Je Elon Musk správne alebo nesprávne odmietnuť používanie vodíka na ukladanie energie s nízkym obsahom uhlíka?

Kontext sa mení od fosílnej energie k obnoviteľným zdrojom energie. Jedným z kľúčových aspektov je preprava prostredníctvom benzínových alebo naftových vozidiel a jej prechod na elektromotory poháňané batériami alebo vodíkom. Odvetvie fosílnych palív by sa malo zaujímať o efektívnosť a náklady na udržateľnú dopravu, pretože to určí rýchlosť prechodu, ktorý pravdepodobne ovplyvní pokles produkcie ropy a možno aj samotný ropný a plynárenský priemysel.

Elon Musk sa vyzná v batériách. Stavia ich: na poháňanie áut a nákladných áut na jednej zarážke, na mriežkové monštrá, ktoré uchovávajú a stabilizujú elektrickú energiu pre stovky domácností a komerčných podnikov na druhej zarážke.

Minulý týždeň, 12. mája 2022, Musk povedal, vodík „je tá najhlúpejšia vec, akú si dokážem predstaviť pri skladovaní energie“. Nie je to prvýkrát, keďže Musk mal podobné negatívne komentáre v minulých rokoch. Pred niekoľkými rokmi Musk novinárom povedal, že vodíkové palivové články sú „extrémne hlúpe“.

Hlúpy komentár o skladovaní vodíka bol rozsiahlym vyhlásením. Mal Musk na mysli skladovanie elektriny v sieti? Alebo na skladovanie v elektrických vozidlách – EV, ako sú osobné automobily, nákladné autá a autobusy? Alebo obaja?

Pozrime sa hlbšie na aplikácie vodíkovej energie a jej úlohu pri skladovaní elektriny na rozdiel od batérií.

Skladovanie vodíka v sieťovej mierke.

Na prvý pohľad sa zdá, že Musk hovoril o skladovaní elektriny v sieťovom meradle, pretože hovoril o obrovských nádržiach s kvapalným alebo plynným vodíkovým palivom, ktoré by bolo potrebné na skladovanie vodíka. Ďalšia správa podporuje to.

Ale nezabudnite na veľké batérie, ktoré Tesla
TSLA
Stavby na úrovni siete sú tiež obrovské. V tom čase, najväčšia veľká batéria na svete bola postavená spoločnosťou Tesla v roku 2017 v Hornsdale v Austrálii na uskladnenie 100 megawattov (MW) elektriny. V roku 2020 bol modernizovaný na 150 MW.

Batéria uchováva a stabilizuje energiu z veterných fariem, ktoré vyrábajú elektrinu v Južnej Austrálii takmer bez obsahu uhlíka. Batéria dokáže napájať 8,000 24 domov na 30,000 hodín alebo viac ako XNUMX XNUMX domov na jednu hodinu.

Ale Musk možno hovoril o vodíku ako zdroji energie v autách a nákladných autách…

Vodíková energia pre osobné a nákladné EV.

Jednoznačne najbežnejším zdrojom energie pre EV je elektrina uložená v batériách.

Ale elektrina môže pochádzať z chemického palivového článku, v ktorom vodík reaguje s kyslíkom v batériovom článku za vzniku elektriny a vody. Existuje mnoho rôznych typov palivových článkov. Vodík je však horľavý a môže spôsobiť požiar alebo výbuch. Palivový článok môže byť nebezpečný, najmä ak havaruje EV.

Vodíkové palivové články majú určité výhody: (1) oveľa väčšiu hustotu akumulácie energie ako lítium-iónové batérie, (2) väčší dojazd, (3) ľahšie a zaberajú menej miesta a (4) oveľa kratší čas nabíjania.

V mätúcom komentári na Twitteri 1. apríla tohto roku Musk oznámil že predstaví autá Tesla, ktoré využívajú vodíkové palivové články. Zdá sa, že ide o šikovný prvoaprílový žart.

Základné klady a zápory batérií EV verzus vodíkové palivové články boli zdokumentované. Tu je zhrnutie:

„Moderná autobatéria dokáže uložiť 250 watthodín energie na každý kilogram lítium-iónovej batérie. Kilogram vodíka má medzitým tých watthodín na kilo 33,200 100. Nie, to nie je chyba. Áno, vodík má viac ako XNUMX-krát vyššiu energetickú hustotu ako lítium-iónová batéria.“

„Elektrické vozidlá poháňané batériou sú fenomenálne efektívne. V závislosti od modelu sa môžu pochváliť účinnosťou od studne po koleso okolo 70 až 80 percent. Na porovnanie, elektrické vozidlo poháňané vodíkovými palivovými článkami (FCEV) je pozitívne úsporné s celkovou účinnosťou niekde okolo 30 až 35 percent... Faktom zostáva, že premena elektriny na vodík iba na jej premenu späť nikdy nebude. rovnako efektívne ako priame napájanie batérie.“

Podľa tejto správy práve kratší čas tankovania šetrí vodíkové palivové články. Súčasné nabíjacie stanice vyžadujú asi 6 hodín na doplnenie paliva do 500-míľového návesu poháňaného batériou. Ale Toyota a Kenworth už majú vodíkové návesy, ktoré sa dajú natankovať za 15 minút. Toto je zmena hry pre diaľkovú kamiónovú dopravu bez emisií uhlíka.

Vodíkové nákladné autá Hyzon.

Hoci lítium-iónové batérie sú komerčným trhom pre osobné a iné ľahké elektrické vozidlá, vodíková energia sa testuje na diaľkovú dopravu s ľahším pohonným systémom.

Hyzon Motors je spoločnosť v Rochestri v štáte New York vyvíja palivové články a vyrába nákladné autá. Po 20 rokoch výskumu prišiel Hyzon so zásobníkmi palivových článkov, ktoré majú najvyšší výkon na svete, sú o polovicu ľahšie a o polovicu lacnejšie.

Očakávalo sa, že pilotné nákladné vozidlá budú na cestách už tento rok, 2022. Pre najmenšie nákladné vozidlo je možné uložiť 5 vodíkových fliaš na jeden stojan. Druhá verzia je navrhnutá tak, aby udržala 10 vodíkových fliaš na dlhšie cesty.

Iné potreby vodíkového paliva.

Pri prechode od fosílnych energií k obnoviteľným zdrojom energie existujú takzvané sektory, ktoré je ťažké znížiť a ktoré nie je možné ľahko elektrifikovať na používanie zelenej elektriny.

Rovnako ako nákladné autá na dlhé vzdialenosti, lietadlá a lode sú prípady, kedy by batérie boli príliš veľké alebo príliš ťažké na prepravu. Vodík obsahuje asi trojnásobok energie na kilogram nafty alebo benzínu.

Priemyselné pece na uhlie sú príliš horúce alebo príliš drahé na to, aby sa dali vykurovať zelenou elektrinou. Namiesto uhlia, ropy alebo zemného plynu môže vodík fungovať ako palivo, ktoré poskytuje obrovské teplo potrebné vo vysokých peciach. na vytvorenie zelenej ocele. Švédsky výrobca ocele SSAB AB sa spojil so spoločnosťou Volvo Cars s cieľom vyvinúť oceľ bez fosílnych palív. Volvo bude prvou automobilovou spoločnosťou, ktorá otestuje a použije zelenú oceľ v koncepčnom aute. Komerčná výroba zelenej ocele sa plánuje začať v roku 2026.

Zelený verzus modrý vodík.

Zelený vodík sa vyrába elektrolýzou vody, ale tá je neefektívna. Podľa MuskaMnožstvo potrebnej energie – elektriny, ktorá by v ideálnom prípade mala byť zelená, plus energie na stlačenie a skvapalnenie vodíka – je ohromujúce.

Modrý vodík je alternatívna forma vyrobená z metánu. 99% vodíka, ktorý sa dnes vyrába, je modrý vodík, pretože je oveľa lacnejší ako zelený vodík. Ale je to falošný predpoklad, keď sa ponúka ako bezuhlíkové riešenie na skladovanie paliva alebo energie.

Metánový plyn sa používa ako surovina v procese výroby modrého vodíka. Metán pochádza z vŕtania a štiepenia plynových alebo ropných vrtov, kde horenie plynu a úniky metánu z vrtov a potrubí môžu výrazne prispieť ku globálnemu otepľovaniu. Takže jedna sýtená fosílna energia sa používa na výrobu bezuhlíkového vodíka z energie.

Nie je však úplne bez uhlíka, pretože chemický rozklad metánu vedie k vodíku a vedľajšiemu produktu CO2, ktorý je sám osebe hlavným skleníkovým plynom (GHG), ktorý sa musí zneškodniť.

Medzi týmito dvoma negatívami leží bezuhlíkové palivo, ktoré horením produkuje iba vodu. Jedným zo spôsobov, ako by sa tento proces mohol zlepšiť, je získavanie metánu zo zdrojov bioplynu, ako sú napríklad skládky alebo kravský hnoj.

Vodík je prenosný.

Medzinárodná agentúra pre energiu (IEA) poukázal na ďalšiu výhodu skladovania vodíka. Je kompaktný ako kvapalina a možno ho opatrne prepravovať na veľké vzdialenosti. Napríklad krajiny ako Austrália s veľkými zdrojmi obnoviteľných solárnych a veterných zdrojov by mohli vyrábať vodík elektrolýzou a prepravovať ho tankermi do miest v juhovýchodnej Ázii, kde je nedostatok energie.

Výroba vodíka v Novom Mexiku

BayoTech je spoločnosť, ktorá skutočne vyrába vodíkové palivo v Novom Mexiku. BayoGas Hub si nárokuje menší a efektívnejší generátor, ktorý robí vodík lacnejším a má nižšiu uhlíkovú stopu ako veľké centralizované závody, ktoré dodávajú vodík výrobcom chemikálií a rafinériám.

Vstupnými surovinami môže byť čistý zemný plyn alebo iné obnoviteľné zdroje bioplynu, ktoré môžu produkovať vodík, ktorý je uhlíkovo negatívny.

V roku 2022 sa v USA rozmiestnia tri vodíkové uzly s plánmi na rozšírenie siete do Spojeného kráľovstva a globálne. Každý z vodíkových uzlov v sieti BayoTech vyprodukuje každý deň 1-5 ton vodíka. Vodík sa dodáva lokálne vo vysokotlakových prepravných prívesoch prepravujúcich plynové fľaše.

Pre svoje plány hromadnej dopravy má mesto Champaign-Urbana v Illinois rastúci vozový park hybridných a elektrických autobusov na vodíkové palivové články. Mesto nasadilo v roku 2021 dva autobusy na vodíkové palivové články.

Pred dokončením generátora vodíka na mieste. Spoločnosť BayoTech bola povolaná poskytnúť prenosný vodík vo vysokotlakových nákladných automobiloch, ktoré nabíjali palivové články, aby si zamestnanci mohli autobusy vyskúšať.

Podľa BayoTech fungujú autobusy s vodíkovými palivovými článkami rovnako dobre ako konvenčné autobusy s naftovým motorom, ale s nulovými výfukovými emisiami skleníkových plynov. Medzi výhody oproti elektromotorom poháňaným batériou patrí dojazd 300 míľ, čas tankovania iba 10 minút a čerpacie stanice, ktoré pojmú až 100 autobusov.

Je pozoruhodné, že v zákone o infraštruktúre z roku 8 bola vyčlenená veľká časť peňazí – 2021 miliárd dolárov na vytvorenie čistého vodíkové náboje, minimálne štyri z nich, po celých USA.

Vodíková vízia BP v Teesside, Spojené kráľovstvo.

V roku 2020 sa bp premenila na integrovanú spoločnosť, ako je zhrnuté vo svojom Energy Outlook 2020.

Ich najnovším obnoviteľným počinom je vodík Teesside, ktorý odkazuje na priemyselné centrum na severovýchodnom pobreží Anglicka.

vízia je pre Teesside stať sa hlavným vodíkovým uzlom pre dopravu v letectve, lodnej doprave a ťažkých nákladných vozidlách – vo všetkých sektoroch, kde je ťažké využiť energiu z batérie. Koncept by však zahŕňal aj energiu pre priemysel, ktorý sa ťažko obmedzuje, ako je výroba cementu a ocele.

Pôvodný plán, s názvom H2Teesside, mal generovať modrý vodík rozkladom metánu, CH4, zatiaľ čo vedľajší produkt CO2 by bol zachytený a pochovaný pod oceánom procesom nazývaným CCS.

Nedávny prídavok HyGreen by elektrolyzoval vodu do zelený vodík a kyslík. To je drahšie kvôli nákladom na elektrolýzu a čistú elektrinu, ak sa používa.

Bp má podpísal porozumenie s Daiom
DAI
mler Truck iniciovať infraštruktúru potrebnú pre vodíkové nákladné vozidlá s palivovými článkami v Spojenom kráľovstve.

Projekty spoločnosti Teesside bp sa spájajú s cieľmi vlády Spojeného kráľovstva. HyGreen a H2Teesside by spolu mohli generovať 1.5 GW výroby vodíka a do roku 30 dodať 5 % vládneho cieľa 2030 GW.

Takeaways.

Existujú dve veľké negatíva, ktoré znevýhodňujú výhody modrého vodíka a zanechávajú na ňom výraznú uhlíkovú stopu. Zelený vodík je momentálne príliš drahý.

Podľa Rystad Energy, cenovo dostupný a ekologickejší priemysel vodíkových palív, ktorý je teraz drahý, bude príliš neskoro. Do roku 2050 bude iba 7 % celosvetovej energie tvoriť vodík, ktorý bude slúžiť špeciálnemu odvetviu na poháňanie letectva, lodnej dopravy a tovární na výrobu kovov a chemikálií.

Napriek obmedzeným projekciám Rystada o budúcnosti vodíka a odsúdeniu vodíka Elona Muska ako úložiska energie sa zdá, že vodík bude hrať aktívnu úlohu pri skladovaní energie.

Malé a veľké vodíkové projekty sú vo fáze plánovania alebo už fungujú a ďalšie inovácie posilnia hodnotu vodíka ako špecifickej zložky nízkouhlíkovej budúcnosti.