Ілон Маск правий чи неправильний, коли відкидає використання водню для зберігання енергії з низьким вмістом вуглецю?

Контекст переходить від викопної енергії до відновлюваних джерел. Одним з ключових аспектів цього є транспортування за допомогою бензинових або дизельних транспортних засобів і його перехід на електродвигуни, що працюють від батарей або водню. Промисловість викопного палива має турбуватися про ефективність та вартість сталого транспорту, оскільки це визначить швидкість переходу, що, ймовірно, вплине на зниження видобутку нафти та, можливо, саму нафтогазову промисловість.

Ілон Маск знає батареї. Він створює їх: щоб рухати легкові та вантажівки, на одному тримачі, до гігантів, які зберігають і стабілізують електроенергію для сотень будинків і комерційних підприємств, на іншому.

Минулого тижня, 12 травня 2022 р. Мускус сказав водень «це найдурніше, що я міг собі уявити для зберігання енергії». Це не вперше, оскільки Маск робив подібні негативні коментарі в останні роки. Кілька років тому Маск сказав журналістам, що водневі паливні елементи були «вкрай безглуздими».

Безглуздий коментар щодо зберігання водню був розширеною заявою. Маск мав на увазі зберігання електроенергії в масштабі мережі? Або для зберігання в електромобілях — електромобілях, таких як легкові вантажівки та автобуси? Або обидва?

Давайте глибше розглянемо застосування водневої енергії та її роль у накопиченні електроенергії на відміну від батарей.

Зберігання водню в мережевому масштабі.

На перший погляд здається, що Маск говорив про накопичення електроенергії в мережевому масштабі, тому що він говорив про величезні резервуари рідкого або газоподібного водневого палива, яке знадобиться для зберігання водню. Ще один звіт підтримує це.

Але не забувайте про великі акумулятори Tesla
TSLA
збірки в масштабі сітки також величезні. У той час, найбільша велика батарея в світі був побудований компанією Tesla в 2017 році в Хорнсдейлі, Австралія для зберігання 100 мегават (МВт) електроенергії. У 2020 році його оновили до 150 МВт.

Акумулятор накопичує та стабілізує енергію від вітрових електростанцій, які виробляють електроенергію в Південній Австралії майже без вуглецю. Акумулятор може забезпечувати живлення 8,000 24 будинків протягом 30,000 годин або більше XNUMX XNUMX будинків протягом однієї години.

Але Маск міг говорити про водень як джерело енергії в автомобілях і вантажівках…

Енергія водню для легкових і вантажних електромобілів.

На сьогоднішній день найпоширенішим джерелом енергії для електромобілів є електроенергія, що зберігається в батареях.

Але електроенергію можна отримати з хімічного паливного елемента, в якому водень реагує з киснем у елементі, подібному до батареї, щоб виробляти електроенергію та воду. Існує багато різних типів паливних елементів. Але водень легкозаймистий і може викликати пожежі або вибухи. Паливний елемент може бути небезпечним, особливо якщо електромобіля розбивається.

Водневі паливні елементи мають певні переваги: ​​(1) набагато більшу щільність накопичення енергії, ніж літій-іонні акумулятори, (2) більший запас ходу, (3) легші та займають менше місця та (4) набагато менший час перезарядки.

У дивовижному коментарі у Twitter, 1 квітня цього року, оголосив Маск що він представить автомобілі Tesla, які використовують водневі паливні елементи. Здається, це розумний першоквітневий жарт.

Основні переваги та недоліки акумуляторів для електромобілів у порівнянні з водневими паливними елементами були задокументовані. Ось підсумок:

«Сучасна автомобільна батарея може зберігати 250 Вт-годин енергії на кожен кілограм літій-іонного. Тим часом кілограм водню має 33,200 100 ват-годин на кілограм. Ні, це не помилка. Так, водень у XNUMX разів більш енергоємний, ніж літій-іонний акумулятор».

«Електричний транспортний засіб, що працює від акумулятора, є феноменально ефективним. Залежно від моделі, вони можуть похвалитися ККД від колодязя до колеса приблизно від 70 до 80 відсотків. Для порівняння, електромобіль на водневих паливних елементах (FCEV) дуже економний, із загальним ККД десь приблизно від 30 до 35 відсотків… Фактом залишається те, що перетворення електроенергії лише на водень, щоб потім перетворити її назад, ніколи не буде. так само ефективно, як безпосереднє живлення батареї».

Згідно з цим звітом, менший час заправки — це те, що економить водневі паливні елементи. Нинішнім зарядним станціям потрібно близько 6 годин, щоб заправити напівпричеп з акумуляторним двигуном на 500 миль. Але Toyota і Kenworth вже мають водневі напівпричепи, які можна заправити за 15 хвилин. Це змінило правила перевезень на далекі відстані з нульовим викидом вуглецю.

Водневі вантажівки від Hyzon.

Хоча літій-іонні батареї є комерційним ринком для пасажирських та інших легких електромобілів, воднева енергія перевіряється для далеких перевезень із меншою силовою системою.

Hyzon Motors — це компанія в Рочестері, штат Нью-Йорк розробляє паливні елементи та будує вантажівки. Після 20 років досліджень Hyzon придумав паливні елементи, які мають найвищу потужність у світі, легші за вагою приблизно вдвічі та дешевші вдвічі.

Очікувалося, що пілотні вантажівки вийдуть на дорогу до цього 2022 року. Для найменшої вантажівки на одній стелажі можна зберігати 5 балонів з воднем. Друга версія розрахована на 10 водневих балонів для тривалих поїздок.

Інші потреби у водневому паливі.

При переході від викопної енергії до відновлюваних джерел існують так звані сектори, які важко послабити, які не можна легко електрифікувати для використання зеленої електроенергії.

Так само, як далекомагістральні вантажівки, літаки та кораблі - це випадки, коли батареї були б занадто великими або занадто важкими для транспортування. Водень містить приблизно втричі більше енергії на кілограм дизельного палива або бензину.

Промислові печі, що працюють на вугіллі, занадто гарячі або надто дорогі, щоб їх обігрівати зеленою електрикою. Замість вугілля, нафти або природного газу водень може працювати як паливо для забезпечення величезного тепла, необхідного в доменних печах. для створення зеленої сталі. Шведський металургійний виробник SSAB AB об’єднується з Volvo Cars для розробки сталі без викопних матеріалів. Volvo стане першою автомобільною компанією, яка випробує та використовує зелену сталь у концепт-карі. Комерційне виробництво зеленої сталі планується розпочати у 2026 році.

Зелений водень проти синього.

Зелений водень отримують електролізом води, але це неефективно. За словами Маска, кількість необхідної енергії – електроенергії, яка в ідеалі має бути зеленою, плюс енергія для стиснення та зрідження водню – вражає.

Синій водень є альтернативною формою, виготовленою з газу метану. 99% водню, що виробляється сьогодні, становить синій водень, оскільки він набагато дешевший, ніж зелений водень. Але це помилкова передумова, коли вона пропонується як безвуглецеве рішення для зберігання палива або енергії.

Газ метан використовується як вихідна сировина в процесі отримання блакитного водню. Метан надходить при бурінні та гідророзриві газових або нафтових свердловин, де спалювання газу на факелі та витік метану в свердловинах і трубопроводах можуть істотно сприяти глобальному потеплінню. Отже, одна газована викопна енергія використовується для отримання безвуглецевого водню з енергії.

Але це не зовсім безвуглецевий газ, оскільки хімічний розпад метану призводить до утворення водню та побічного продукту, CO2, який сам по собі є основним парниковим газом (ПГ), який необхідно утилізувати.

Між цими двома мінусами лежить безвуглецеве паливо, яке згоряє, утворюючи лише воду. Одним із способів покращення процесу є отримання метану з джерел біогазу, таких як звалища або коров’ячий гній, наприклад.

Гідроген є портативним.

Міжнародне енергетичне агентство (МЕА) вказав на ще одну перевагу зберігання водню. Він компактний як рідина і його можна обережно транспортувати на великі відстані. Наприклад, такі країни, як Австралія, з великими джерелами сонячних і вітрових відновлюваних джерел енергії, могли б виробляти водень за допомогою електролізу та транспортувати його танкерами до міст Південно-Східної Азії, які не мають енергії.

Виробництво водню в Нью-Мексико

BayoTech - це компанія, яка фактично виробляє водневе паливо в Нью-Мексико. BayoGas Hub претендує на менший і ефективніший генератор, який робить водень дешевшим і з меншим вуглецевим слідом, ніж великі централізовані заводи, які постачають водень хімічним підприємствам і нафтопереробним заводам.

Вихідною сировиною може бути чистий природний газ або інші відновлювані джерела біогазу, які можуть виробляти водень, який не містить вуглецю.

У 2022 році в США розгортаються три водневі хаби, планується розширення мережі у Великобританії та в усьому світі. Кожен з водневих хабів у мережі BayoTech виробляє 1-5 тонн водню щодня. Водень доставляється локально в транспортних причепах високого тиску, які перевозять газові балони.

Для їх планів масового транспорту місто Шампейн-Урбана в штаті Іллінойс має зростаючий парк гібридних і електричних автобусів на водневих паливних елементах. У 2021 році місто запустило два автобуси на водневих паливних елементах.

До завершення будівництва генератора водню на місці. Для надання послуг був викликаний BayoTech переносний водень у транспортних вантажівках високого тиску, які заряджали паливні елементи, щоб співробітники могли випробувати автобуси.

За даними BayoTech, автобуси на водневих паливних елементах працюють так само, як і звичайні дизельні автобуси, але з нульовими викидами парникових газів у вихлопну трубу. Переваги перед електродвигунами з акумуляторним двигуном включають запас ходу 300 миль, час заправки всього 10 хвилин і заправні станції, які можуть вмістити до 100 автобусів.

Примітно, що велика частина грошей — 8 мільярдів доларів — була виділена в Законі про інфраструктуру 2021 року на створення чистих водневі концентратори, мінімум чотири з них, по всій США.

Водневе бачення BP у Тіссаді, Великобританія.

У 2020 році bp заново відкрила себе як інтегровану компанію, як підсумовано в її Енергетичній перспективі 2020.

Їхнє останнє підприємство з поновлюваних джерел енергії - водень Teesside, що має на увазі промисловий центр на північно-східному узбережжі Англії.

Команда бачення для Тіссайд стати великим водневим центром для транспорту в авіації, судноплавстві та важких вантажівках – у всіх галузях, де важко використовувати акумулятор. Але концепція також включатиме електроенергію для галузей промисловості, які важко знищити, таких як цемент і металургійне виробництво.

Оригінальний план, під назвою H2Teesside, мала створити блакитний водень шляхом розкладання метану, CH4, тоді як побічний продукт CO2 буде захоплений і похований під океаном за допомогою процесу, який називається CCS.

Нещодавнє додавання HyGreen буде електролізувати воду зелений водень і кисень. Це дорожче через вартість електролізу та чистої електроенергії, якщо вона використовується.

Bp має підписали угоду з Даєм
DAI
mler Truck для створення інфраструктури, необхідної для водневих вантажівок на паливних елементах у Великобританії.

Проекти bp Teesside збігаються з цілями уряду Великобританії. У сукупності HyGreen і H2Teesside можуть генерувати 1.5 ГВт виробництва водню і забезпечувати 30% від урядової цілі в 5 ГВт до 2030 року.

На винос.

Є два великих мінуса, які перешкоджають перевагам блакитного водню і залишають на ньому значний вуглецевий слід. Зелений водень зараз занадто дорогий.

За оцінками Rystad Energy, доступна та екологічніша промисловість водневого палива, яка зараз є дорогою, буде занадто малою, надто пізно. До 2050 року лише 7% світової енергії буде припадати на водень для обслуговування нішевої промисловості для заправки авіації, судноплавства, а також металургійних та хімічних заводів.

Незважаючи на обмежені прогнози Рістада щодо майбутнього водню та засудження Ілоном Маском водню як накопичувача енергії, схоже, що водень відіграватиме активну роль у накопиченні енергії.

Малі та великомасштабні водневі проекти знаходяться на стадії планування або вже діють, і подальші інновації зміцнять цінність водню як нішевого компонента низьковуглецевого майбутнього.