Je li Elon Musk u pravu ili krivo što je odbacio upotrebu vodika za skladištenje energije s niskim udjelom ugljika?

Kontekst prelazi s fosilne energije na obnovljive izvore energije. Jedan od ključnih aspekata ovoga je transport benzinskim ili dizelskim vozilima i njegov prijelaz na električne motore koje pokreću baterije ili vodik. Industrija fosilnih goriva trebala bi biti zabrinuta za učinkovitost i cijenu održivog transporta, jer će to odrediti brzinu tranzicije koja će vjerojatno utjecati na pad proizvodnje nafte, a možda i na samu industriju nafte i plina.

Elon Musk poznaje baterije. On ih gradi: da pokreće automobile i kamione, na jednom držaču za knjige, na gigantima koji pohranjuju i stabiliziraju električnu energiju za stotine domova i komercijalnih poduzeća, na drugom držaču za knjige.

Prošli tjedan, 12. svibnja 2022. Musk rekao vodik je "najgluplja stvar koju sam mogao zamisliti za skladištenje energije." Ovo nije prvi put, jer je Musk dao slične negativne komentare proteklih godina. Prije nekoliko godina Musk je rekao novinarima da su vodikove gorive ćelije "izuzetno glupe".

Glupi komentar o skladištenju vodika bio je opširna izjava. Je li Musk mislio na skladištenje električne energije u mreži? Ili za skladištenje u električnim vozilima — EV kao što su automobili, kamioni i autobusi? Ili oboje?

Pogledajmo dublje primjenu vodikove energije i njezinu ulogu u pohranjivanju električne energije za razliku od baterija.

Skladištenje vodika u mreži.

Na prvi pogled čini se da je Musk govorio o skladištenju električne energije na mreži, jer je govorio o ogromnim spremnicima tekućeg ili plinovitog vodikovog goriva koje bi bilo potrebno za skladištenje vodika. Još jedno izvješće podržava ovo.

Ali nemojte zaboraviti velike baterije koje je Tesla
TSLA
grade u mrežnom razmjeru također su ogromne. U to vrijeme, najveća velika baterija na svijetu Tesla je izgradio 2017. godine u Hornsdaleu u Australiji za pohranjivanje 100 megawata (MW) električne energije. 2020. je nadograđen na 150 MW.

Baterija pohranjuje i stabilizira energiju iz vjetroelektrana koje proizvode električnu energiju u Južnoj Australiji gotovo bez ugljika. Baterija može napajati 8,000 kuća tijekom 24 sata ili više od 30,000 kuća za jedan sat.

Ali Musk je možda govorio o vodiku kao izvoru energije u automobilima i kamionima...

Vodikova energija za automobile i kamione.

Daleko najčešći izvor energije za EV je električna energija pohranjena u baterijama.

Ali električna energija se može dobiti iz kemijske gorivne ćelije u kojoj vodik reagira s kisikom u ćeliji nalik bateriji kako bi se proizvela električna energija i voda. Postoji mnogo različitih vrsta gorivnih ćelija. Ali vodik je zapaljiv i može uzrokovati požare ili eksplozije. Gorivna ćelija može biti opasna, osobito ako se EV sudari.

Vodikove gorive ćelije imaju određene prednosti: (1) mnogo veću gustoću skladištenja energije od litij-ionskih baterija, (2) veći domet vožnje, (3) lakše i zauzimaju manje prostora i (4) puno kraće vrijeme punjenja.

U zbunjujućem komentaru na Twitteru, 1. travnja ove godine, najavio je Musk da će predstaviti Tesla automobile koji koriste vodikove gorive ćelije. Čini se da je ovo pametna prvoaprilska šala.

Osnovni prednosti i nedostaci EV baterija u odnosu na vodikove gorive ćelije su dokumentirani. Evo sažetka:

“Akumulator modernog automobila može pohraniti 250 vat-sati energije za svaki kilogram litij-iona. U međuvremenu, kilogram vodika ima 33,200 tih vat-sati po kilogramu. Ne, to nije pogreška. Da, vodik je više od 100 puta energetski gušći od litij-ionske baterije.”

“Električna vozila na baterije su fenomenalno učinkovita. Ovisno o modelu, mogu se pohvaliti učinkovitošću "od bunara do kotača" od oko 70 do 80 posto. Za usporedbu, električno vozilo s pogonom na vodikove gorive ćelije (FCEV) pozitivno je štedljivo, s ukupnom učinkovitošću od negdje oko 30 do 35 posto... Ostaje činjenica da pretvaranje električne energije u vodik samo da bi se zatim ponovo pretvorilo nikada neće biti jednako učinkovito kao izravno napajanje baterije.”

Prema ovom izvješću, kraće vrijeme punjenja je ono što štedi vodikove gorive ćelije. Sadašnjim stanicama za punjenje potrebno je oko 6 sati za punjenje goriva u poluprikolicu s baterijskim pogonom od 500 milja. No Toyota i Kenworth već imaju vodikove poluprikolice koje se mogu napuniti gorivom za 15 minuta. Ovo je promjena u igri za dugolinijske transporte bez emisija ugljika.

Hyzon kamioni s vodikom.

Iako su litij-ionske baterije komercijalno tržište za putnička i druga lagana EV, vodik se testira za prijevoz na duge udaljenosti s manjim pogonskim sustavom.

Hyzon Motors je tvrtka u Rochesteru u New Yorku razvija gorivne ćelije i proizvodi kamione. Nakon 20 godina istraživanja, Hyzon je došao do snopova gorivnih ćelija koji imaju najveću snagu na svijetu, lakši su oko pola i jeftiniji za pola.

Očekivalo se da će pilotski kamioni biti na cesti do ove, 2022. godine. Za najmanji kamion, 5 vodikovih boca može se pohraniti na jednom stalku. Druga verzija dizajnirana je za držanje 10 vodikovih boca za duža putovanja.

Ostale potrebe za vodikovim gorivom.

U prijelazu s fosilne energije na obnovljive izvore, postoje takozvani sektori koje je teško umanjiti koji se ne mogu lako elektrificirati za korištenje zelene električne energije.

Kao i kamioni na duge relacije, avioni i brodovi su slučajevi u kojima bi baterije bile prevelike ili preteške za nošenje. Vodik sadrži oko tri puta više energije po kilogramu dizela ili benzina.

Industrijske peći na ugljen su prevruće ili preskupe da bi se grijale zelenom strujom. Umjesto ugljena, nafte ili prirodnog plina, vodik može djelovati kao gorivo kako bi osigurao ogromnu toplinu potrebnu u visokim pećima stvoriti zeleni čelik. Švedski proizvođač čelika SSAB AB udružuje se s Volvo Cars kako bi razvio čelik bez fosila. Volvo će biti prva automobilska tvrtka koja će testirati i koristiti zeleni čelik u konceptnom automobilu. Komercijalna proizvodnja zelenog čelika planira se započeti 2026. godine.

Zeleni naspram plavog vodika.

Zeleni vodik nastaje elektrolizom vode, ali to je neučinkovito. Prema Musku, količina potrebne energije – električna energija koja bi idealno trebala biti zelena plus energija za komprimiranje i ukapljivanje vodika – je zapanjujuća.

Plavi vodik je alternativni oblik napravljen od plina metana. 99% vodika koji se danas proizvodi je plavi vodik jer je mnogo jeftiniji od zelenog vodika. Ali to je pogrešna premisa kada se nudi kao rješenje bez ugljika za skladištenje goriva ili energije.

Plin metan koristi se kao sirovina u procesu proizvodnje plavog vodika. Metan dolazi iz bušenja i frakiranja plinskih ili naftnih bušotina, gdje spaljivanje plina i curenje metana u bušotinama i cjevovodima mogu značajno doprinijeti globalnom zatopljenju. Dakle, jedna gazirana fosilna energija koristi se za proizvodnju vodika bez ugljika iz energije.

Ali nije baš bez ugljika jer kemijska razgradnja metana dovodi do vodika i dvoprodukta, CO2, koji je sam po sebi glavni staklenički plin (GHG) koji se mora zbrinuti.

Između ova dva negativa nalazi se gorivo bez ugljika koje gori i proizvodi samo vodu. Jedan od načina na koji bi se proces mogao poboljšati je dobivanje metanske sirovine iz izvora bioplina kao što su odlagališta otpada ili kravlji gnoj, na primjer.

Vodik je prenosiv.

Međunarodna energetska agencija (IEA) ukazao na još jednu prednost skladištenja vodika. Kompaktan je kao tekućina i može se pažljivo transportirati na velike udaljenosti. Na primjer, zemlje poput Australije s velikim izvorima obnovljivih izvora energije od sunca i vjetra mogle bi proizvoditi vodik elektrolizom i transportirati ga tankerima u gradove jugoistočne Azije kojima je gladna energija.

Proizvodnja vodika u Novom Meksiku

BayoTech je tvrtka koja zapravo proizvodi vodikovo gorivo u Novom Meksiku. BayoGas Hub polaže pravo na manji i učinkovitiji generator koji vodik čini jeftinijim i s nižim ugljičnim otiskom od velikih centraliziranih postrojenja koja isporučuju vodik proizvođačima kemikalija i rafinerijama.

Sirovine mogu biti čisti prirodni plin ili drugi obnovljivi izvori bioplina koji mogu proizvesti vodik koji je negativan na ugljik.

Tri vodikova čvorišta postavljaju se u SAD-u 2022. godine, s planovima za proširenje mreže u UK i globalno. Svako od vodikovih čvorišta u BayoTechovoj mreži proizvodi 1-5 tona vodika svaki dan. Vodik se isporučuje lokalno u visokotlačnim transportnim prikolicama koje nose plinske boce.

Za svoje planove masovnog prijevoza, grad Champaign-Urbana u Illinoisu ima rastuću flotu hibridnih i električnih autobusa na vodikove gorive ćelije. Grad je 2021. postavio dva autobusa na vodikove gorive ćelije.

Prije nego što je dovršen generator vodika na licu mjesta. BayoTech je pozvan da osigura prijenosni vodik u visokotlačnim transportnim kamionima, koji su punili gorivne ćelije kako bi zaposlenici mogli testirati autobuse.

Prema BayoTechu, autobusi na vodikove gorivne ćelije imaju performanse kao i konvencionalni dizelski autobusi, ali s nultom emisijom stakleničkih plinova iz ispušne cijevi. Prednosti u odnosu na elektromotore na baterije uključuju domet od 300 milja, vrijeme punjenja goriva od samo 10 minuta i stanice za gorivo koje mogu primiti do 100 autobusa.

Primjetno je da je velik dio novca — 8 milijardi dolara — bio namijenjen Zakonu o infrastrukturi iz 2021. za postavljanje čistog čvorišta vodika, njih minimalno četiri, diljem SAD-a.

BP-ova vodikova vizija u Teessideu, UK.

Godine 2020. bp se ponovno osmislio kao integrirana tvrtka kao što je sažeto u svom Energy Outlooku 2020.

Njihov najnoviji obnovljivi pothvat je Teesside vodik, koji se odnosi na industrijsko središte na sjeveroistočnoj obali Engleske.

Korištenje električnih romobila ističe vizija je za Teesside postati glavno središte vodika za transport u zrakoplovstvu, pomorstvu i teškim kamionima – svim sektorima u kojima je teško koristiti baterijsko napajanje. Ali koncept bi također uključivao snagu za industrije koje je teško umanjiti, kao što su proizvodnja cementa i čelika.

Izvorni plan, nazvan H2Teesside, trebao je generirati plavi vodik razgradnjom metana, CH4, dok bi biprodukt CO2 bio zarobljen i zakopan ispod oceana postupkom zvanim CCS.

Nedavni dodatak HyGreena bi elektrolizirao vodu zeleni vodik i kisik. Ovo je skuplje zbog troškova elektrolize i čiste električne energije ako se ona koristi.

Bp ima potpisao sporazum s Daijem
DAI
mler Truck za pokretanje infrastrukture potrebne za kamione s vodikom na gorive ćelije u Velikoj Britaniji.

Teesside projekti bp-a povezani su s ciljevima britanske vlade. Kombinirano, HyGreen i H2Teesside mogli bi proizvesti 1.5 GW proizvodnje vodika i isporučiti 30% vladinog cilja od 5 GW do 2030. godine.

Za poneti.

Postoje dva velika negativa koja onemogućuju prednosti plavog vodika i ostavljaju značajan ugljični otisak. Zeleni vodik je trenutno preskup.

Prema Energija Rystad, pristupačna i zelenija industrija vodikovog goriva, koja je sada skupa, bit će premalo prekasno. Do 2050., samo 7% globalne energije bit će vodik za opsluživanje nišne industrije za opskrbu gorivom zrakoplovstva, brodarstva te tvornica metala i kemikalija.

Unatoč Rystadovim ograničenim projekcijama za budućnost vodika i osudi Elona Muska vodika kao skladišta energije, čini se da će vodik igrati aktivnu ulogu u skladištenju energije.

Mali i veliki vodikovi projekti su u fazi planiranja ili već rade, a daljnje inovacije će učvrstiti vrijednost vodika kao nišne komponente niskougljične budućnosti.