Er Elon Musk rett eller galt å avvise hydrogenbruk for lavkarbonenergilagring?

Konteksten går fra fossil energi til fornybar energi. Et sentralt aspekt ved dette er transport via bensin eller dieselbiler og overgangen til elektriske motorer drevet av batterier eller hydrogen. Fossilbrenselindustrien bør være bekymret for effektiviteten og kostnadene ved bærekraftig transport, fordi det vil bestemme hastigheten på overgangen som sannsynligvis vil påvirke nedgangen i oljeproduksjonen og kanskje selve olje- og gassindustrien.

Elon Musk kan batterier. Han bygger dem: for å drive biler og lastebiler, ved den ene bokstøtten, til nettskala storheter som lagrer og stabiliserer elektrisk kraft for hundrevis av hjem og kommersielle bedrifter, ved den andre bokstøtten.

Forrige uke, 12. mai 2022, Sa Musk hydrogen "er det dummeste jeg kunne tenke meg for energilagring." Dette er ikke første gang, siden Musk har kommet med lignende negative kommentarer de siste årene. For noen år siden sa Musk til journalister at hydrogenbrenselceller var «ekstremt dumme».

Den dumme hydrogenlagringskommentaren var en feiende uttalelse. Mente Musk til lagring av elektrisitet i nettskala? Eller til lagring i elektriske kjøretøy – elbiler som biler, lastebiler og busser? Eller begge?

La oss ta en dypere titt på anvendelser av hydrogenenergi og dens rolle i lagring av elektrisitet i motsetning til batterier.

Lagring av hydrogen i nettskala.

Ved første øyekast ser det ut til at Musk snakket om elektrisitetslagring i nettskala, fordi han snakket om enorme tanker med flytende eller gassformig hydrogendrivstoff som ville være nødvendig for hydrogenlagring. Nok en rapport støtter dette.

Men ikke glem de store batteriene som Tesla har
TSLA
Bygg i rutenettskala er også enorme. På det tidspunktet største storbatteri i verden ble bygget av Tesla i 2017, i Hornsdale, Australia for å lagre 100 megawatt (MW) elektrisitet. I 2020 ble den oppgradert til 150 MW.

Batteriet lagrer og stabiliserer strøm fra vindparker som gjør strøm i Sør-Australia nesten karbonfri. Batteriet kan drive 8,000 hus i 24 timer eller mer enn 30,000 XNUMX hus i en time.

Men Musk kan ha snakket om hydrogen som en kraftkilde i biler og lastebiler ...

Hydrogenenergi for elbiler for biler og lastebiler.

Den desidert vanligste kraftkilden for elbiler er elektrisitet lagret i batterier.

Men elektrisitet kan hentes fra en kjemisk brenselcelle der hydrogen reagerer med oksygen i en batterilignende celle for å produsere elektrisitet og vann. Det finnes mange forskjellige typer brenselceller. Men hydrogen er brannfarlig og kan forårsake brann eller eksplosjoner. En brenselcelle kan være farlig, spesielt hvis en elbil krasjer.

Hydrogenbrenselceller har visse fordeler: (1) mye større energilagringstetthet enn litium-ion-batterier, (2) større rekkevidde, (3) lettere og opptar mindre plass, og (4) mye kortere ladetid.

I en forvirrende Twitter-kommentar, 1. april i år, Musk annonserte at han ville introdusere Tesla-biler som bruker hydrogen brenselceller. Dette ser ut til å være en smart aprilspøk.

De essensielle fordelene og ulempene med EV-batterier kontra hydrogen brenselceller er dokumentert. Her er en oppsummering:

«Et moderne bilbatteri kan lagre 250 watt-timer energi for hvert kilo litium-ion. Et kilo hydrogen har i mellomtiden 33,200 100 av disse wattimene per kilo. Nei, det er ikke en feil. Ja, hydrogen er mer enn XNUMX ganger så energitett som et li-ion-batteri.»

"Batteridrevne elektriske kjøretøy er fenomenalt effektive. Avhengig av modell kan de skilte med en brønn-til-hjul-effektivitet på rundt 70 til 80 prosent. Til sammenligning er et hydrogenbrenselcelledrevet elektrisk kjøretøy (FCEV) positivt sparsommelig, med en total effektivitet på et sted rundt 30 til 35 prosent... Faktum gjenstår at å konvertere elektrisitet til hydrogen bare for deretter å konvertere den tilbake vil aldri bli det. like effektivt som å mate et batteri direkte.»

I følge denne rapporten er det kortere tankingstid som sparer hydrogenbrenselceller. Nåværende ladestasjoner krever omtrent 6 timer for å fylle drivstoff på en batteridrevet semitrailer med en rekkevidde på 500 mil. Men Toyota og Kenworth har allerede hydrogen semitrailere som kan fylles på 15 minutter. Dette er en game-changer for langtransport med null karbon.

Hydrogen lastebiler fra Hyzon.

Selv om litium-ion-batterier er det kommersielle markedet for passasjerer og andre lette elbiler, testes hydrogenkraft for langdistansetransport med et lettere fremdriftssystem.

Hyzon Motors er et selskap i Rochester, New York, som utvikler brenselceller og bygger lastebiler. Etter å ha forsket i 20 år, har Hyzon kommet opp med brenselcellestabler som har den høyeste kraften i verden, er lettere i vekt med omtrent halvparten og er halvparten billigere.

Pilotbiler var forventet å være på veien innen dette året, 2022. For den minste lastebilen kan 5 hydrogensylindere lagres på et enkelt stativ. En andre versjon er designet for å holde 10 hydrogensylindere for lengre turer.

Andre behov for hydrogendrivstoff.

I overgangen fra fossil energi til fornybar energi finnes det såkalte sektorer som er vanskelige å redusere som ikke lett kan elektrifiseres til å bruke grønn strøm.

I tillegg til langdistanselastebiler er fly og skip tilfeller der batteriene blir for store eller for tunge å bære. Hydrogen inneholder omtrent tre ganger energien per kilogram diesel eller bensin.

Industrielle kullfyrte ovner er for varme eller for dyre til å bli varmet opp med grønn strøm. I stedet for kull, olje eller naturgass kan hydrogen fungere som drivstoff for å gi den enorme varmen som trengs i masovner å lage grønt stål. Den svenske stålprodusenten SSAB AB slår seg sammen med Volvo Cars for å utvikle fossilfritt stål. Volvo blir det første bilselskapet som tester og bruker grønt stål i en konseptbil. Kommersiell produksjon av grønt stål er planlagt å starte i 2026.

Grønt versus blått hydrogen.

Grønt hydrogen lages ved elektrolyse av vann, men dette er ineffektivt. Ifølge Musk, mengden energi som kreves – elektrisitet som ideelt sett burde være grønn pluss energi for å komprimere og gjøre hydrogenet flytende – er svimlende.

Blått hydrogen er en alternativ form laget av metangass. 99 % av hydrogenet som produseres i dag er blått hydrogen fordi det er mye billigere enn grønt hydrogen. Men det er et falskt premiss når det tilbys som en karbonfri løsning for drivstoff- eller energilagring.

Metangass brukes som råstoff i prosessen med å lage blått hydrogen. Metan kommer fra boring og fracking av gass- eller oljebrønner, hvor gassfakling og metanlekkasjer i brønner og rørledninger kan bidra betydelig til global oppvarming. Så en kullsyreholdig fossil energi brukes til å produsere et karbonfritt hydrogen fra energi.

Men det er ikke akkurat karbonfritt siden den kjemiske nedbrytningen av metan fører til hydrogen og et biprodukt, CO2, som i seg selv er en hoveddrivhusgass (GHG) som må destrueres.

Mellom disse to negativene ligger et karbonfritt drivstoff som brenner for kun å produsere vann. En måte prosessen kan forbedres på er å hente metanråstoffet fra biogasskilder som for eksempel deponier eller kugjødsel.

Hydrogen er bærbart.

Det internasjonale energibyrået (IEA) pekte på en annen fordel av hydrogenlagring. Den er kompakt som væske og kan transporteres med forsiktighet over lange avstander. For eksempel kan land som Australia med store kilder til sol- og vindkraft produsere hydrogen ved elektrolyse og transportere det med tankbil til energisultne byer i Sørøst-Asia.

Hydrogenproduksjon i New Mexico

BayoTech er et selskap som produserer faktisk hydrogendrivstoff i New Mexico. BayoGas Hub gjør krav på en mindre og mer effektiv generator som gjør hydrogen billigere og med lavere karbonavtrykk enn store sentraliserte anlegg som leverer hydrogen til kjemiske produsenter og raffinerier.

Råstoff kan være ren naturgass eller andre fornybare biogasskilder som kan lage hydrogen som er karbonnegativt.

Tre hydrogenknutepunkter blir utplassert i USA i 2022, med planer om å utvide nettverket til Storbritannia og globalt. Hvert av hydrogenknutepunktene i BayoTechs nettverk produserer 1-5 tonn hydrogen hver dag. Hydrogen leveres lokalt i høytrykkstransporthengere med gassflasker.

For sine massetransportplaner har byen Champaign-Urbana i Illinois en voksende flåte av hybrid- og hydrogenbrenselcelle-elektriske busser. Byen utplasserte to hydrogenbrenselcellebusser i 2021.

Før hydrogengeneratoren på stedet ble ferdigstilt. BayoTech ble kalt inn for å tilby bærbart hydrogen i høytrykkstransportbiler, som ladet opp brenselcellene slik at ansatte kunne teste ut bussene.

Ifølge BayoTech presterer hydrogenbrenselcellebusser like bra som konvensjonelle dieselbusser, men med null utslipp av klimagasser. Fordeler fremfor batteridrevne elektriske motorer inkluderer en rekkevidde på 300 miles, en drivstofftid på bare 10 minutter, og bensinstasjoner som har plass til opptil 100 busser.

Det er bemerkelsesverdig at en stor del penger - 8 milliarder dollar - ble øremerket i infrastrukturloven fra 2021 for å sette opp rent hydrogenhuber, minimum fire av dem, over hele USA.

BPs hydrogenvisjon i Teesside, Storbritannia.

I 2020 gjenoppfant bp seg selv som et integrert selskap som oppsummert i Energy Outlook 2020.

Deres siste fornybare satsing er Teesside hydrogen, og refererer til et industriknutepunkt på nordøstkysten av England.

De visjonen er for Teesside å bli et stort hydrogenknutepunkt for transport innen luftfart, skipsfart og tunge lastebiler – alle sektorer hvor det er vanskelig å bruke batteristrøm. Men konseptet vil også inkludere kraft for industrier som er vanskelig å redusere, som sement- og stålproduksjon.

Den opprinnelige planen, kalt H2Teesside, skulle generere blå hydrogen ved dekomponering av metan, CH4, mens biproduktet av CO2 ville bli fanget opp og begravd under havet ved en prosess kalt CCS.

Den nylige HyGreen-tilsetningen ville elektrolysere vann inn i grønt hydrogen og oksygen. Dette er dyrere på grunn av kostnadene ved elektrolyse og ren elektrisitet hvis det brukes.

Bp har undertegnet en forståelse med Dai
DAI
mler Truck skal sette i gang infrastrukturen som kreves for brenselcelle-hydrogenbiler i Storbritannia.

Teesside-prosjektene til bp samsvarer med målene til den britiske regjeringen. Til sammen kan HyGreen og H2Teesside generere 1.5 GW hydrogenproduksjon og levere 30 % av regjeringens mål på 5 GW innen 2030.

Takeaways.

Det er to store negativer som hemmer fordelene med blått hydrogen og etterlater det et betydelig karbonavtrykk. Grønt hydrogen er for dyrt akkurat nå.

Ifølge Rystad Energy, en rimelig og grønnere hydrogenbrenselindustri, som nå er dyr, vil være for lite for sent. Innen 2050 vil bare 7 % av den globale energien være hydrogen for å betjene en nisjeindustri for drivstoff til luftfart, skipsfart og metall- og kjemifabrikker.

Til tross for Rystads begrensede anslag for fremtiden til hydrogen, og Elon Musks fordømmelse av hydrogen som lagringsplass for energi, ser det ut til at hydrogen vil spille en aktiv rolle i lagring av energi.

Små og store hydrogenprosjekter er i planleggingsstadier, eller allerede i drift, og ytterligere innovasjon vil sementere hydrogens verdi som en nisjekomponent i en lavkarbon-fremtid.