.

Илон Мъск познава батериите. Той ги изгражда: за да задвижва коли и камиони, от едната поставка за книги, до гигантски размери в мрежата, които съхраняват и стабилизират електрическата енергия за стотици домове и търговски предприятия, в другата поставка за книги.

Миналата седмица, 12 май 2022 г., Musk каза водородът „е най-глупавото нещо, което мога да си представя за съхранение на енергия“. Това не е първият път, тъй като Мъск правеше подобни негативни коментари през последните години. Преди няколко години Мъск каза пред репортери, че водородните горивни клетки са „изключително глупави“.

Тъпият коментар за съхранение на водород беше широко изявление. Дали Мъск имаше предвид съхранението на електроенергия в мрежата? Или за съхранение в електрически превозни средства - EV като леки камиони и автобуси? Или и двете?

Нека да разгледаме по-задълбочено приложенията на водородната енергия и нейната роля в съхраняването на електроенергия, за разлика от батериите.

Съхранение на водород в мрежа.

На пръв поглед изглежда, че Мъск говори за съхранение на електроенергия в мрежов мащаб, защото говори за огромни резервоари с течно или газообразно водородно гориво, които биха били необходими за съхранение на водород. Още един доклад подкрепя това.

Но не забравяйте големите батерии на Tesla
TSLA
компилациите в мрежов мащаб също са огромни. По това време, на най-голямата голяма батерия в света е построен от Tesla през 2017 г. в Хорнсдейл, Австралия, за да съхранява 100 мегавата (MW) електричество. През 2020 г. е модернизиран до 150 MW.

Батерията съхранява и стабилизира енергията от вятърни паркове, които произвеждат електричество в Южна Австралия почти без въглерод. Батерията може да захранва 8,000 24 къщи за 30,000 часа или повече от XNUMX XNUMX къщи за един час.

Но Мъск може да е говорил за водорода като източник на енергия в автомобили и камиони...

Водородна енергия за леки и камиони EV.

Досега най-често срещаният източник на енергия за EV е електричеството, съхранявано в батериите.

Но електричеството може да бъде получено от химическа горивна клетка, в която водородът реагира с кислород в клетка, подобна на батерия, за да произведе електричество и вода. Съществуват много различни видове горивни клетки. Но водородът е запалим и може да причини пожари или експлозии. Горивната клетка може да бъде опасна, особено ако EV катастрофира.

Водородните горивни клетки имат определени предимства: (1) много по-голяма плътност на съхранение на енергия от литиево-йонните батерии, (2) по-голям обхват на шофиране, (3) по-леки и заемат по-малко място и (4) много по-кратко време за презареждане.

В объркващ коментар в Twitter на 1 април т.г. - обяви Мъск че ще представи автомобили Tesla, които използват водородни горивни клетки. Това изглежда е хитра първоаприлска шега.

Основните плюсове и минуси на EV батериите срещу водородните горивни клетки са документирани. Ето едно резюме:

„Модерен автомобилен акумулатор може да съхранява 250 ватчаса енергия за всеки килограм литиево-йон. Междувременно килограм водород има 33,200 100 от тези ватчаса на килограм. Не, това не е грешка. Да, водородът е повече от XNUMX пъти по-енергиен от литиево-йонната батерия.

„Електрическите превозни средства, захранвани с батерии, са феноменално ефективни. В зависимост от модела, те могат да се похвалят с ефективност от кладенеца до колелото от около 70 до 80 процента. За сравнение, електрическото превозно средство, задвижвано с водородни горивни клетки (FCEV) е положително пестеливо, с обща ефективност от някъде около 30 до 35 процента... Фактът остава, че преобразуването на електричеството само във водород, за да го преобразува обратно, никога няма да бъде толкова ефективно, колкото директното захранване на батерията."

Според този доклад по-краткото време за зареждане е това, което спестява водородни горивни клетки. Настоящите зарядни станции изискват около 6 часа, за да заредят с гориво полуремарке, задвижвано от батерии с обхват от 500 мили. Но Toyota и Kenworth вече имат водородни полуремаркета, които могат да бъдат заредени с гориво за 15 минути. Това е промяна в играта за превоз на дълги разстояния с нулев въглерод.

Водородни камиони от Hyzon.

Въпреки че литиево-йонните батерии са търговският пазар за пътнически и други леки електромобили, водородната мощност се тества за превоз на дълги разстояния с по-лека задвижваща система.

Hyzon Motors е компания в Рочестър, Ню Йорк разработва горивни клетки и произвежда камиони. След проучване в продължение на 20 години, Hyzon измисли стекове от горивни клетки, които имат най-високата мощност в света, по-леки са с около половината и са по-евтини наполовина.

Очакваше се пилотните камиони да бъдат на път до тази 2022 г. За най-малкия камион, 5 водородни бутилки могат да се съхраняват на един стелаж. Втората версия е предназначена да побере 10 водородни бутилки за по-дълги пътувания.

Други нужди от водородно гориво.

При прехода от изкопаеми енергии към възобновяеми енергийни източници съществуват така наречените сектори, които трудно се намаляват, които не могат лесно да бъдат електрифицирани, за да използват зелено електричество.

Освен камионите на дълги разстояния, самолетите и корабите са случаи, когато батериите биха били твърде големи или твърде тежки за носене. Водородът съдържа около три пъти повече енергия на килограм дизел или бензин.

Индустриалните пещи, работещи с въглища, са твърде горещи или твърде скъпи, за да се отопляват със зелено електричество. Вместо въглища, петрол или природен газ, водородът може да работи като гориво, за да осигури огромната топлина, необходима в доменните пещи за създаване на зелена стомана. Шведският производител на стомана SSAB AB си партнира с Volvo Cars, за да разработи стомана без вкаменелости. Volvo ще бъде първата автомобилна компания, която тества и използва зелена стомана в концептуален автомобил. Планира се търговското производство на зелена стомана да започне през 2026 г.

Зелен срещу син водород.

Зеленият водород се получава чрез електролиза на вода, но това е неефективно. Според Мъск, необходимото количество енергия – електричество, което в идеалния случай трябва да бъде зелено плюс енергия за компресиране и втечняване на водорода – е зашеметяващо.

Синият водород е алтернативна форма, направена от газ метан. 99% от водорода, произвеждан днес, е син водород, защото е много по-евтин от зеления водород. Но това е погрешна предпоставка, когато се предлага като решение без въглерод за съхранение на гориво или енергия.

Газ метан се използва като суровина в процеса на производство на син водород. Метанът идва от сондиране и фракинг на газови или нефтени кладенци, където изгарянето на газ и изтичането на метан в кладенци и тръбопроводи могат да допринесат значително за глобалното затопляне. Така че, една газирана изкопаема енергия се използва за производство на водород без въглерод от енергия.

Но не е точно без въглерод, тъй като химическото разлагане на метана води до водород и двоен продукт, CO2, който сам по себе си е основен парников газ (ПГ), който трябва да бъде изхвърлен.

Между тези два минуса се крие гориво без въглерод, което изгаря, за да произвежда само вода. Един от начините, по който процесът може да се подобри е чрез получаване на метанова суровина от източници на биогаз, като например сметища или кравешки тор.

Водородът е преносим.

Международната агенция по енергетика (IEA) посочи още едно предимство на съхранение на водород. Той е компактен като течност и може да се транспортира внимателно на дълги разстояния. Например страни като Австралия с големи източници на слънчеви и вятърни възобновяеми източници биха могли да произвеждат водород чрез електролиза и да го транспортират с танкери до градовете в Югоизточна Азия.

Производство на водород в Ню Мексико

BayoTech е компания, която всъщност произвежда водородно гориво в Ню Мексико. BayoGas Hub претендира за по-малък и по-ефективен генератор, който прави водорода по-евтин и с по-нисък въглероден отпечатък в сравнение с големите централизирани централи, които доставят водород на химически производители и рафинерии.

Изходните материали могат да бъдат чист природен газ или други възобновяеми източници на биогаз, които могат да произвеждат водород, който е отрицателен за въглерод.

Три водородни хъба се разполагат в САЩ през 2022 г. с планове за разширяване на мрежата в Обединеното кралство и в световен мащаб. Всеки от водородните хъбове в мрежата на BayoTech произвежда 1-5 тона водород всеки ден. Водородът се доставя на местно ниво в транспортни ремаркета с високо налягане, превозващи газови бутилки.

За своите планове за масов транзит град Шампейн-Урбана в Илинойс разполага с нарастващ автопарк от електрически автобуси с хибридни и водородни горивни клетки. Градът разположи два автобуса с водородни горивни клетки през 2021 г.

Преди да бъде завършен водородният генератор на място. BayoTech беше извикан да предостави преносим водород в транспортни камиони с високо налягане, които зареждаха горивните клетки, за да могат служителите да тестват автобусите.

Според BayoTech автобусите с водородни горивни клетки се представят добре като конвенционалните дизелови автобуси, но с нулеви емисии на парникови газове от изпускателната тръба. Предимствата пред електрическите двигатели, задвижвани от батерии, включват обхват от 300 мили, време за зареждане от само 10 минути и бензиностанции, които могат да побират до 100 автобуса.

Забележително е, че голяма част от парите - 8 милиарда долара - бяха заделени в Закона за инфраструктурата от 2021 г. за създаване на чиста водородни хъбове, минимум четири от тях, в САЩ.

Водородната визия на BP в Тийсайд, Великобритания.

През 2020 г. bp се преоткри като интегрирана компания, както е обобщено в нейната Energy Outlook 2020.

Последното им начинание за възобновяеми източници е водородът Teesside, което се отнася до индустриален център на североизточното крайбрежие на Англия.

- визията е за Teesside да се превърне в основен водороден хъб за транспорт в авиацията, корабоплаването и тежките камиони – всички сектори, в които е трудно да се използва батерия. Но концепцията ще включва и мощност за трудни за отслабване индустрии като производството на цимент и стомана.

Първоначалният план, наречен H2Teesside, трябваше да генерира син водород чрез разлагане на метан, CH4, докато двоичният продукт на CO2 ще бъде уловен и заровен под океана чрез процес, наречен CCS.

Скорошното добавяне на HyGreen ще електролизира водата зелен водород и кислород. Това е по-скъпо поради цената на електролизата и чистото електричество, ако се използва.

Bp има подписаха разбирателство с Дай
DAI
mler Truck за иницииране на инфраструктурата, необходима за водородните камиони с горивни клетки в Обединеното кралство.

Проектите на Teesside на bp се свързват с целите на правителството на Обединеното кралство. Комбинирани HyGreen и H2Teesside биха могли да генерират 1.5 GW производство на водород и да осигурят 30% от целта на правителството от 5 GW до 2030 г.

За вкъщи.

Има два големи негатива, които пречат на предимствата на синия водород и го оставят със значителен въглероден отпечатък. Зеленият водород е твърде скъп в момента.

Според Rystad Energy, достъпна и по-екологична индустрия за водородни горива, която сега е скъпа, ще бъде твърде малко твърде късно. До 2050 г. само 7% от световната енергия ще бъде водород, за да обслужва нишова индустрия за захранване на авиацията, корабоплаването и фабриките за метали и химикали.

Въпреки ограничените прогнози на Райстад за бъдещето на водорода и осъждането на Илон Мъск за водорода като съхранение на енергия, изглежда, че водородът ще играе активна роля в съхранението на енергия.

Малки и големи водородни проекти са в етап на планиране или вече работят, а по-нататъшните иновации ще затвърдят стойността на водорода като нишов компонент на нисковъглеродното бъдеще.