Da li je Elon Musk u pravu ili krivo što je odbacio upotrebu vodonika za skladištenje energije s niskim udjelom ugljika?

Kontekst prelazi sa fosilne energije na obnovljive izvore energije. Jedan od ključnih aspekata ovoga je transport benzinskim ili dizelskim vozilima i njegov prelazak na električne motore koje pokreću baterije ili vodik. Industriju fosilnih goriva treba brinuti efikasnost i troškovi održivog transporta, jer će to odrediti brzinu tranzicije koja će vjerovatno uticati na pad proizvodnje nafte, a možda i na samu industriju nafte i plina.

Elon Musk poznaje baterije. On ih gradi: da pokreće automobile i kamione, na jednom držaču za knjige, do velikih mreža koje skladište i stabilizuju električnu energiju za stotine domova i komercijalnih preduzeća, na drugom držaču za knjige.

Prošle sedmice, 12. maja 2022. Musk je rekao vodonik "je najgluplja stvar koju sam mogao zamisliti za skladištenje energije." Ovo nije prvi put, jer je Musk dao slične negativne komentare proteklih godina. Prije nekoliko godina Musk je rekao novinarima da su vodonične gorivne ćelije "izuzetno glupe".

Glupi komentar o skladištenju vodonika bio je opširna izjava. Da li je Musk mislio na skladištenje električne energije u mreži? Ili za skladištenje u električnim vozilima — EV kao što su automobili, kamioni i autobusi? Ili oboje?

Pogledajmo dublje primjenu energije vodika i njenu ulogu u skladištenju električne energije za razliku od baterija.

Skladištenje vodonika u mreži.

Na prvi pogled se čini da je Musk govorio o skladištenju električne energije na mreži, jer je govorio o ogromnim rezervoarima tečnog ili gasovitog vodikovog goriva koje bi bilo potrebno za skladištenje vodonika. Još jedan izvještaj podržava ovo.

Ali ne zaboravite na velike baterije koje je Tesla imao
TSLA
gradnje na nivou mreže su takođe ogromne. U to vrijeme, najveća velika baterija na svetu Tesla je izgradio 2017. godine u Hornsdaleu u Australiji za skladištenje 100 mega vati (MW) električne energije. 2020. je nadograđen na 150 MW.

Baterija pohranjuje i stabilizira energiju iz vjetroelektrana koje proizvode električnu energiju u Južnoj Australiji gotovo bez ugljika. Baterija može napajati 8,000 kuća tokom 24 sata ili više od 30,000 kuća za jedan sat.

Ali Musk je možda govorio o vodoniku kao izvoru energije u automobilima i kamionima...

Energija vodika za automobile i kamione EV.

Daleko najčešći izvor energije za EV je električna energija pohranjena u baterijama.

Ali električna energija se može dobiti iz kemijske gorivne ćelije u kojoj vodonik reagira s kisikom u ćeliji nalik bateriji kako bi se proizvela električna energija i voda. Postoji mnogo različitih tipova gorivnih ćelija. Ali vodonik je zapaljiv i može uzrokovati požare ili eksplozije. Goriva ćelija može biti opasna, posebno ako se EV sudari.

Vodikove gorive ćelije imaju određene prednosti: (1) mnogo veću gustinu skladištenja energije od litijum-jonskih baterija, (2) veći domet vožnje, (3) lakše i zauzimaju manje prostora i (4) mnogo kraće vreme punjenja.

U zbunjujućem komentaru na Twitteru, 1. aprila ove godine, najavio je Musk da će predstaviti Tesla automobile koji koriste vodonične gorivne ćelije. Čini se da je ovo pametna prvoaprilska šala.

Osnovni prednosti i nedostaci EV baterija u odnosu na vodonične gorive ćelije su dokumentovani. Evo sažetka:

“Moderan automobilski akumulator može pohraniti 250 vat-sati energije za svaki kilogram litijum-jona. Kilogram vodonika, u međuvremenu, ima 33,200 tih vat-sati po kilogramu. Ne, to nije greška. Da, vodonik ima više od 100 puta više energije od litijum-jonske baterije.”

„Električna vozila na baterije su fenomenalno efikasna. Ovisno o modelu, mogu se pohvaliti efikasnošću od bunara do točka od oko 70 do 80 posto. Poređenja radi, električno vozilo sa pogonom na vodikove gorive ćelije (FCEV) je pozitivno štedljivo, sa ukupnom efikasnošću od negdje oko 30 do 35 posto... Ostaje činjenica da pretvaranje električne energije u vodonik samo da bi se zatim ponovo pretvorilo nikada neće biti jednako efikasno kao i direktno napajanje baterije.”

Prema ovom izvještaju, kraće vrijeme punjenja je ono što štedi vodonične gorivne ćelije. Sadašnjim stanicama za punjenje potrebno je oko 6 sati da dopune gorivo za poluprikolicu sa baterijskim pogonom od 500 milja. Ali Toyota i Kenworth već imaju vodonične poluprikolice koje se mogu napuniti gorivom za 15 minuta. Ovo je promjena u igri za dugolinijske transporte bez emisija ugljika.

Hyzon kamioni za vodonik.

Iako su litijum-jonske baterije komercijalno tržište za putnička i druga laka EV, energija vodonika se testira za transport na duge udaljenosti sa lakšim pogonskim sistemom.

Hyzon Motors je kompanija u Rochesteru, New York razvija gorivne ćelije i proizvodi kamione. Nakon 20 godina istraživanja, Hyzon je došao do gorivih ćelija koje imaju najveću snagu na svijetu, lakše su po težini za otprilike upola i jeftinije su upola.

Očekivalo se da će pilot kamioni biti na putu do ove, 2022. godine. Za najmanji kamion, 5 boca sa vodonikom može se pohraniti na jednom stalku. Druga verzija je dizajnirana da drži 10 cilindara vodika za duža putovanja.

Ostale potrebe za vodoničnim gorivom.

U tranziciji od fosilne energije prema obnovljivim izvorima, postoje takozvani sektori koje je teško umanjiti koji se ne mogu lako elektrificirati za korištenje zelene električne energije.

Kao i kamioni na duge relacije, avioni i brodovi su slučajevi u kojima bi baterije bile prevelike ili preteške za nošenje. Vodik sadrži oko tri puta više energije po kilogramu dizela ili benzina.

Industrijske peći na ugalj su prevruće ili preskupe da bi se grijale zelenom strujom. Umjesto uglja, nafte ili prirodnog plina, vodonik može djelovati kao gorivo da obezbijedi ogromnu toplinu potrebnu u visokim pećima za stvaranje zelenog čelika. Švedski proizvođač čelika SSAB AB udružuje se sa Volvo Cars kako bi razvio čelik bez fosila. Volvo će biti prva auto kompanija koja će testirati i koristiti zeleni čelik u konceptnom automobilu. Planirano je da komercijalna proizvodnja zelenog čelika počne 2026. godine.

Zeleni naspram plavog vodonika.

Zeleni vodonik nastaje elektrolizom vode, ali to je neefikasno. Prema Musku, količina potrebne energije – električna energija koja bi u idealnom slučaju trebala biti zelena plus energija za kompresiju i ukapljivanje vodonika – je zapanjujuća.

Plavi vodonik je alternativni oblik napravljen od metana. 99% vodonika koji se danas proizvodi je plavi vodonik jer je mnogo jeftiniji od zelenog vodonika. Ali to je pogrešna premisa kada se nudi kao rješenje bez ugljenika za skladištenje goriva ili energije.

Gas metan se koristi kao sirovina u procesu proizvodnje plavog vodonika. Metan dolazi od bušenja i frakiranja gasnih ili naftnih bušotina, gdje spaljivanje plina i curenje metana u bušotinama i cjevovodima mogu značajno doprinijeti globalnom zagrijavanju. Dakle, jedna gazirana fosilna energija se koristi za proizvodnju vodika bez ugljenika iz energije.

Ali nije baš bez ugljika jer hemijska razgradnja metana dovodi do vodonika i dvoprodukta, CO2, koji je sam po sebi glavni staklenički plin (GHG) koji se mora zbrinuti.

Između ova dva negativa nalazi se gorivo bez ugljenika koje sagorijeva da bi proizvelo samo vodu. Jedan od načina na koji bi se proces mogao poboljšati je dobivanje metanske sirovine iz izvora bioplina kao što su deponije ili kravlji stajnjak, na primjer.

Vodonik je prenosiv.

Međunarodna agencija za energiju (IEA) ukazao na još jednu prednost skladištenja vodonika. Kompaktan je kao tečnost i može se pažljivo transportovati na velike udaljenosti. Na primjer, zemlje poput Australije s velikim izvorima obnovljivih izvora energije od sunca i vjetra mogle bi proizvoditi vodonik elektrolizom i transportirati ga tankerima do energetskih gladnih gradova u jugoistočnoj Aziji.

Proizvodnja vodonika u Novom Meksiku

BayoTech je kompanija koja zapravo proizvodi vodonično gorivo u Novom Meksiku. BayoGas Hub polaže pravo na manji i efikasniji generator koji vodik čini jeftinijim i sa nižim ugljičnim otiskom od velikih centraliziranih postrojenja koja isporučuju vodonik proizvođačima kemikalija i rafinerijama.

Sirovine mogu biti čisti prirodni plin ili drugi obnovljivi izvori bioplina koji mogu proizvesti vodonik koji je negativan na ugljik.

Tri vodonična čvorišta se postavljaju u SAD 2022. godine, s planovima za proširenje mreže u UK i na globalnom nivou. Svako od vodoničnih čvorišta u BayoTech-ovoj mreži proizvodi 1-5 tona vodonika svaki dan. Vodik se isporučuje lokalno u transportnim prikolicama pod visokim pritiskom koje nose plinske boce.

Za svoje planove za masovni tranzit, grad Champaign-Urbana u Ilinoisu ima rastuću flotu hibridnih i električnih autobusa sa vodoničnim gorivnim ćelijama. Grad je postavio dva autobusa sa vodoničnim gorivnim ćelijama 2021.

Prije nego što je završen generator vodonika na licu mjesta. BayoTech je pozvan da obezbijedi prenosivi vodonik u transportnim kamionima pod visokim pritiskom, koji su punili gorivne ćelije kako bi zaposleni mogli testirati autobuse.

Prema BayoTech-u, autobusi sa vodoničnim gorivnim ćelijama imaju performanse kao i konvencionalni dizel autobusi, ali sa nultom emisijom stakleničkih plinova iz ispušne cijevi. Prednosti u odnosu na elektromotore na baterije uključuju domet od 300 milja, vrijeme dopunjavanja goriva od samo 10 minuta i stanice za gorivo koje mogu primiti do 100 autobusa.

Primjetno je da je veliki dio novca — 8 milijardi dolara — bio namijenjen Zakonu o infrastrukturi iz 2021. za postavljanje čistog čvorišta vodonika, njih najmanje četiri, širom SAD-a.

BP-ova hidrogenska vizija u Teessideu, UK.

U 2020., bp se ponovo osmislio kao integrisana kompanija, kao što je sažeto u svom energetskom pregledu 2020.

Njihov najnoviji obnovljivi poduhvat je vodonik Teesside, koji se odnosi na industrijsko čvorište na sjeveroistočnoj obali Engleske.

The vizija je za Teesside da postane glavno čvorište vodonika za transport u avijaciji, pomorstvu i teškim kamionima – svim sektorima u kojima je teško koristiti baterijsko napajanje. Ali koncept bi također uključivao snagu za industrije koje je teško umanjiti, kao što su proizvodnja cementa i čelika.

Originalni plan, nazvan H2Teesside, trebao je generirati plavi vodonik razgradnjom metana, CH4, dok bi biprodukt CO2 bio zarobljen i zakopan ispod okeana procesom zvanim CCS.

Nedavni dodatak HyGreena bi elektrolizovao vodu zeleni vodonik i kiseonik. Ovo je skuplje zbog troškova elektrolize i čiste električne energije ako se ona koristi.

Bp ima potpisali sporazum sa Daijem
DAI
mler Truck da pokrene infrastrukturu potrebnu za kamione sa vodonikom na gorive ćelije u Velikoj Britaniji.

Teesside projekti bp-a poklapaju se s ciljevima britanske vlade. Kombinovano, HyGreen i H2Teesside bi mogli proizvesti 1.5 GW proizvodnje vodonika i isporučiti 30% vladinog cilja od 5 GW do 2030. godine.

Za poneti.

Postoje dva velika negativa koji onemogućuju prednosti plavog vodonika i ostavljaju ga sa značajnim ugljičnim otiskom. Zeleni vodonik je trenutno preskup.

Prema Rystad Energy, pristupačna i zelenija industrija vodoničnog goriva, koja je sada skupa, bit će premalo i prekasno. Do 2050. godine, samo 7% globalne energije će biti vodonik za opsluživanje nišne industrije za gorivo za vazduhoplovstvo, brodarstvo i fabrike metala i hemikalija.

Uprkos Rystadovim ograničenim projekcijama za budućnost vodonika, i osudi Elona Muska vodonika kao skladišta energije, čini se da će vodonik igrati aktivnu ulogu u skladištenju energije.

Mali i veliki vodonički projekti su u fazi planiranja ili su već u funkciji, a daljnje inovacije će učvrstiti vrijednost vodonika kao nišne komponente niskougljične budućnosti.