Vai Elons Masks pareizi vai nepareizi atsakās no ūdeņraža izmantošanas zema oglekļa satura enerģijas uzglabāšanai?

Konteksts ir pāreja no fosilās enerģijas uz atjaunojamo enerģiju. Viens no galvenajiem aspektiem ir transportēšana ar benzīna vai dīzeļa transportlīdzekļiem un tā pāreja uz elektromotoriem, ko darbina akumulatori vai ūdeņradis. Fosilā kurināmā nozarei būtu jāuztraucas par ilgtspējīga transporta efektivitāti un izmaksām, jo ​​tas noteiks pārejas ātrumu, kas, iespējams, ietekmēs naftas ieguves samazināšanos un, iespējams, pašu naftas un gāzes nozari.

Elons Masks zina baterijas. Viņš tos būvē: lai piedzītu automašīnas un kravas automašīnas vienā grāmatiņā, bet otrā grāmatiņā uz tīkla mēroga behemotiem, kas uzglabā un stabilizē elektroenerģiju simtiem māju un komerciālo uzņēmumu vajadzībām.

Pagājušajā nedēļā, 12. gada 2022. maijā, Musk teica ūdeņradis ir "visstulbākā lieta, ko es varētu iedomāties enerģijas uzkrāšanai." Šī nav pirmā reize, jo Musks ir izteicis līdzīgus negatīvus komentārus iepriekšējos gados. Pirms dažiem gadiem Musks žurnālistiem sacīja, ka ūdeņraža degvielas šūnas ir "ārkārtīgi muļķīgas".

Mēmais komentārs par ūdeņraža uzglabāšanu bija plašs apgalvojums. Vai Musks runāja par elektroenerģijas uzglabāšanu tīkla mērogā? Vai uzglabāšanu elektriskajos transportlīdzekļos — EV, piemēram, vieglajos kravas automobiļos un autobusos? Vai abi?

Padziļināti aplūkosim ūdeņraža enerģijas pielietojumu un tās lomu elektroenerģijas uzglabāšanā pretstatā akumulatoriem.

Ūdeņraža uzglabāšana režģa mērogā.

No pirmā acu uzmetiena šķiet, ka Musks runāja par elektroenerģijas uzglabāšanu tīkla mērogā, jo viņš runāja par milzīgām šķidrā vai gāzveida ūdeņraža degvielas tvertnēm, kas būtu nepieciešamas ūdeņraža uzglabāšanai. Vēl viens ziņojums to atbalsta.

Bet neaizmirstiet par lielajām baterijām, ko izmanto Tesla
TSLA
būves tīkla mērogā arī ir milzīgas. Tajā laikā, lielākais lielais akumulators pasaulē 2017. gadā uzcēla Tesla Hornsdeilā, Austrālijā, lai uzglabātu 100 megavatus (MW) elektroenerģijas. 2020. gadā tā tika paaugstināta līdz 150 MW.

Akumulators uzglabā un stabilizē enerģiju no vēja ģeneratoru parkiem, kas Dienvidaustrālijā nodrošina gandrīz oglekļa emisiju. Akumulators var darbināt 8,000 māju 24 stundas vai vairāk nekā 30,000 XNUMX māju vienu stundu.

Bet Musks, iespējams, runāja par ūdeņradi kā enerģijas avotu automašīnās un kravas automašīnās…

Ūdeņraža enerģija vieglajām un kravas automašīnām.

Līdz šim visizplatītākais elektromobiļu enerģijas avots ir akumulatoros uzkrātā elektroenerģija.

Bet elektrību var iegūt no ķīmiskās degvielas šūnas, kurā ūdeņradis reaģē ar skābekli akumulatoram līdzīgā šūnā, lai ražotu elektrību un ūdeni. Ir daudz dažādu veidu kurināmā elementu. Bet ūdeņradis ir viegli uzliesmojošs un var izraisīt ugunsgrēkus vai sprādzienus. Degvielas šūna var būt bīstama, it īpaši, ja avarē EV.

Ūdeņraža kurināmā elementiem ir noteiktas priekšrocības: (1) daudz lielāks enerģijas uzkrāšanas blīvums nekā litija jonu akumulatoriem, (2) lielāks braukšanas diapazons, (3) vieglākas un aizņem mazāk vietas, un (4) daudz īsāks uzlādes laiks.

Kādā mulsinošā twitter komentārā šī gada 1.aprīlī Masks paziņoja ka viņš iepazīstinās ar Tesla automašīnām, kurās tiek izmantotas ūdeņraža degvielas šūnas. Šķiet, ka tas ir gudrs XNUMX. aprīļa joks.

Būtiski EV akumulatoru plusi un mīnusi salīdzinājumā ar ūdeņraža degvielas elementiem ir dokumentēti. Šeit ir kopsavilkums:

“Mūsdienu automašīnas akumulators var uzglabāt 250 vatstundas enerģijas uz katru kilogramu litija jonu. Tikmēr kilogramā ūdeņraža ir 33,200 100 no šīm vatstundām uz kilogramu. Nē, tā nav kļūda. Jā, ūdeņradis ir vairāk nekā XNUMX reižu enerģijas blīvāks nekā litija jonu akumulators.

“Ar akumulatoru darbināmi elektriskie transportlīdzekļi ir fenomenāli efektīvi. Atkarībā no modeļa tie var lepoties ar 70 līdz 80 procentu efektivitāti. Salīdzinājumam, ar ūdeņraža kurināmā elementiem darbināms elektriskais transportlīdzeklis (FCEV) ir ļoti taupīgs, un tā kopējā efektivitāte ir aptuveni 30 līdz 35 procenti… Fakts paliek fakts, ka elektrības pārvēršana par ūdeņradi, lai pēc tam to pārvērstu atpakaļ, nekad nebūs tikpat efektīvi kā tieša akumulatora barošana.

Saskaņā ar šo ziņojumu īsāks degvielas uzpildes laiks ir tas, kas ietaupa ūdeņraža kurināmā elementus. Pašreizējām uzlādes stacijām ir nepieciešamas aptuveni 6 stundas, lai uzpildītu degvielu 500 jūdžu attālumam ar akumulatoru darbināmai puspiekabei. Bet Toyota un Kenworth jau ir ūdeņraža puspiekabes, kuras var uzpildīt 15 minūtēs. Tas ir izmainīts bezoglekļa tālsatiksmes kravu pārvadājumiem.

Ūdeņraža kravas automašīnas no Hyzon.

Lai gan litija jonu akumulatori ir pasažieru un citu vieglo EV komerciālais tirgus, ūdeņraža jauda tiek pārbaudīta tālsatiksmes pārvadājumos ar vieglāku piedziņas sistēmu.

Hyzon Motors ir uzņēmums Ročesterā, Ņujorkā izstrādā degvielas elementus un būvē kravas automašīnas. Pēc 20 gadu ilgas izpētes Hyzon ir nācis klajā ar kurināmā elementu skursteņiem, kuriem ir vislielākā jauda pasaulē, kas ir aptuveni uz pusi vieglāki un uz pusi lētāki.

Bija paredzēts, ka pilotu kravas automašīnas izbrauks līdz šim, 2022. gadam. Mazākajai kravas automašīnai uz viena plaukta var novietot 5 ūdeņraža balonus. Otrā versija ir paredzēta 10 ūdeņraža baloniem ilgākiem braucieniem.

Citas vajadzības pēc ūdeņraža degvielas.

Pārejot no fosilās enerģijas uz atjaunojamiem energoresursiem, pastāv tā dēvētās grūti samazināmās nozares, kuras nevar viegli elektrificēt, lai izmantotu zaļo elektroenerģiju.

Tāpat kā tālsatiksmes kravas automašīnas, lidmašīnas un kuģi ir gadījumi, kad akumulatori būtu pārāk lieli vai pārāk smagi, lai tos pārvadātu. Ūdeņradis satur apmēram trīs reizes vairāk enerģijas uz kilogramu dīzeļdegvielas vai benzīna.

Rūpnieciskās ogļu kurināmās krāsnis ir pārāk karstas vai pārāk dārgas, lai tās apsildītu ar zaļo elektrību. Ogļu, naftas vai dabasgāzes vietā ūdeņradis var darboties kā degviela, lai nodrošinātu milzīgo siltumu, kas nepieciešams domnās. lai izveidotu zaļo tēraudu. Zviedrijas tērauda ražotājs SSAB AB sadarbojas ar Volvo Cars, lai izstrādātu tēraudu, kas nesatur fosiliju. Volvo būs pirmais autobūves uzņēmums, kas testēs un izmantos zaļo tēraudu konceptauto. Zaļā tērauda komerciālo ražošanu plānots uzsākt 2026. gadā.

Zaļais pret zilo ūdeņradi.

Zaļo ūdeņradi iegūst ūdens elektrolīzē, taču tas ir neefektīvi. Pēc Muska teiktā, nepieciešamās enerģijas daudzums – elektrība, kurai ideālā gadījumā vajadzētu būt zaļai, plus enerģija ūdeņraža saspiešanai un sašķidrināšanai – ir satriecošs.

Zilais ūdeņradis ir alternatīva forma, kas izgatavota no metāna gāzes. 99% no mūsdienās ražotā ūdeņraža ir zilais ūdeņradis, jo tas ir daudz lētāks nekā zaļais ūdeņradis. Taču tas ir maldīgs priekšnoteikums, ja tas tiek piedāvāts kā bezoglekļa risinājums degvielas vai enerģijas uzglabāšanai.

Metāna gāzi izmanto kā izejvielu zilā ūdeņraža iegūšanas procesā. Metāns rodas, urbjot un sadalot gāzes vai naftas urbumus, kur gāzes dedzināšana un metāna noplūde urbumos un cauruļvados var ievērojami palielināt globālo sasilšanu. Tātad viena gāzēta fosilā enerģija tiek izmantota, lai no enerģijas ražotu ūdeņradi bez oglekļa.

Taču tas nav gluži oglekli nesaturošs, jo metāna ķīmiskā sadalīšanās rezultātā veidojas ūdeņradis un blakusprodukts CO2, kas pati par sevi ir galvenā siltumnīcefekta gāze (SEG), kas ir jāiznīcina.

Starp šiem diviem negatīvajiem elementiem atrodas degviela, kas nesatur oglekli, kas deg, veidojot tikai ūdeni. Viens no veidiem, kā procesu varētu uzlabot, ir iegūt metāna izejvielu no biogāzes avotiem, piemēram, poligoniem vai govju kūtsmēsliem.

Ūdeņradis ir pārnēsājams.

Starptautiskā Enerģētikas aģentūra (IEA) norādīja uz citu priekšrocību ūdeņraža uzglabāšanai. Tas ir kompakts kā šķidrums, un to var rūpīgi transportēt lielos attālumos. Piemēram, tādas valstis kā Austrālija ar lieliem saules un vēja atjaunojamās enerģijas avotiem varētu ražot ūdeņradi ar elektrolīzes palīdzību un transportēt to ar tankkuģi uz Dienvidaustrumāzijas pilsētām, kurās trūkst enerģijas.

Ūdeņraža ražošana Ņūmeksikā

BayoTech ir uzņēmums, kas faktiski ražo ūdeņraža degvielu Ņūmeksikā. BayoGas Hub pretendē uz mazāku un efektīvāku ģeneratoru, kas padara ūdeņradi lētāku un ar mazāku oglekļa emisiju nekā lielas centralizētas rūpnīcas, kas piegādā ūdeņradi ķīmisko vielu ražotājiem un pārstrādes rūpnīcām.

Izejvielas var būt tīra dabasgāze vai citi atjaunojami biogāzes avoti, kas var ražot ūdeņradi, kas ir oglekļa negatīvs.

2022. gadā ASV tiek izvietoti trīs ūdeņraža centri, plānojot tīklu paplašināt Apvienotajā Karalistē un visā pasaulē. Katrs no BayoTech tīkla ūdeņraža mezgliem katru dienu saražo 1–5 tonnas ūdeņraža. Ūdeņradis tiek piegādāts uz vietas augstspiediena transporta piekabēs, kas pārvadā gāzes balonus.

Lai īstenotu masveida tranzīta plānus, Šampaņas-Urbanas pilsētā Ilinoisā ir augošs hibrīdu un ūdeņraža kurināmā elementu elektrisko autobusu parks. Pilsēta 2021. gadā izvietoja divus ūdeņraža degvielas šūnu autobusus.

Pirms uz vietas esošā ūdeņraža ģeneratora pabeigšanas. BayoTech tika aicināts nodrošināt pārnēsājams ūdeņradis augstspiediena transporta kravas automašīnās, kurās tika uzlādētas degvielas šūnas, lai darbinieki varētu pārbaudīt autobusus.

Saskaņā ar BayoTech datiem ūdeņraža degvielas elementu autobusi darbojas tikpat labi kā parastie dīzeļdzinēji, taču tiem nav SEG emisiju. Priekšrocības salīdzinājumā ar akumulatoru darbināmiem elektromotoriem ietver 300 jūdžu darbības rādiusu, tikai 10 minūšu uzpildes laiku un degvielas uzpildes stacijas, kas var uzņemt līdz 100 autobusiem.

Jāatzīmē, ka 8. gada Infrastruktūras likumā liela naudas daļa — 2021 miljardi USD — tika piešķirta, lai izveidotu tīru. ūdeņraža rumbas, vismaz četri no tiem visā ASV.

BP ūdeņraža vīzija Tīsaidā, Apvienotajā Karalistē.

2020. gadā bp no jauna izgudroja sevi kā integrētu uzņēmumu, kā tas ir apkopots tās Energy Outlook 2020.

Viņu jaunākais atjaunojamās enerģijas uzņēmums ir Teesside ūdeņradis, kas attiecas uz rūpniecisko centru Anglijas ziemeļaustrumu krastā.

Jūsu darbs IR Klientu apkalpošana vīzija ir paredzēta Teesside kļūt par galveno ūdeņraža mezglu transportam aviācijā, kuģniecībā un smagajās kravas automašīnās — visās nozarēs, kurās ir grūti izmantot akumulatoru enerģiju. Taču jēdziens ietvertu arī enerģiju grūti samazināmām nozarēm, piemēram, cementa un tērauda ražošanai.

Sākotnējais plāns, ko sauc par H2Teesside, bija jāģenerē zils ūdeņradis sadaloties metānam CH4, savukārt CO2 divprodukts tiktu uztverts un aprakts zem okeāna, izmantojot procesu, ko sauc par CCS.

Nesenais HyGreen papildinājums elektrolizēs ūdeni zaļš ūdeņradis un skābeklis. Tas ir dārgāks elektrolīzes un tīras elektrības izmaksu dēļ, ja tā tiek izmantota.

Bp ir parakstīja vienošanos ar Dai
DAI
mler Truck, lai uzsāktu infrastruktūras izveidi, kas nepieciešama degvielas elementu ūdeņraža kravas automašīnām Apvienotajā Karalistē.

Bp Teesside projekti sakrīt ar Apvienotās Karalistes valdības mērķiem. HyGreen un H2Teesside kopā varētu saražot 1.5 GW ūdeņraža un nodrošināt 30% no valdības mērķa — 5 GW līdz 2030. gadam.

Līdzņemami ēdieni.

Ir divi lieli mīnusi, kas ierobežo zilā ūdeņraža priekšrocības un atstāj ievērojamu oglekļa pēdu. Zaļais ūdeņradis šobrīd ir pārāk dārgs.

Saskaņā ar Rystad enerģija, par pieejamu un videi nekaitīgāku ūdeņraža degvielas nozari, kas tagad ir dārga, būs par vēlu. Līdz 2050. gadam tikai 7% pasaules enerģijas būs ūdeņradis, lai apkalpotu nišas nozari aviācijas, kuģniecības, kā arī metālu un ķīmisko rūpnīcu degvielas uzpildīšanai.

Neskatoties uz Rystad ierobežotajām prognozēm attiecībā uz ūdeņraža nākotni un Elona Muska nosodījumu par ūdeņradi kā enerģijas krātuvi, šķiet, ka ūdeņradim būs aktīva loma enerģijas uzglabāšanā.

Mazie un liela mēroga ūdeņraža projekti ir plānošanas stadijā vai jau darbojas, un turpmāki jauninājumi nostiprinās ūdeņraža vērtību kā zema oglekļa satura nākotnes nišas sastāvdaļu.