Ar Elonas Muskas teisus ar neteisingas atsisakydamas vandenilio naudoti mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančios energijos kaupimui?

Kontekstas pereina nuo iškastinės energijos prie atsinaujinančių energijos šaltinių. Vienas iš pagrindinių aspektų yra gabenimas benzininėmis arba dyzelinėmis transporto priemonėmis ir jo perėjimas prie elektros variklių, varomų baterijomis arba vandeniliu. Iškastinio kuro pramonė turėtų susirūpinti tvaraus transporto efektyvumu ir sąnaudomis, nes tai lems perėjimo greitį, kuris greičiausiai turės įtakos naftos gavybos mažėjimui ir galbūt pačiai naftos ir dujų pramonei.

Elonas Muskas žino baterijas. Jis stato jas: varyti automobilius ir sunkvežimius vienoje knygelėje, o kitame – prie tinklo mastelio behemotų, kurie kaupia ir stabilizuoja elektros energiją šimtams namų ir komercinių įmonių.

Praėjusią savaitę, 12 m. gegužės 2022 d. Muskas pasakė vandenilis „yra pats kvailiausias dalykas, kokį tik galėčiau įsivaizduoti energijos kaupimui“. Tai ne pirmas kartas, nes Muskas pastaraisiais metais pateikė panašių neigiamų komentarų. Prieš kelerius metus Muskas žurnalistams sakė, kad vandenilio kuro elementai yra „labai kvaili“.

Kvailas vandenilio saugojimo komentaras buvo didžiulis pareiškimas. Ar Muskas turėjo omenyje elektros energijos kaupimą tinkle? Ar saugoti elektrinėse transporto priemonėse – elektromobiliuose, pavyzdžiui, lengvuosiuose sunkvežimiuose ir autobusuose? Arba abu?

Pažvelkime nuodugniau į vandenilio energijos panaudojimą ir jos vaidmenį kaupiant elektrą, o ne baterijas.

Tinklelio masto vandenilio saugojimas.

Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad Muskas kalbėjo apie elektros kaupimą tinklo mastu, nes jis kalbėjo apie didžiules skysto ar dujinio vandenilio kuro bakus, kurių prireiktų vandenilio kaupimui. Kita ataskaita tai palaiko.

Tačiau nepamirškite didelių „Tesla“ baterijų
TSLA
statiniai tinklelio mastu taip pat yra didžiuliai. Tuo metu, didžiausia didelė baterija pasaulyje 2017 m. pastatė Tesla Hornsdeilyje, Australijoje, kad būtų galima saugoti 100 megavatų (MW) elektros energijos. 2020 metais ji buvo padidinta iki 150 MW.

Akumuliatorius kaupia ir stabilizuoja energiją iš vėjo jėgainių, kurios Pietų Australijoje gamina elektrą beveik be anglies. Baterija gali maitinti 8,000 namų 24 valandas arba daugiau nei 30,000 XNUMX namų vieną valandą.

Tačiau Muskas galėjo kalbėti apie vandenilį kaip energijos šaltinį automobiliuose ir sunkvežimiuose...

Vandenilio energija automobilių ir sunkvežimių elektromobiliams.

Iki šiol labiausiai paplitęs elektromobilių energijos šaltinis yra baterijose sukaupta elektra.

Tačiau elektros energiją galima gauti iš cheminio kuro elemento, kuriame vandenilis reaguoja su deguonimi į bateriją panašiame elemente ir gamina elektrą ir vandenį. Yra daug skirtingų kuro elementų tipų. Tačiau vandenilis yra degus ir gali sukelti gaisrą ar sprogimą. Kuro elementas gali būti pavojingas, ypač sudužus elektromobiliui.

Vandenilio kuro elementai turi tam tikrų privalumų: (1) daug didesnį energijos kaupimo tankį nei ličio jonų akumuliatoriai, (2) didesnį važiavimo atstumą, (3) lengvesnius ir mažiau vietos užimančius ir (4) daug trumpesnį įkrovimo laiką.

Gluminančiame „Twitter“ komentare šių metų balandžio 1 d. Muskas paskelbė kad jis pristatys „Tesla“ automobilius, kuriuose naudojami vandenilio kuro elementai. Atrodo, kad tai protingas balandžio pirmosios pokštas.

Esminiai elektromobilių baterijų privalumai ir trūkumai, palyginti su vandenilio kuro elementais buvo dokumentuoti. Štai santrauka:

„Šiuolaikinis automobilio akumuliatorius gali sukaupti 250 vatvalandžių energijos kiekvienam kilogramui ličio jonų. Tuo tarpu kilogramas vandenilio turi 33,200 100 vatvalandžių vienam kilogramui. Ne, tai ne klaida. Taip, vandenilis yra daugiau nei XNUMX kartų tankesnis nei ličio jonų akumuliatorius.

„Akumuliatoriais varomos elektrinės transporto priemonės yra nepaprastai efektyvios. Priklausomai nuo modelio, jie gali pasigirti nuo 70 iki 80 procentų efektyvumu. Palyginimui, vandenilio kuro elementais varoma elektrinė transporto priemonė (FCEV) yra labai taupi, o bendras efektyvumas yra maždaug 30–35 procentai... Faktas yra tas, kad elektrą paversti vandeniliu tik tada, kai ją paverčiama atgal, niekada nebus toks pat efektyvus, kaip ir tiesioginis akumuliatoriaus maitinimas.

Pagal šią ataskaitą trumpesnis degalų papildymo laikas taupo vandenilio kuro elementus. Dabartinėms įkrovimo stotims reikia maždaug 6 valandų, kad būtų galima papildyti 500 mylių nuotolio akumuliatoriumi varomą puspriekabę. Tačiau „Toyota“ ir „Kenworth“ jau turi vandenilines puspriekabes, kurias galima papildyti per 15 minučių. Tai pakeitimas tolimojo susisiekimo sunkvežimiais be anglies dioksido.

Hyzon vandeniliniai sunkvežimiai.

Nors ličio jonų baterijos yra komercinė keleivinių ir kitų lengvų elektromobilių rinka, vandenilio energija bandoma tolimųjų reisų transportui su lengvesnio svorio varomąja sistema.

„Hyzon Motors“ yra įmonė Ročesteryje, Niujorke kuria kuro elementus ir gamina sunkvežimius. Po 20 metų tyrimų Hyzon sukūrė kuro elementų kaminus, kurie turi didžiausią galią pasaulyje, yra maždaug per pusę lengvesni ir perpus pigesni.

Tikimasi, kad pilotiniai sunkvežimiai kelyje išvažiuos iki šių metų, 2022 m. Mažiausiame sunkvežimyje ant vieno stovo gali būti laikomi 5 vandenilio balionai. Antroji versija skirta 10 vandenilio balionų ilgesnėms kelionėms.

Kiti vandenilio kuro poreikiai.

Pereinant nuo iškastinių energijos šaltinių prie atsinaujinančių energijos šaltinių, egzistuoja vadinamieji sunkiai mažinami sektoriai, kurių negalima lengvai elektrifikuoti naudoti žaliąją elektrą.

Taip pat tolimųjų reisų sunkvežimiuose, lėktuvuose ir laivuose akumuliatoriai yra per dideli arba per sunkūs. Viename kilograme dyzelino ar benzino vandenilis turi maždaug tris kartus daugiau energijos.

Pramoninės anglimis kūrenamos krosnys yra per karštos arba per brangios, kad jas būtų galima šildyti žaliąja elektra. Vietoj anglies, naftos ar gamtinių dujų vandenilis gali veikti kaip kuras, kad suteiktų didžiulę šilumą, reikalingą aukštakrosnėms. sukurti žalią plieną. Švedijos plieno gamintojas SSAB AB bendradarbiauja su „Volvo Cars“, kad sukurtų plieną be iškastinio kuro. „Volvo“ bus pirmoji automobilių kompanija, kuri išbandys ir naudos žalią plieną koncepciniame automobilyje. Komercinę žaliojo plieno gamybą planuojama pradėti 2026 m.

Žalias prieš mėlyną vandenilį.

Žalias vandenilis susidaro vandens elektrolizės būdu, tačiau tai neefektyvu. Anot Musko, reikalingas energijos kiekis – elektros, kuri idealiu atveju turėtų būti žalia, plius energija vandeniliui suspausti ir suskystinti – yra stulbinantis.

Mėlynas vandenilis yra alternatyvi forma, pagaminta iš metano dujų. 99% šiandien gaminamo vandenilio yra mėlynasis vandenilis, nes jis daug pigesnis nei žalias vandenilis. Tačiau tai klaidinga prielaida, kai siūloma kaip be anglies degalų ar energijos kaupimo sprendimas.

Metano dujos naudojamos kaip žaliava mėlynojo vandenilio gamybos procese. Metanas gaunamas gręžiant ir ardant dujų arba naftos gręžinius, kur dujų deginimas ir metano nuotėkis šuliniuose bei vamzdynuose gali labai prisidėti prie visuotinio atšilimo. Taigi viena gazuota iškastinė energija naudojama vandeniliui be anglies gaminti iš energijos.

Tačiau tai nėra visiškai be anglies, nes dėl cheminio metano skilimo susidaro vandenilis ir šalutinis produktas CO2, kuris pats yra pagrindinės šiltnamio efektą sukeliančios dujos (ŠESD), kurias reikia pašalinti.

Tarp šių dviejų negatyvų yra anglies neturintis kuras, kuris degdamas gamina tik vandenį. Vienas iš būdų patobulinti procesą yra metano žaliavos gavimas iš biodujų šaltinių, pavyzdžiui, sąvartynų arba karvių mėšlo.

Vandenilis yra nešiojamas.

Tarptautinė energetikos agentūra (IEA) nurodė dar vieną pranašumą vandenilio saugojimo. Jis yra kompaktiškas kaip skystis ir gali būti atsargiai gabenamas dideliais atstumais. Pavyzdžiui, tokios šalys kaip Australija, turinčios didelius saulės ir vėjo energijos šaltinius, galėtų gaminti vandenilį elektrolizės būdu ir gabenti jį tanklaiviais į energijos stokojančius Pietryčių Azijos miestus.

Vandenilio gamyba Naujojoje Meksikoje

BayoTech yra įmonė, kuri iš tikrųjų gamina vandenilio kurą Naujojoje Meksikoje. „BayoGas Hub“ pretenduoja į mažesnį ir efektyvesnį generatorių, dėl kurio vandenilis yra pigesnis ir turintis mažesnį anglies pėdsaką nei didelės centralizuotos gamyklos, tiekiančios vandenilį chemijos gamintojams ir naftos perdirbimo gamykloms.

Žaliavos gali būti švarios gamtinės dujos arba kiti atsinaujinantys biodujų šaltiniai, kurie gali pagaminti anglies neigiamą vandenilį.

2022 m. JAV bus dislokuoti trys vandenilio centrai, planuojama išplėsti tinklą į JK ir visame pasaulyje. Kiekvienas „BayoTech“ tinklo vandenilio mazgas kasdien pagamina 1–5 tonas vandenilio. Vandenilis pristatomas vietoje aukšto slėgio transporto priekabose, vežančiose dujų balionus.

Dėl savo masinio tranzito planų Ilinojaus valstijos Champaign-Urbana mieste auga hibridinių ir vandenilio kuro elementų elektrinių autobusų parkas. 2021 m. miestas dislokavo du vandenilio kuro elementų autobusus.

Prieš baigiant vandenilio generatoriaus statybą vietoje. „BayoTech“ buvo pakviesta suteikti nešiojamasis vandenilis aukšto slėgio transporto sunkvežimiuose, kuriuose buvo įkrauti kuro elementai, kad darbuotojai galėtų išbandyti autobusus.

Pasak BayoTech, vandenilio kuro elementų autobusai veikia taip pat, kaip ir įprasti dyzeliniai autobusai, tačiau jų išmetamųjų šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimas yra nulinis. Privalumai, palyginti su akumuliatoriniais elektros varikliais, yra 300 mylių atstumas, tik 10 minučių degalų papildymo laikas ir degalinės, kuriose telpa iki 100 autobusų.

Pažymėtina, kad 8 m. Infrastruktūros įstatyme buvo skirta didelė pinigų dalis – 2021 mlrd. vandenilio stebulės, mažiausiai keturi iš jų visoje JAV.

BP vandenilio vizija Teesside mieste, JK.

2020 m. bp iš naujo išrado save kaip integruotą įmonę, kaip apibendrinta jos energetikos perspektyvoje 2020.

Jų naujausia atsinaujinanti įmonė yra Teesside vandenilis, nurodantis pramonės centrą šiaurės rytų Anglijos pakrantėje.

Šios vizija skirta Teesside'ui tapti pagrindiniu vandenilio centru aviacijos, laivybos ir sunkiasvorių sunkvežimių transporte – visuose sektoriuose, kuriuose sunku naudoti akumuliatoriaus energiją. Tačiau ši koncepcija taip pat apimtų energiją sunkiai mirštamoms pramonės šakoms, tokioms kaip cemento ir plieno gamyba.

Originalus planas, vadinamas H2Teesside, turėjo sukurti mėlynas vandenilis skaidant metaną, CH4, o dviproduktas CO2 būtų sugautas ir palaidotas po vandenynu proceso, vadinamo CCS, metu.

Neseniai pridėtas „HyGreen“ elektrolizuoja vandenį žalias vandenilis ir deguonies. Tai brangiau dėl elektrolizės ir švarios elektros kainos, jei ji naudojama.

Bp turi pasirašė susitarimą su Dai
DAI
„mler Truck“ inicijuoja kuro elementų vandeniliniams sunkvežimiams reikalingą infrastruktūrą JK.

Bp Teesside projektai atitinka JK vyriausybės tikslus. Kartu „HyGreen“ ir „H2Teesside“ galėtų pagaminti 1.5 GW vandenilio ir iki 30 m. pasiekti 5 % vyriausybės tikslo – 2030 GW.

Išsinešti.

Yra du dideli minusai, kurie neigiamai veikia mėlynojo vandenilio naudą ir palieka didelį anglies pėdsaką. Žalias vandenilis šiuo metu yra per brangus.

Pagal „Rystad Energy“, įperkama ir ekologiškesnė vandenilio degalų pramonė, kuri dabar yra brangi, bus per mažai per vėlu. Iki 2050 m. tik 7 % pasaulio energijos sudarys vandenilis, kad būtų galima aptarnauti nišinę aviacijos, laivybos ir metalų bei chemijos gamyklų degalų pramonę.

Nepaisant ribotų Rystado prognozių dėl vandenilio ateities ir Elono Musko smerkimo vandenilį kaip energijos kaupiklį, atrodo, kad vandenilis vaidins aktyvų vaidmenį kaupiant energiją.

Maži ir didelio masto vandenilio projektai yra planavimo stadijose arba jau vykdomi, o tolimesnės naujovės sustiprins vandenilio, kaip mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančių technologijų ateities nišinės sudedamosios dalies, vertę.