Adakah Elon Musk Betul Atau Salah Untuk Mengetepikan Penggunaan Hidrogen Untuk Penyimpanan Tenaga Karbon Rendah?

Konteksnya sedang beralih daripada tenaga fosil kepada boleh diperbaharui. Satu aspek utama ini ialah pengangkutan melalui kenderaan petrol atau diesel dan peralihannya kepada motor elektrik yang digerakkan oleh bateri atau hidrogen. Industri bahan api fosil harus mengambil berat tentang kecekapan dan kos pengangkutan yang mampan, kerana itu akan menentukan kelajuan peralihan yang mungkin akan menjejaskan penurunan pengeluaran minyak dan mungkin industri minyak dan gas itu sendiri.

Elon Musk tahu bateri. Dia membinanya: untuk menggerakkan kereta dan trak, di satu hujung buku, kepada raksasa berskala grid yang menyimpan dan menstabilkan kuasa elektrik untuk ratusan rumah dan perusahaan komersial, di hujung buku yang lain.

Minggu lepas, 12 Mei 2022, Musk berkata hidrogen "adalah perkara paling bodoh yang mungkin saya bayangkan untuk simpanan tenaga." Ini bukan kali pertama, kerana Musk telah membuat komen negatif yang sama pada tahun-tahun lalu. Beberapa tahun yang lalu, Musk memberitahu wartawan bahawa sel bahan api hidrogen adalah "sangat bodoh."

Komen storan hidrogen yang bodoh itu adalah satu kenyataan yang menyeluruh. Adakah Musk merujuk kepada penyimpanan elektrik berskala grid? Atau ke penyimpanan dalam kenderaan elektrik — EV seperti trak dan bas kereta? Atau kedua-duanya?

Mari kita lihat dengan lebih mendalam aplikasi tenaga hidrogen dan peranannya dalam menyimpan elektrik berbanding bateri.

Penyimpanan hidrogen berskala grid.

Pada pandangan pertama, nampaknya Musk bercakap tentang penyimpanan elektrik pada skala grid, kerana dia bercakap tentang tangki besar bahan api hidrogen cecair atau gas yang akan diperlukan untuk penyimpanan hidrogen. Satu lagi laporan menyokong ini.

Tetapi jangan lupa bateri besar yang Tesla
TSLA
binaan pada skala grid juga besar. Pada masa itu, bateri besar terbesar di dunia telah dibina oleh Tesla pada 2017, di Hornsdale, Australia untuk menyimpan 100 Mega Watt (MW) elektrik. Pada tahun 2020 ia telah dinaik taraf kepada 150 MW.

Bateri menyimpan dan menstabilkan kuasa daripada ladang angin yang menjadikan tenaga elektrik di Australia Selatan hampir bebas karbon. Bateri itu boleh memberi kuasa kepada 8,000 rumah selama 24 jam atau lebih daripada 30,000 rumah selama satu jam.

Tetapi Musk mungkin bercakap tentang hidrogen sebagai sumber kuasa dalam kereta dan trak ...

Tenaga hidrogen untuk EV kereta dan trak.

Setakat ini, sumber kuasa yang paling biasa untuk EV ialah elektrik yang disimpan dalam bateri.

Tetapi tenaga elektrik boleh diperoleh daripada sel bahan api kimia di mana hidrogen bertindak balas dengan oksigen dalam sel seperti bateri untuk menghasilkan elektrik dan air. Terdapat pelbagai jenis sel bahan api. Tetapi hidrogen mudah terbakar dan boleh menyebabkan kebakaran atau letupan. Sel bahan api boleh berbahaya, terutamanya jika EV terhempas.

Sel bahan api hidrogen mempunyai kelebihan tertentu: (1) ketumpatan penyimpanan tenaga yang jauh lebih besar daripada bateri litium-ion, (2) julat pemanduan yang lebih besar, (3) lebih ringan dan menduduki ruang yang lebih sedikit, dan (4) masa pengecasan semula yang lebih singkat.

Dalam komen twitter yang membingungkan, pada 1 April tahun ini, Musk mengumumkan bahawa dia akan memperkenalkan kereta Tesla yang menggunakan sel bahan api hidrogen. Ini nampaknya jenaka April Fool yang bijak.

Kebaikan dan keburukan penting bateri EV berbanding sel bahan api hidrogen telah didokumenkan. Berikut adalah ringkasan:

“Bateri kereta moden boleh menyimpan 250 watt-jam tenaga untuk setiap kilogram litium-ion. Sekilogram hidrogen pula mempunyai 33,200 watt-jam sekilo. Tidak, itu bukan satu kesilapan. Ya, hidrogen adalah lebih daripada 100 kali ganda lebih padat tenaga daripada bateri li-ion."

“Kenderaan elektrik berkuasa bateri sangat cekap. Bergantung pada model, mereka boleh membanggakan kecekapan baik-ke-roda sekitar 70 hingga 80 peratus. Sebagai perbandingan, kenderaan elektrik berkuasa sel bahan api hidrogen (FCEV) adalah positif, dengan kecekapan keseluruhan sekitar 30 hingga 35 peratus… Hakikatnya tetap bahawa menukar elektrik kepada hidrogen sahaja untuk kemudian menukarnya semula tidak akan pernah menjadi. cekap seperti menyuapkan bateri secara terus.”

Menurut laporan ini, masa mengisi bahan api yang lebih singkat adalah yang menjimatkan sel bahan api hidrogen. Stesen pengecasan sekarang memerlukan kira-kira 6 jam untuk mengisi petrol separa treler pacuan bateri jarak 500 batu. Tetapi Toyota dan Kenworth sudah mempunyai semi-treler hidrogen yang boleh diisi minyak dalam masa 15 minit. Ini adalah penukar permainan untuk trak jarak jauh sifar karbon.

Trak hidrogen oleh Hyzon.

Walaupun bateri litium-ion adalah pasaran komersial untuk penumpang dan EV ringan yang lain, kuasa hidrogen sedang diuji untuk pengangkutan jarak jauh dengan sistem pendorong yang lebih ringan.

Hyzon Motors ialah sebuah syarikat di Rochester, New York, yang membangunkan sel bahan api dan membina trak. Selepas menyelidik selama 20 tahun, Hyzon telah menghasilkan susunan sel bahan api yang mempunyai kuasa tertinggi di dunia, beratnya lebih ringan kira-kira separuh dan lebih murah separuh.

Trak perintis dijangka berada di jalan raya menjelang tahun ini, 2022. Untuk trak terkecil, 5 silinder hidrogen boleh disimpan pada satu rak. Versi kedua direka untuk memegang 10 silinder hidrogen untuk perjalanan yang lebih lama.

Keperluan lain untuk bahan api hidrogen.

Dalam peralihan daripada tenaga fosil ke arah yang boleh diperbaharui, terdapat apa yang dipanggil sektor yang sukar dihentikan yang tidak boleh dielektrik dengan mudah untuk menggunakan elektrik hijau.

Serta trak jarak jauh, kapal terbang dan kapal adalah kes di mana bateri akan menjadi terlalu besar atau terlalu berat untuk dibawa. Hidrogen mengandungi kira-kira tiga kali ganda tenaga bagi setiap kilogram diesel atau petrol.

Relau pembakaran arang batu industri terlalu panas atau terlalu mahal untuk dipanaskan oleh elektrik hijau. Sebagai ganti arang batu, minyak atau gas asli, hidrogen boleh berfungsi sebagai bahan api untuk menyediakan haba yang besar yang diperlukan dalam relau letupan untuk mencipta keluli hijau. Pengeluar keluli Sweden SSAB AB bekerjasama dengan Volvo Cars untuk membangunkan keluli bebas fosil. Volvo akan menjadi syarikat kereta pertama yang menguji dan menggunakan keluli hijau dalam kereta konsep. Pengeluaran komersial keluli hijau dirancang untuk bermula pada 2026.

Hidrogen hijau lawan biru.

Hidrogen hijau dibuat melalui elektrolisis air tetapi ini tidak cekap. Menurut Musk, jumlah tenaga yang diperlukan - elektrik yang idealnya mestilah hijau ditambah tenaga untuk memampatkan dan mencairkan hidrogen - adalah mengejutkan.

Hidrogen biru adalah bentuk alternatif yang diperbuat daripada gas metana. 99% hidrogen yang dihasilkan hari ini adalah hidrogen biru kerana ia jauh lebih murah daripada hidrogen hijau. Tetapi ia adalah premis palsu apabila ditawarkan sebagai penyelesaian bebas karbon untuk simpanan bahan api atau tenaga.

Gas metana digunakan sebagai bahan mentah dalam proses pembuatan hidrogen biru. Metana berasal daripada penggerudian dan pemecahan telaga gas atau minyak, di mana pembakaran gas dan kebocoran metana dalam telaga dan saluran paip boleh menambah dengan ketara kepada pemanasan global. Jadi, satu tenaga fosil berkarbonat digunakan untuk menghasilkan hidrogen bebas karbon daripada tenaga.

Tetapi ia tidak betul-betul bebas karbon kerana penguraian kimia metana membawa kepada hidrogen dan produk dwi, ​​CO2, yang dengan sendirinya merupakan gas rumah hijau utama (GHG) yang perlu dilupuskan.

Di antara kedua-dua negatif ini terdapat bahan api bebas karbon yang terbakar untuk menghasilkan air sahaja. Satu cara proses itu boleh diperbaiki adalah dengan mendapatkan bahan mentah metana daripada sumber biogas seperti tapak pelupusan sampah atau najis lembu, contohnya.

Hidrogen adalah mudah alih.

Agensi Tenaga Antarabangsa (IEA) menunjukkan kelebihan lain penyimpanan hidrogen. Ia padat sebagai cecair dan boleh diangkut dengan berhati-hati dalam jarak yang jauh. Sebagai contoh, negara seperti Australia yang mempunyai sumber tenaga solar dan angin yang hebat boleh menghasilkan hidrogen melalui elektrolisis dan mengangkutnya dengan kapal tangki ke bandar yang kebuluran tenaga di Asia Tenggara.

Pengeluaran hidrogen di New Mexico

BayoTech ialah sebuah syarikat yang sebenarnya menghasilkan bahan api hidrogen di New Mexico. Hab BayoGas menuntut penjana yang lebih kecil dan cekap yang menjadikan hidrogen lebih murah dan dengan jejak karbon yang lebih rendah daripada loji berpusat besar yang menghantar hidrogen kepada pembuat kimia dan kilang penapisan.

Bahan suapan boleh menjadi gas asli bersih atau sumber biogas boleh diperbaharui lain yang boleh membuat hidrogen yang negatif karbon.

Tiga hab hidrogen sedang digunakan di AS pada 2022, dengan rancangan untuk mengembangkan rangkaian ke UK dan global. Setiap hab hidrogen dalam rangkaian BayoTech menghasilkan 1-5 tan hidrogen setiap hari. Hidrogen dihantar secara tempatan dalam treler pengangkutan tekanan tinggi yang membawa silinder gas.

Untuk rancangan transit massa mereka, bandar Champaign-Urbana di Illinois mempunyai armada bas elektrik hibrid dan sel bahan api hidrogen yang semakin meningkat. Bandar ini menggunakan dua bas sel bahan api hidrogen pada 2021.

Sebelum penjana hidrogen di tapak disiapkan. BayoTech telah dipanggil untuk menyediakan hidrogen mudah alih dalam trak pengangkutan tekanan tinggi, yang mengecas sel bahan api supaya pekerja boleh menguji bas.

Menurut BayoTech, bas sel bahan api hidrogen berprestasi sama seperti bas diesel konvensional tetapi dengan sifar pelepasan GHG paip ekor. Kelebihan berbanding motor elektrik yang dipacu bateri termasuk jarak 300 batu, masa mengisi minyak hanya 10 minit dan stesen minyak yang boleh memuatkan sehingga 100 bas.

Adalah ketara bahawa sebahagian besar wang — $8 bilion — diperuntukkan dalam Akta Infrastruktur 2021 untuk menyediakan perkhidmatan bersih hab hidrogen, sekurang-kurangnya empat daripadanya, di seluruh AS.

Penglihatan hidrogen BP di Teesside, UK.

Pada tahun 2020, bp mencipta semula dirinya sebagai sebuah syarikat bersepadu seperti yang diringkaskan dalam Tinjauan Tenaga 2020.

Usaha terbaharu mereka yang boleh diperbaharui ialah hidrogen Teesside, merujuk kepada hab perindustrian di pantai timur laut England.

. visi adalah untuk Teesside untuk menjadi hab hidrogen utama untuk pengangkutan dalam penerbangan, perkapalan dan trak berat – semua sektor yang sukar untuk menggunakan kuasa bateri. Tetapi konsep itu juga akan merangkumi kuasa untuk industri yang sukar dihentikan seperti simen dan pembuatan keluli.

Rancangan asal, dipanggil H2Teesside, adalah untuk menjana hidrogen biru melalui penguraian metana, CH4, manakala hasil dwi CO2 akan ditangkap dan tertimbus di bawah lautan melalui proses yang dipanggil CCS.

Penambahan HyGreen baru-baru ini akan mengelektrolisis air ke dalam hidrogen hijau dan oksigen. Ini lebih mahal kerana kos elektrolisis dan elektrik bersih jika itu digunakan.

Bp telah menandatangani persefahaman dengan Dai
DAI
mler Truck untuk memulakan infrastruktur yang diperlukan untuk trak hidrogen sel bahan api di UK.

Projek Teesside bp mesh dengan matlamat kerajaan UK. Gabungan, HyGreen dan H2Teesside boleh menjana 1.5 GW pengeluaran hidrogen dan menyampaikan 30% daripada sasaran kerajaan sebanyak 5 GW menjelang 2030.

Jalan-jalan raya.

Terdapat dua negatif besar yang melumpuhkan faedah hidrogen biru dan meninggalkannya dengan jejak karbon yang ketara. Hidrogen hijau terlalu mahal sekarang.

Menurut Rystad Energy, industri bahan api hidrogen yang berpatutan dan lebih hijau, yang kini mahal, akan terlambat. Menjelang tahun 2050, hanya 7% daripada tenaga global akan menjadi hidrogen untuk memberi perkhidmatan kepada industri khusus untuk memacu kilang penerbangan, perkapalan dan logam dan kimia.

Walaupun unjuran terhad Rystad untuk masa depan hidrogen, dan kutukan Elon Musk terhadap hidrogen sebagai simpanan tenaga, nampaknya hidrogen akan memainkan peranan aktif dalam penyimpanan tenaga.

Projek hidrogen berskala kecil dan besar sedang dalam peringkat perancangan, atau sudah beroperasi, dan inovasi selanjutnya akan mengukuhkan nilai hidrogen sebagai komponen khusus untuk masa hadapan rendah karbon.