Je Elon Musk správné nebo špatné, když odmítá používání vodíku pro nízkouhlíkové skladování energie?

Kontextem je přechod od fosilní energie k obnovitelným zdrojům energie. Jedním z klíčových aspektů je přeprava prostřednictvím benzinových nebo naftových vozidel a její přechod na elektromotory poháněné bateriemi nebo vodíkem. Průmysl fosilních paliv by se měl zajímat o efektivitu a náklady udržitelné dopravy, protože to bude určovat rychlost přechodu, který pravděpodobně ovlivní pokles produkce ropy a možná i samotný ropný a plynárenský průmysl.

Elon Musk zná baterie. Staví je: k pohonu osobních a nákladních automobilů na jedné zarážce, k monstrům v měřítku sítě, která skladují a stabilizují elektrickou energii pro stovky domácností a komerčních podniků na druhé zarážce.

Minulý týden, 12. května 2022, Musk řekl, vodík „je to nejhloupější, co jsem si dokázal představit pro skladování energie“. Není to poprvé, protože Musk měl podobné negativní komentáře v minulých letech. Před několika lety Musk řekl novinářům, že vodíkové palivové články byly „extrémně hloupé“.

Ten hloupý komentář k uskladnění vodíku byl rozmáchlým prohlášením. Měl Musk na mysli skladování elektřiny v síti? Nebo skladování v elektrických vozidlech – EV, jako jsou osobní automobily, nákladní automobily a autobusy? Nebo oboje?

Pojďme se hlouběji podívat na aplikace vodíkové energie a její roli při skladování elektřiny na rozdíl od baterií.

Skladování vodíku v mřížkovém měřítku.

Na první pohled se zdá, že Musk mluvil o skladování elektřiny v síťovém měřítku, protože mluvil o obrovských nádržích kapalného nebo plynného vodíkového paliva, které by bylo potřeba pro skladování vodíku. Další zpráva toto podporuje.

Ale nezapomeňte na velké baterie, které Tesla
TSLA
Stavby v mřížkovém měřítku jsou také obrovské. V té době, největší velká baterie na světě byla postavena společností Tesla v roce 2017 v australském Hornsdale k uložení 100 megawattů (MW) elektřiny. V roce 2020 byl modernizován na 150 MW.

Baterie uchovává a stabilizuje energii z větrných elektráren, které vyrábějí elektřinu v jižní Austrálii téměř bez uhlíku. Baterie dokáže napájet 8,000 24 domů po dobu 30,000 hodin nebo více než XNUMX XNUMX domů po dobu jedné hodiny.

Ale Musk možná mluvil o vodíku jako zdroji energie v osobních a nákladních autech…

Vodíková energie pro osobní a nákladní elektromobily.

Zdaleka nejběžnějším zdrojem energie pro elektromobily je elektřina uložená v bateriích.

Ale elektřina může být získávána z chemického palivového článku, ve kterém vodík reaguje s kyslíkem v článku podobném baterii za vzniku elektřiny a vody. Existuje mnoho různých typů palivových článků. Vodík je ale hořlavý a může způsobit požáry nebo výbuchy. Palivový článek může být nebezpečný, zvláště pokud havaruje EV.

Vodíkové palivové články mají určité výhody: (1) mnohem větší hustotu akumulace energie než lithium-iontové baterie, (2) větší dojezd, (3) lehčí a zabírají méně místa a (4) mnohem kratší dobu nabíjení.

V matoucím komentáři na Twitteru 1. dubna tohoto roku Musk oznámil že by představil vozy Tesla, které využívají vodíkové palivové články. Zdá se, že jde o chytrý aprílový žertík.

Základní výhody a nevýhody baterií elektromobilů versus vodíkové palivové články byly zdokumentovány. Zde je shrnutí:

„Moderní autobaterie dokáže uchovat 250 watthodin energie na každý kilogram lithium-iontové baterie. Kilogram vodíku přitom má těch watthodin na kilo 33,200 100. Ne, to není chyba. Ano, vodík má více než XNUMXkrát vyšší energetickou hustotu než li-ion baterie.“

„Elektrická vozidla napájená bateriemi jsou fenomenálně účinná. V závislosti na modelu se mohou pochlubit účinností od studny ke kolu kolem 70 až 80 procent. Pro srovnání, elektrické vozidlo poháněné vodíkovými palivovými články (FCEV) je pozitivně šetrné s celkovou účinností někde kolem 30 až 35 procent… Faktem zůstává, že přeměna elektřiny na vodík pouze za účelem její zpětné přeměny nikdy nebude. stejně efektivní jako přímé napájení baterie.”

Podle této zprávy je právě kratší doba doplňování paliva tím, co šetří vodíkové palivové články. Současné nabíjecí stanice vyžadují asi 6 hodin na doplnění paliva návěsu s akumulátorem na dojezd 500 mil. Toyota a Kenworth už ale mají vodíkové návěsy, které lze natankovat za 15 minut. Jedná se o zásadní změnu pro dálkovou kamionovou dopravu s nulovými emisemi uhlíku.

Vodíkové vozy Hyzon.

Přestože jsou lithium-iontové baterie komerčním trhem pro osobní a jiná lehká EV, vodíková energie se testuje pro dálkovou přepravu s lehčím pohonným systémem.

Hyzon Motors je společnost v Rochesteru ve státě New York vyvíjí palivové články a staví nákladní automobily. Po 20 letech výzkumu Hyzon přišel se zásobníky palivových článků, které mají nejvyšší výkon na světě, jsou lehčí asi o polovinu a jsou o polovinu levnější.

Očekávalo se, že pilotní nákladní vozy budou na cestách letos, v roce 2022. U nejmenšího nákladního vozu lze na jeden stojan uložit 5 vodíkových lahví. Druhá verze je navržena tak, aby pojala 10 vodíkových lahví pro delší cesty.

Další potřeby pro vodíkové palivo.

Při přechodu od fosilních energií k obnovitelným zdrojům existují takzvaná těžko utlumitelná odvětví, která nelze snadno elektrifikovat pro využívání zelené elektřiny.

Stejně jako nákladní vozy na dlouhé vzdálenosti, letadla a lodě jsou případy, kdy by baterie byly příliš velké nebo příliš těžké na přepravu. Vodík obsahuje asi trojnásobek energie na kilogram nafty nebo benzínu.

Průmyslové pece na uhlí jsou příliš horké nebo příliš drahé na to, aby mohly být vytápěny zelenou elektřinou. Namísto uhlí, ropy nebo zemního plynu může vodík fungovat jako palivo, které poskytuje obrovské teplo potřebné ve vysokých pecích. k vytvoření zelené oceli. Švédský výrobce oceli SSAB AB se spojil s Volvo Cars na vývoji oceli bez fosilních paliv. Volvo bude první automobilovou společností, která otestuje a použije zelenou ocel v koncepčním voze. Komerční výroba zelené oceli má začít v roce 2026.

Zelený versus modrý vodík.

Zelený vodík se vyrábí elektrolýzou vody, ale to je neefektivní. Podle Muska, množství požadované energie – elektřiny, která by v ideálním případě měla být zelená, plus energie ke stlačení a zkapalnění vodíku – je ohromující.

Modrý vodík je alternativní forma vyrobená z plynného metanu. 99 % vodíku, který se dnes vyrábí, je modrý vodík, protože je mnohem levnější než zelený vodík. Ale je to falešný předpoklad, když je nabízeno jako bezuhlíkové řešení pro skladování paliva nebo energie.

Metan se používá jako surovina v procesu výroby modrého vodíku. Metan pochází z vrtání a frakování plynových nebo ropných vrtů, kde spalování plynu a úniky metanu z vrtů a potrubí mohou významně přispět ke globálnímu oteplování. Takže jedna sycená fosilní energie se používá k výrobě bezuhlíkového vodíku z energie.

Není to ale úplně bez uhlíku, protože chemický rozklad metanu vede k vodíku a vedlejšímu produktu CO2, který je sám o sobě hlavním skleníkovým plynem (GHG), který je třeba zlikvidovat.

Mezi těmito dvěma negativy leží bezuhlíkové palivo, které spalováním produkuje pouze vodu. Jedním ze způsobů, jak by bylo možné proces zlepšit, je získávání metanové suroviny ze zdrojů bioplynu, jako jsou například skládky nebo kravský hnůj.

Vodík je přenosný.

Mezinárodní energetická agentura (IEA) poukázal na další výhodu skladování vodíku. Je kompaktní jako kapalina a lze jej opatrně přepravovat na dlouhé vzdálenosti. Například země jako Austrálie s velkými zdroji solárních a větrných obnovitelných zdrojů by mohly vyrábět vodík elektrolýzou a přepravovat jej tankery do energeticky vyhladovělých měst v jihovýchodní Asii.

Výroba vodíku v Novém Mexiku

BayoTech je společnost, která skutečně vyrábí vodíkové palivo v Novém Mexiku. BayoGas Hub si nárokuje menší a účinnější generátor, díky kterému je vodík levnější a má nižší uhlíkovou stopu než velké centralizované závody, které dodávají vodík výrobcům chemikálií a rafineriím.

Vstupní surovinou může být čistý zemní plyn nebo jiné obnovitelné zdroje bioplynu, které mohou vyrábět vodík, který je uhlíkově negativní.

V roce 2022 budou v USA rozmístěny tři vodíkové uzly s plány na rozšíření sítě do Velké Británie a do celého světa. Každý z vodíkových uzlů v síti BayoTech produkuje 1-5 tun vodíku každý den. Vodík je dodáván lokálně ve vysokotlakých přepravních návěsech přepravujících plynové lahve.

Pro své plány hromadné dopravy má město Champaign-Urbana v Illinois rostoucí flotilu hybridních a elektrických autobusů na vodíkové palivové články. Město nasadilo v roce 2021 dva autobusy na vodíkové palivové články.

Než byl na místě dokončen generátor vodíku. BayoTech byl povolán, aby to poskytl přenosný vodík ve vysokotlakých dopravních vozech, které nabíjely palivové články, aby si zaměstnanci mohli autobusy vyzkoušet.

Podle BayoTech fungují autobusy s vodíkovými palivovými články stejně dobře jako konvenční naftové autobusy, ale s nulovými emisemi skleníkových plynů z výfuku. Mezi výhody oproti elektromotorům na baterie patří dojezd 300 mil, doba doplňování paliva pouhých 10 minut a čerpací stanice, které pojmou až 100 autobusů.

Je pozoruhodné, že v zákoně o infrastruktuře z roku 8 byla vyčleněna velká část peněz – 2021 miliard dolarů na vytvoření čistého vodíkové náboje, minimálně čtyři z nich po celých USA.

Vodíková vize BP v Teesside ve Velké Británii.

V roce 2020 se bp znovu objevila jako integrovaná společnost, jak je shrnuto ve svém Energy Outlook 2020.

Jejich nejnovější obnovitelný počin je Teesside vodík, odkazující na průmyslové centrum na severovýchodním pobřeží Anglie.

Projekt vize je pro Teesside stát se hlavním vodíkovým uzlem pro dopravu v letectví, lodní dopravě a těžkých nákladních vozidlech – ve všech odvětvích, kde je těžké využívat energii z baterie. Koncepce by však také zahrnovala energii pro průmyslová odvětví, která se těžko snižují, jako je výroba cementu a oceli.

Původní plán, nazvaný H2Teesside, měl generovat modrý vodík rozkladem metanu, CH4, zatímco vedlejší produkt CO2 by byl zachycen a pohřben pod oceánem procesem zvaným CCS.

Nedávný přídavek HyGreen by elektrolyzoval vodu do zelený vodík a kyslík. To je dražší kvůli nákladům na elektrolýzu a čistou elektřinu, pokud se používá.

Bp má podepsali porozumění s Dai
DAI
mler Truck, aby zahájila infrastrukturu potřebnou pro vodíková nákladní vozidla s palivovými články ve Spojeném království.

Projekty společnosti Teesside společnosti bp se prolínají s cíli vlády Spojeného království. HyGreen a H2Teesside by dohromady mohly generovat 1.5 GW výroby vodíku a do roku 30 dodávat 5 % vládního cíle 2030 GW.

S sebou.

Existují dvě velká negativa, která znevýhodňují výhody modrého vodíku a zanechávají na něm značnou uhlíkovou stopu. Zelený vodík je nyní příliš drahý.

Podle Energie Rystad, cenově dostupný a ekologičtější průmysl vodíkových paliv, který je nyní drahý, bude příliš pozdě. Do roku 2050 bude pouze 7 % celosvětové energie tvořit vodík, který bude sloužit pro specializovaný průmysl pro pohon letectví, lodní dopravy a továren na kovy a chemikálie.

Navzdory omezeným Rystadovým projekcím ohledně budoucnosti vodíku a odsouzení vodíku jako úložiště energie Elonem Muskem se zdá, že vodík bude hrát aktivní roli při skladování energie.

Malé a velké vodíkové projekty jsou ve fázi plánování nebo již fungují a další inovace upevní hodnotu vodíku jako vedlejšího prvku nízkouhlíkové budoucnosti.