Elon Musk, Düşük Karbonlu Enerji Depolama için Hidrojen Kullanımını Reddetmek İçin Doğru mu Yanlış mı?

Bağlam, fosil enerjiden yenilenebilir enerjiye geçiştir. Bunun önemli bir yönü, benzinli veya dizel araçlarla ulaşım ve bunun pil veya hidrojenle çalışan elektrik motorlarına geçişidir. Fosil yakıt endüstrisi, sürdürülebilir taşımacılığın verimliliği ve maliyeti konusunda endişe duymalıdır, çünkü bu, muhtemelen petrol üretimindeki düşüşü ve belki de petrol ve gaz endüstrisinin kendisini etkileyecek olan geçişin hızını belirleyecektir.

Elon Musk pilleri biliyor. Onları inşa ediyor: bir kitap ucunda arabaları ve kamyonları, diğer kitap ucunda yüzlerce ev ve ticari işletme için elektrik gücünü depolayan ve stabilize eden ızgara ölçekli devlere itmek için.

Geçen hafta, 12 Mayıs 2022, Musk dedi hidrojen "enerji depolamak için hayal edebileceğim en aptalca şey." Musk geçtiğimiz yıllarda benzer olumsuz yorumlar yaptığı için bu ilk değil. Birkaç yıl önce Musk gazetecilere hidrojen yakıt hücrelerinin "son derece aptalca" olduğunu söyledi.

Aptal hidrojen depolama yorumu, kapsamlı bir ifadeydi. Musk, elektriğin şebeke ölçeğinde depolanmasından mı bahsediyordu? Veya elektrikli araçlarda depolamaya mı - arabalar, kamyonlar ve otobüsler gibi EV'ler? Ya da her ikisi de?

Hidrojen enerjisinin uygulamalarına ve pillerin aksine elektriği depolamadaki rolüne daha derin bir göz atalım.

Hidrojenin ızgara ölçekli depolanması.

İlk bakışta, Musk'ın şebeke ölçeğinde elektrik depolamasından bahsettiği anlaşılıyor, çünkü hidrojen depolaması için gerekli olacak devasa sıvı veya gaz hidrojen yakıt tanklarından bahsetti. Başka bir rapor bunu destekler.

Ama Tesla'nın sahip olduğu büyük pilleri unutmayın.
TSLA
ızgara ölçeğindeki yapılar da çok büyük. O zaman, dünyanın en büyük büyük pili Tesla tarafından 2017 yılında Hornsdale, Avustralya'da 100 Mega Watt (MW) elektrik depolamak için inşa edildi. 2020'de 150 MW'a yükseltildi.

Pil, Güney Avustralya'da neredeyse karbonsuz elektrik üreten rüzgar çiftliklerinden gelen gücü depolar ve dengeler. Pil, 8,000 eve 24 saat veya 30,000'den fazla eve bir saat boyunca güç sağlayabilir.

Ancak Musk, arabalarda ve kamyonlarda bir güç kaynağı olarak hidrojenden bahsediyor olabilir…

Araba ve kamyon EV'leri için hidrojen enerjisi.

EV'ler için en yaygın güç kaynağı, pillerde depolanan elektriktir.

Ancak elektrik, elektrik ve su üretmek için pil benzeri bir hücrede hidrojenin oksijenle reaksiyona girdiği kimyasal bir yakıt hücresinden elde edilebilir. Birçok farklı yakıt hücresi türü mevcuttur. Ancak hidrojen yanıcıdır ve yangınlara veya patlamalara neden olabilir. Bir yakıt hücresi, özellikle bir EV çökerse tehlikeli olabilir.

Hidrojen yakıt hücrelerinin belirli avantajları vardır: (1) lityum iyon pillerden çok daha fazla enerji depolama yoğunluğu, (2) daha geniş sürüş aralığı, (3) daha hafif ve daha az yer kaplar ve (4) çok daha kısa şarj süresi.

Şaşırtıcı bir twitter yorumunda, bu yılın 1 Nisan'ında, Musk duyurdu hidrojen yakıt hücreleri kullanan Tesla arabalarını tanıtacağını söyledi. Bu zekice bir XNUMX Nisan şakası gibi görünüyor.

EV pillerinin hidrojen yakıt hücrelerine karşı temel artıları ve eksileri belgelenmiştir. İşte bir özet:

“Modern bir araba aküsü, her kilogram lityum iyon için 250 watt-saat enerji depolayabilir. Bu arada bir kilogram hidrojen, kilo başına bu watt-saatin 33,200'üne sahiptir. Hayır, bu bir hata değil. Evet, hidrojen, bir li-ion pilden 100 kat daha fazla enerji yoğunluğuna sahiptir.”

“Aküyle çalışan elektrikli araçlar olağanüstü verimli. Modele bağlı olarak, yüzde 70 ila 80 civarında bir kuyudan tekerleğe verimlilik sağlayabilirler. Karşılaştırıldığında, hidrojen yakıt pili ile çalışan bir elektrikli araç (FCEV), yüzde 30 ila 35 civarında bir genel verimliliğe sahip, olumlu bir şekilde cimridir. bir pili doğrudan beslemek kadar verimli.”

Bu rapora göre, daha kısa yakıt ikmali süresi, hidrojen yakıt hücrelerinden tasarruf sağlayan şeydir. Mevcut şarj istasyonlarının, 6 mil menzilli pille çalışan bir yarı römorka yakıt ikmali yapması yaklaşık 500 saat sürüyor. Ancak Toyota ve Kenworth'un zaten 15 dakikada yakıt ikmali yapabilen hidrojen yarı römorkları var. Bu, sıfır karbonlu uzun mesafeli kamyon taşımacılığı için bir oyun değiştiricidir.

Hyzon'dan hidrojen kamyonları.

Lityum iyon piller, yolcu ve diğer hafif EV'ler için ticari pazar olmasına rağmen, daha hafif bir tahrik sistemi ile uzun mesafeli nakliye için hidrojen gücü test ediliyor.

Hyzon Motors, Rochester, New York'ta bulunan bir şirkettir. yakıt hücreleri geliştirir ve kamyonlar üretir. Hyzon, 20 yıl boyunca araştırma yaptıktan sonra, dünyadaki en yüksek güce sahip, yaklaşık yarı yarıya daha hafif ve yarı yarıya daha ucuz yakıt hücresi yığınlarını ortaya çıkardı.

Pilot kamyonların bu yıl 2022'ye kadar yollarda olması bekleniyordu. En küçük kamyon için tek bir rafta 5 hidrojen silindiri depolanabilir. İkinci bir versiyon, daha uzun yolculuklar için 10 hidrojen silindiri tutacak şekilde tasarlanmıştır.

Hidrojen yakıtı için diğer ihtiyaçlar.

Fosil enerjilerden yenilenebilir enerjilere geçişte, yeşil elektriği kullanmak için kolayca elektriklendirilemeyen, azaltılması zor sözde sektörler var.

Uzun mesafeli kamyonların yanı sıra uçaklar ve gemiler, pillerin taşınamayacak kadar büyük veya ağır olduğu durumlardır. Hidrojen, bir kilogram dizel veya benzin için yaklaşık üç kat daha fazla enerji içerir.

Endüstriyel kömürle çalışan fırınlar, yeşil elektrikle ısıtılamayacak kadar sıcak veya çok pahalıdır. Kömür, petrol veya doğal gaz yerine hidrojen, yüksek fırınlarda ihtiyaç duyulan muazzam ısıyı sağlamak için yakıt olarak çalışabilir. yeşil çelik oluşturmak için. İsveçli çelik üreticisi SSAB AB, fosilsiz çelik geliştirmek için Volvo Cars ile iş birliği yapıyor. Volvo, yeşil çeliği bir konsept otomobilde test eden ve kullanan ilk otomobil şirketi olacak. Yeşil çeliğin ticari üretiminin 2026'da başlaması planlanıyor.

Yeşile karşı mavi hidrojen.

Yeşil hidrojen, suyun elektrolizi ile yapılır, ancak bu verimsizdir. Musk'a göre, gereken enerji miktarı – ideal olarak yeşil olması gereken elektrik artı hidrojeni sıkıştırıp sıvılaştıracak enerji – şaşırtıcıdır.

Mavi hidrojen, metan gazından yapılan alternatif bir formdur. Bugün üretilen hidrojenin %99'u mavi hidrojendir çünkü yeşil hidrojenden çok daha ucuzdur. Ancak yakıt veya enerji depolama için karbonsuz bir çözüm olarak sunulduğunda bu yanlış bir önermedir.

Mavi hidrojen yapma sürecinde hammadde olarak metan gazı kullanılır. Metan, kuyularda ve boru hatlarında gaz patlaması ve metan sızıntılarının küresel ısınmaya önemli ölçüde katkıda bulunabileceği gaz veya petrol kuyularının sondajından ve kırılmasından gelir. Böylece, enerjiden karbonsuz bir hidrojen üretmek için bir karbonatlı fosil enerji kullanılır.

Ancak metanın kimyasal ayrışması hidrojene ve kendisi de atılması gereken başlıca sera gazı (GHG) olan bir yan ürün olan CO2'ye yol açtığı için tam olarak karbonsuz değildir.

Bu iki olumsuzluk arasında, yalnızca su üretmek için yanan karbonsuz bir yakıt bulunur. İşlemi iyileştirmenin bir yolu, örneğin çöplükler veya inek gübresi gibi biyogaz kaynaklarından metan besleme stoğunun elde edilmesidir.

Hidrojen taşınabilir.

Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) başka bir avantaja işaret etti hidrojen depolama. Sıvı olarak kompakttır ve uzun mesafelerde özenle taşınabilir. Örneğin, Avustralya gibi büyük güneş ve rüzgar yenilenebilir kaynaklarına sahip ülkeler elektroliz yoluyla hidrojen üretebilir ve onu Güneydoğu Asya'daki enerji açlığı çeken şehirlere tankerle taşıyabilir.

New Mexico'da hidrojen üretimi

BayoTech bir şirkettir aslında hidrojen yakıtı üretir New Mexico'da. BayoGas Hub, hidrojeni kimyasal üreticilerine ve rafinerilere hidrojen sağlayan büyük merkezi tesislere göre daha ucuz ve daha düşük karbon ayak izi ile yapan daha küçük ve daha verimli bir jeneratör olduğunu iddia ediyor.

Hammaddeler, temiz doğal gaz veya karbon negatif olan hidrojeni üretebilen diğer yenilenebilir biyogaz kaynakları olabilir.

Ağı İngiltere'ye ve küresel olarak genişletmeyi planlayan 2022'de ABD'de üç hidrojen merkezi konuşlandırılıyor. BayoTech'in ağındaki hidrojen merkezlerinin her biri, her gün 1-5 ton hidrojen üretiyor. Hidrojen, gaz tüpleri taşıyan yüksek basınçlı taşıma römorklarında yerel olarak teslim edilir.

Toplu taşıma planları için, Illinois'deki Champaign-Urbana şehri, büyüyen bir hibrit ve hidrojen yakıt hücreli elektrikli otobüs filosuna sahip. Şehir, 2021'de iki hidrojen yakıt hücreli otobüs kullandı.

Yerinde hidrojen jeneratörü tamamlanmadan önce. BayoTech sağlamak için çağrıldı taşınabilir hidrojen Çalışanların otobüsleri test edebilmeleri için yakıt hücrelerini dolduran yüksek basınçlı nakliye kamyonlarında.

BayoTech'e göre, hidrojen yakıt hücreli otobüsler, geleneksel dizel otobüsler kadar iyi performans gösteriyor, ancak egzoz borusu GHG emisyonu sıfır. Pille çalışan elektrik motorlarına göre avantajlar arasında 300 mil menzil, sadece 10 dakikalık yakıt ikmali süresi ve 100 otobüse kadar kapasiteli yakıt istasyonları sayılabilir.

8 Altyapı Yasası'nda temiz kurulum için 2021 milyar dolarlık büyük bir paranın ayrılması dikkat çekicidir. hidrojen göbekleri, ABD genelinde en az dördü.

BP'nin Teesside, İngiltere'deki hidrojen vizyonu.

2020'de bp, Energy Outlook 2020'de özetlendiği gibi kendisini entegre bir şirket olarak yeniden keşfetti.

En son yenilenebilir girişimleri, İngiltere'nin kuzeydoğu kıyısındaki bir sanayi merkezine atıfta bulunan Teesside hidrojenidir.

The Vizyon Teesside içindir pil gücü kullanmanın zor olduğu tüm sektörlerde havacılık, denizcilik ve ağır kamyonlarda nakliye için önemli bir hidrojen merkezi haline gelmek. Ancak konsept, çimento ve çelik üretimi gibi azaltılması zor endüstriler için gücü de içerecek.

orijinal planH2Teesside adı verilen, mavi hidrojen CO4'nin yan ürünü CCS adı verilen bir süreçle yakalanacak ve okyanusun altına gömülecekti.

Son HyGreen ilavesi, suyu elektrolize eder. yeşil hidrojen ve oksijen. Bu, elektroliz maliyeti ve eğer kullanılıyorsa temiz elektrik nedeniyle daha pahalıdır.

Bp vardır bir anlaşma imzaladı Dai ile
DAI
mler Truck, Birleşik Krallık'ta yakıt hücreli hidrojen kamyonları için gerekli altyapıyı başlatacak.

Bp'nin Teesside projeleri, Birleşik Krallık hükümetinin hedefleriyle örtüşüyor. HyGreen ve H2Teesside bir araya geldiğinde 1.5 GW hidrojen üretimi üretebilir ve 30 yılına kadar hükümetin 5 GW hedefinin %2030'unu sağlayabilir.

Paket servisler.

Mavi hidrojenin faydalarını engelleyen ve ona önemli bir karbon ayak izi bırakan iki büyük olumsuzluk var. Yeşil hidrojen şu anda çok pahalı.

Göre Rystad Enerji, şimdi pahalı olan uygun fiyatlı ve daha yeşil bir hidrojen yakıtı endüstrisi, çok az geç olacak. 2050 yılına kadar, küresel enerjinin yalnızca %7'si, havacılık, denizcilik ve metal ve kimyasal fabrikalarına yakıt sağlamak için niş bir endüstriye hizmet etmek için hidrojen olacak.

Rystad'ın hidrojenin geleceğine ilişkin sınırlı öngörülerine ve Elon Musk'ın hidrojeni enerji depolaması olarak kınamasına rağmen, hidrojenin enerjinin depolanmasında aktif bir rol oynayacağı görülüyor.

Küçük ve büyük ölçekli hidrojen projeleri planlama aşamasında veya halihazırda çalışıyor ve daha fazla yenilik, hidrojenin değerini düşük karbonlu bir geleceğin niş bir bileşeni olarak güçlendirecek.