Έχει ο Έλον Μασκ σωστό ή λάθος να απορρίψει τη χρήση υδρογόνου για αποθήκευση ενέργειας με χαμηλές εκπομπές άνθρακα;

Το πλαίσιο μεταβαίνει από την ορυκτή ενέργεια στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Μια βασική πτυχή αυτού είναι η μεταφορά μέσω οχημάτων βενζίνης ή ντίζελ και η μετάβασή τους σε ηλεκτρικούς κινητήρες που κινούνται με μπαταρίες ή υδρογόνο. Η βιομηχανία ορυκτών καυσίμων θα πρέπει να ανησυχεί για την αποτελεσματικότητα και το κόστος των βιώσιμων μεταφορών, διότι αυτό θα καθορίσει την ταχύτητα της μετάβασης που πιθανότατα θα επηρεάσει τη μείωση της παραγωγής πετρελαίου και ίσως την ίδια τη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου.

Ο Έλον Μασκ ξέρει μπαταρίες. Τις κατασκευάζει: για να προωθήσει αυτοκίνητα και φορτηγά, στη μία βιβλιοθήκη, σε μεγαθήρια κλίμακας δικτύου που αποθηκεύουν και σταθεροποιούν ηλεκτρική ενέργεια για εκατοντάδες σπίτια και εμπορικές επιχειρήσεις, στην άλλη βιβλιοθήκη.

Την περασμένη εβδομάδα, 12 Μαΐου 2022, Musk, δήλωσε Το υδρογόνο «είναι το πιο ανόητο πράγμα που θα μπορούσα να φανταστώ για την αποθήκευση ενέργειας». Δεν είναι η πρώτη φορά, καθώς ο Μασκ έχει κάνει παρόμοια αρνητικά σχόλια τα τελευταία χρόνια. Πριν από μερικά χρόνια, ο Μασκ είπε στους δημοσιογράφους ότι οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου ήταν «εξαιρετικά ανόητες».

Το ανόητο σχόλιο για την αποθήκευση υδρογόνου ήταν μια σαρωτική δήλωση. Ο Μασκ αναφερόταν σε αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας σε κλίμακα δικτύου; Ή για αποθήκευση σε ηλεκτρικά οχήματα — ηλεκτρικά οχήματα, όπως αυτοκίνητα φορτηγά και λεωφορεία; Ή και τα δύο?

Ας ρίξουμε μια πιο βαθιά ματιά στις εφαρμογές της ενέργειας του υδρογόνου και στον ρόλο της στην αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας σε αντίθεση με τις μπαταρίες.

Αποθήκευση υδρογόνου σε κλίμακα πλέγματος.

Εκ πρώτης όψεως, φαίνεται ότι ο Μασκ μιλούσε για αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας σε κλίμακα δικτύου, επειδή μίλησε για τεράστιες δεξαμενές υγρού ή αέριου καυσίμου υδρογόνου που θα χρειάζονταν για αποθήκευση υδρογόνου. Μια άλλη έκθεση υποστηρίζει αυτό.

Αλλά μην ξεχνάτε τις μεγάλες μπαταρίες της Tesla
TSLA
Οι κατασκευές σε κλίμακα πλέγματος είναι επίσης τεράστιες. Εκείνη την εποχή, το μεγαλύτερη μεγάλη μπαταρία στον κόσμο κατασκευάστηκε από την Tesla το 2017, στο Hornsdale της Αυστραλίας για αποθήκευση 100 Mega Watts (MW) ηλεκτρικής ενέργειας. Το 2020 αναβαθμίστηκε στα 150 MW.

Η μπαταρία αποθηκεύει και σταθεροποιεί την ενέργεια από αιολικά πάρκα που κάνουν την ηλεκτρική ενέργεια στη Νότια Αυστραλία σχεδόν χωρίς άνθρακα. Η μπαταρία μπορεί να τροφοδοτήσει 8,000 σπίτια για 24 ώρες ή περισσότερα από 30,000 σπίτια για μία ώρα.

Αλλά ο Μασκ μπορεί να μιλούσε για το υδρογόνο ως πηγή ενέργειας σε αυτοκίνητα και φορτηγά…

Ενέργεια υδρογόνου για ηλεκτρικά αυτοκίνητα και φορτηγά.

Μακράν η πιο κοινή πηγή ενέργειας για τα EV είναι η ηλεκτρική ενέργεια που αποθηκεύεται σε μπαταρίες.

Αλλά η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να προέρχεται από μια χημική κυψέλη καυσίμου στην οποία το υδρογόνο αντιδρά με το οξυγόνο σε μια κυψέλη που μοιάζει με μπαταρία για να παράγει ηλεκτρισμό και νερό. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι κυψελών καυσίμου. Όμως το υδρογόνο είναι εύφλεκτο και μπορεί να προκαλέσει πυρκαγιές ή εκρήξεις. Μια κυψέλη καυσίμου μπορεί να είναι επικίνδυνη, ειδικά εάν ένα EV συντριβεί.

Οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα: (1) πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα αποθήκευσης ενέργειας από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, (2) μεγαλύτερη εμβέλεια οδήγησης, (3) ελαφρύτερες και καταλαμβάνουν λιγότερο χώρο και (4) πολύ μικρότερος χρόνος επαναφόρτισης.

Σε ένα μπερδεμένο σχόλιο στο twitter, την 1η Απριλίου του τρέχοντος έτους, ανακοίνωσε ο Μασκ ότι θα παρουσίαζε αυτοκίνητα Tesla που χρησιμοποιούν κυψέλες καυσίμου υδρογόνου. Αυτό φαίνεται να είναι ένα έξυπνο πρωταπριλιάτικο αστείο.

Τα βασικά πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των μπαταριών EV έναντι των κυψελών καυσίμου υδρογόνου έχουν τεκμηριωθεί. Εδώ είναι μια περίληψη:

«Μια σύγχρονη μπαταρία αυτοκινήτου μπορεί να αποθηκεύσει 250 βατώρες ενέργειας για κάθε κιλό ιόντων λιθίου. Ένα κιλό υδρογόνου, εν τω μεταξύ, έχει 33,200 από αυτές τις βατώρες ανά κιλό. Όχι, δεν είναι λάθος. Ναι, το υδρογόνο είναι περισσότερο από 100 φορές πιο πυκνό σε ενέργεια από μια μπαταρία ιόντων λιθίου».

«Τα ηλεκτρικά οχήματα που λειτουργούν με μπαταρίες είναι εκπληκτικά αποδοτικά. Ανάλογα με το μοντέλο, μπορούν να υπερηφανεύονται για την απόδοση του ποδιού από 70 έως 80 τοις εκατό. Συγκριτικά, ένα ηλεκτρικό όχημα με κυψέλες καυσίμου υδρογόνου (FCEV) είναι θετικά φειδωλό, με συνολική απόδοση περίπου 30 έως 35 τοις εκατό… Το γεγονός παραμένει ότι η μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σε υδρογόνο μόνο για να μετατραπεί ξανά στη συνέχεια δεν πρόκειται ποτέ να γίνει τόσο αποτελεσματικό όσο η απευθείας τροφοδοσία μιας μπαταρίας».

Σύμφωνα με αυτήν την αναφορά, ο μικρότερος χρόνος ανεφοδιασμού είναι αυτός που εξοικονομεί κυψέλες καυσίμου υδρογόνου. Οι σημερινοί σταθμοί φόρτισης απαιτούν περίπου 6 ώρες για τον ανεφοδιασμό ενός ημιρυμουλκούμενου με μπαταρία εμβέλειας 500 μιλίων. Αλλά η Toyota και η Kenworth έχουν ήδη ημιρυμουλκούμενα υδρογόνου που μπορούν να ανεφοδιαστούν σε 15 λεπτά. Αυτό αλλάζει το παιχνίδι για φορτηγά μεγάλων αποστάσεων χωρίς άνθρακα.

Φορτηγά υδρογόνου της Hyzon.

Αν και οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούν την εμπορική αγορά για επιβατικά και άλλα ελαφριά EV, η ισχύς υδρογόνου δοκιμάζεται για μεταφορά μεγάλων αποστάσεων με σύστημα πρόωσης μικρότερου βάρους.

Η Hyzon Motors είναι μια εταιρεία στο Ρότσεστερ της Νέας Υόρκης αναπτύσσει κυψέλες καυσίμου και κατασκευάζει φορτηγά. Μετά από έρευνα για 20 χρόνια, η Hyzon έχει καταλήξει σε στοίβες κυψελών καυσίμου που έχουν την υψηλότερη ισχύ στον κόσμο, είναι ελαφρύτερες σε βάρος περίπου κατά το ήμισυ και φθηνότερες κατά το ήμισυ.

Τα πιλοτικά φορτηγά αναμενόταν να κυκλοφορήσουν φέτος, το 2022. Για το μικρότερο φορτηγό, μπορούν να αποθηκευτούν 5 φιάλες υδρογόνου σε ένα μόνο ράφι. Μια δεύτερη έκδοση έχει σχεδιαστεί για να χωράει 10 φιάλες υδρογόνου για μεγαλύτερα ταξίδια.

Άλλες ανάγκες για καύσιμο υδρογόνου.

Κατά τη μετάβαση από τις ορυκτές ενέργειες προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, υπάρχουν οι λεγόμενοι δύσκολοι κλάδοι που δεν μπορούν εύκολα να ηλεκτροδοτηθούν για τη χρήση πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας.

Εκτός από τα φορτηγά μεγάλων αποστάσεων, τα αεροπλάνα και τα πλοία είναι περιπτώσεις όπου οι μπαταρίες θα ήταν πολύ μεγάλες ή πολύ βαριές για μεταφορά. Το υδρογόνο περιέχει περίπου τριπλάσια ενέργεια ανά κιλό ντίζελ ή βενζίνης.

Οι βιομηχανικοί φούρνοι με καύση άνθρακα είναι πολύ ζεστοί ή πολύ ακριβοί για να θερμανθούν με πράσινο ηλεκτρισμό. Στη θέση του άνθρακα, του πετρελαίου ή του φυσικού αερίου, το υδρογόνο μπορεί να λειτουργήσει ως καύσιμο για να παρέχει την τεράστια θερμότητα που απαιτείται στους υψικάμινους για τη δημιουργία πράσινου χάλυβα. Η σουηδική χαλυβουργία SSAB AB συνεργάζεται με τη Volvo Cars για την ανάπτυξη χάλυβα χωρίς ορυκτά. Η Volvo θα είναι η πρώτη εταιρεία αυτοκινήτων που θα δοκιμάσει και θα χρησιμοποιήσει πράσινο χάλυβα σε πρωτότυπο αυτοκίνητο. Η εμπορική παραγωγή πράσινου χάλυβα προγραμματίζεται να ξεκινήσει το 2026.

Πράσινο έναντι μπλε υδρογόνου.

Το πράσινο υδρογόνο παράγεται με ηλεκτρόλυση νερού αλλά αυτό είναι αναποτελεσματικό. Σύμφωνα με τον Μασκ, η απαιτούμενη ποσότητα ενέργειας - ηλεκτρική ενέργεια που ιδανικά θα έπρεπε να είναι πράσινη συν ενέργεια για τη συμπίεση και την υγροποίηση του υδρογόνου - είναι εκπληκτική.

Το μπλε υδρογόνο είναι μια εναλλακτική μορφή που παράγεται από αέριο μεθάνιο. Το 99% του υδρογόνου που παράγεται σήμερα είναι μπλε υδρογόνο επειδή είναι πολύ φθηνότερο από το πράσινο υδρογόνο. Αλλά είναι μια λανθασμένη υπόθεση όταν προσφέρεται ως λύση χωρίς άνθρακα για αποθήκευση καυσίμου ή ενέργειας.

Το αέριο μεθάνιο χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη στη διαδικασία παραγωγής μπλε υδρογόνου. Το μεθάνιο προέρχεται από τη γεώτρηση και τη διάσπαση γεωτρήσεων φυσικού αερίου ή πετρελαίου, όπου η έκρηξη αερίου και οι διαρροές μεθανίου σε πηγάδια και αγωγούς μπορούν να συμβάλουν σημαντικά στην υπερθέρμανση του πλανήτη. Έτσι, μια ανθρακούχα ορυκτά ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενός υδρογόνου χωρίς άνθρακα από την ενέργεια.

Αλλά δεν είναι ακριβώς απαλλαγμένο άνθρακα, καθώς η χημική αποσύνθεση του μεθανίου οδηγεί σε υδρογόνο και ένα διπροϊόν, το CO2, το οποίο από μόνο του είναι ένα κύριο αέριο θερμοκηπίου (GHG) που πρέπει να απορριφθεί.

Ανάμεσα σε αυτά τα δύο αρνητικά βρίσκεται ένα καύσιμο χωρίς άνθρακα που καίγεται για να παράγει μόνο νερό. Ένας τρόπος με τον οποίο θα μπορούσε να βελτιωθεί η διαδικασία είναι με την απόκτηση της πρώτης ύλης μεθανίου από πηγές βιοαερίου, όπως χωματερές ή κοπριά αγελάδας, για παράδειγμα.

Το υδρογόνο είναι φορητό.

Ο Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας (IEA) επισήμανε ένα άλλο πλεονέκτημα αποθήκευσης υδρογόνου. Είναι συμπαγές ως υγρό και μπορεί να μεταφερθεί με προσοχή σε μεγάλες αποστάσεις. Για παράδειγμα, χώρες όπως η Αυστραλία με μεγάλες πηγές ηλιακών και αιολικών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας θα μπορούσαν να παράγουν υδρογόνο με ηλεκτρόλυση και να το μεταφέρουν με δεξαμενόπλοιο σε πόλεις της Νοτιοανατολικής Ασίας που στερούνται ενέργειας.

Παραγωγή υδρογόνου στο Νέο Μεξικό

Η BayoTech είναι μια εταιρεία που στην πραγματικότητα παράγει καύσιμο υδρογόνο στο Νέο Μεξικό. Το BayoGas Hub διεκδικεί μια μικρότερη και πιο αποτελεσματική γεννήτρια που καθιστά το υδρογόνο φθηνότερο και με χαμηλότερο αποτύπωμα άνθρακα από τις μεγάλες κεντρικές μονάδες που παραδίδουν υδρογόνο σε χημικούς κατασκευαστές και διυλιστήρια.

Οι πρώτες ύλες μπορεί να είναι καθαρό φυσικό αέριο ή άλλες ανανεώσιμες πηγές βιοαερίου που μπορούν να παράγουν υδρογόνο που είναι αρνητικό σε άνθρακα.

Τρεις κόμβοι υδρογόνου αναπτύσσονται στις ΗΠΑ το 2022, με σχέδια για επέκταση του δικτύου στο Ηνωμένο Βασίλειο και παγκοσμίως. Καθένας από τους κόμβους υδρογόνου στο δίκτυο της BayoTech παράγει 1-5 τόνους υδρογόνου κάθε μέρα. Το υδρογόνο παραδίδεται τοπικά σε ρυμουλκούμενα μεταφοράς υψηλής πίεσης που φέρουν φιάλες αερίου.

Για τα σχέδιά τους μαζικής μεταφοράς, η πόλη Champaign-Urbana στο Ιλινόις διαθέτει έναν αυξανόμενο στόλο ηλεκτρικών λεωφορείων με κυψέλες καυσίμου υδρογόνου και υβριδικά. Η πόλη ανέπτυξε δύο λεωφορεία κυψελών καυσίμου υδρογόνου το 2021.

Πριν ολοκληρωθεί η επιτόπια γεννήτρια υδρογόνου. Η BayoTech κλήθηκε να παράσχει φορητό υδρογόνο σε φορτηγά μεταφοράς υψηλής πίεσης, τα οποία φόρτιζαν τις κυψέλες καυσίμου έτσι ώστε οι εργαζόμενοι να μπορούν να δοκιμάσουν τα λεωφορεία.

Σύμφωνα με την BayoTech, τα λεωφορεία κυψελών καυσίμου υδρογόνου αποδίδουν εξίσου καλά με τα συμβατικά λεωφορεία ντίζελ αλλά με μηδενικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου στην εξάτμιση. Τα πλεονεκτήματα έναντι των ηλεκτροκινητήρων που λειτουργούν με μπαταρία περιλαμβάνουν αυτονομία 300 μιλίων, χρόνο ανεφοδιασμού μόνο 10 λεπτά και σταθμούς ανεφοδιασμού που μπορούν να φιλοξενήσουν έως και 100 λεωφορεία.

Είναι αξιοσημείωτο ότι ένα μεγάλο κομμάτι χρημάτων - 8 δισεκατομμύρια δολάρια - διατέθηκε στον νόμο περί υποδομών του 2021 για τη δημιουργία καθαρού πλήμνες υδρογόνου, τουλάχιστον τέσσερις από αυτές, σε όλες τις ΗΠΑ.

Το όραμα υδρογόνου της BP στο Teesside, UK.

Το 2020, η bp επανεφευρέθηκε ως μια ολοκληρωμένη εταιρεία, όπως συνοψίζεται στο Energy Outlook 2020.

Η τελευταία τους επιχείρηση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι το υδρογόνο Teesside, που αναφέρεται σε έναν βιομηχανικό κόμβο στη βορειοανατολική ακτή της Αγγλίας.

Η Το όραμα είναι για τον Teesside να γίνει ένας σημαντικός κόμβος υδρογόνου για τις μεταφορές στην αεροπορία, τη ναυτιλία και τα βαρέα φορτηγά – σε όλους τους τομείς όπου είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθεί η ισχύς της μπαταρίας. Αλλά η ιδέα θα περιλαμβάνει επίσης ενέργεια για δύσκολες βιομηχανίες όπως η τσιμεντοβιομηχανία και η χαλυβουργία.

Το αρχικό σχέδιο, που ονομάζεται H2Teesside, επρόκειτο να δημιουργήσει μπλε υδρογόνο με αποσύνθεση του μεθανίου, CH4, ενώ το διπροϊόν του CO2 θα συλλαμβανόταν και θα θάβονταν κάτω από τον ωκεανό με μια διαδικασία που ονομάζεται CCS.

Η πρόσφατη προσθήκη HyGreen θα ηλεκτρολύσει το νερό μέσα πράσινο υδρογόνο και οξυγόνο. Αυτό είναι πιο ακριβό λόγω του κόστους της ηλεκτρόλυσης και της καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας εάν χρησιμοποιηθεί.

Bp έχει υπέγραψε συμφωνία με τον Ντάι
DAI
mler Truck για την έναρξη της υποδομής που απαιτείται για φορτηγά υδρογόνου κυψελών καυσίμου στο Ηνωμένο Βασίλειο.

Τα έργα Teesside της bp mesh με τους στόχους της κυβέρνησης του Ηνωμένου Βασιλείου. Σε συνδυασμό, το HyGreen και το H2Teesside θα μπορούσαν να παράγουν 1.5 GW παραγωγής υδρογόνου και να παραδώσουν το 30% του κυβερνητικού στόχου των 5 GW έως το 2030.

Φαγητά σε πακέτο

Υπάρχουν δύο μεγάλα αρνητικά που εμποδίζουν τα οφέλη του μπλε υδρογόνου και του αφήνουν σημαντικό αποτύπωμα άνθρακα. Το πράσινο υδρογόνο είναι πολύ ακριβό αυτή τη στιγμή.

Σύμφωνα με Rystad Energy, μια οικονομικά προσιτή και πιο πράσινη βιομηχανία καυσίμων υδρογόνου, η οποία είναι πλέον ακριβή, θα είναι πολύ αργά. Μέχρι το 2050, μόνο το 7% της παγκόσμιας ενέργειας θα είναι υδρογόνο για την εξυπηρέτηση μιας εξειδικευμένης βιομηχανίας για την τροφοδοσία της αεροπορίας, της ναυτιλίας και των εργοστασίων μετάλλων και χημικών.

Παρά τις περιορισμένες προβλέψεις του Rystad για το μέλλον του υδρογόνου και την καταδίκη του Elon Musk του υδρογόνου ως αποθήκευσης ενέργειας, φαίνεται ότι το υδρογόνο θα παίξει ενεργό ρόλο στην αποθήκευση ενέργειας.

Μικρής και μεγάλης κλίμακας έργα υδρογόνου βρίσκονται σε στάδια προγραμματισμού ή ήδη λειτουργούν, και η περαιτέρω καινοτομία θα εδραιώσει την αξία του υδρογόνου ως εξειδικευμένου συστατικού ενός μέλλοντος χαμηλών εκπομπών άνθρακα.