Tama ba o Mali ang Elon Musk na Iwaksi ang Paggamit ng Hydrogen Para sa Imbakan ng Enerhiya na Mababang Carbon?

Ang konteksto ay lumilipat mula sa fossil energy patungo sa mga renewable. Ang isang mahalagang aspeto nito ay ang transportasyon sa pamamagitan ng gasolina o diesel na mga sasakyan at ang paglipat nito sa mga de-koryenteng motor na pinapatakbo ng mga baterya o hydrogen. Ang industriya ng fossil fuel ay dapat na mag-alala tungkol sa kahusayan at gastos ng napapanatiling transportasyon, dahil iyon ang tutukoy sa bilis ng paglipat na malamang na makakaapekto sa pagbaba ng produksyon ng langis at marahil ang industriya ng langis at gas mismo.

Alam ni Elon Musk ang mga baterya. Binubuo niya ang mga ito: para i-propel ang mga kotse at trak, sa isang bookend, sa mga grid-scale behemoth na nag-iimbak at nagpapatatag ng kuryente para sa daan-daang bahay at komersyal na negosyo, sa kabilang bookend.

Noong nakaraang linggo, Mayo 12, 2022, Sinabi hayop hydrogen "ay ang pinaka-piping bagay na maaari kong isipin para sa pag-iimbak ng enerhiya." Hindi ito ang unang pagkakataon, dahil ang Musk ay gumawa ng mga katulad na negatibong komento sa mga nakaraang taon. Ilang taon na ang nakalilipas, sinabi ni Musk sa mga mamamahayag na ang mga hydrogen fuel cell ay "lubhang hangal."

Ang piping komento ng imbakan ng hydrogen ay isang malawak na pahayag. Ang Musk ba ay tumutukoy sa grid-scale na imbakan ng kuryente? O sa imbakan sa mga de-kuryenteng sasakyan — mga EV gaya ng mga trak ng sasakyan at mga bus? O pareho?

Tingnan natin ang mga aplikasyon ng hydrogen energy at ang papel nito sa pag-iimbak ng kuryente kumpara sa mga baterya.

Grid-scale na imbakan ng hydrogen.

Sa unang tingin, lumilitaw na ang Musk ay nagsasalita tungkol sa pag-iimbak ng kuryente sa isang grid-scale, dahil pinag-uusapan niya ang tungkol sa malalaking tangke ng likido o gas na hydrogen fuel na kakailanganin para sa pag-iimbak ng hydrogen. Isa pang ulat sinusuportahan ito

Ngunit huwag kalimutan ang malalaking baterya na Tesla
TSLA
Ang mga build sa grid-scale ay malaki rin. Noong panahong iyon, ang pinakamalaking malaking baterya sa mundo ay itinayo ng Tesla noong 2017, sa Hornsdale, Australia upang mag-imbak ng 100 Mega Watts (MW) ng kuryente. Noong 2020, na-upgrade ito sa 150 MW.

Ang baterya ay nag-iimbak at nagpapatatag ng kuryente mula sa mga windfarm na gumagawa ng kuryente sa South Australia na halos walang carbon. Ang baterya ay maaaring magpaandar ng 8,000 bahay sa loob ng 24 na oras o higit sa 30,000 bahay sa loob ng isang oras.

Ngunit maaaring pinag-uusapan ng Musk ang tungkol sa hydrogen bilang pinagmumulan ng kuryente sa mga kotse at trak...

Enerhiya ng hydrogen para sa mga EV ng kotse at trak.

Sa ngayon, ang pinakakaraniwang pinagmumulan ng kuryente para sa mga EV ay ang kuryenteng nakaimbak sa mga baterya.

Ngunit ang kuryente ay maaaring makuha mula sa isang kemikal na fuel cell kung saan ang hydrogen ay tumutugon sa oxygen sa isang cell na tulad ng baterya upang makagawa ng kuryente at tubig. Maraming iba't ibang uri ng fuel cell ang umiiral. Ngunit ang hydrogen ay nasusunog at maaaring magdulot ng sunog o pagsabog. Maaaring mapanganib ang fuel cell, lalo na kung bumagsak ang isang EV.

Ang mga hydrogen fuel cell ay may ilang partikular na pakinabang: (1) mas malaking density ng imbakan ng enerhiya kaysa sa mga baterya ng lithium-ion, (2) mas malawak na hanay ng pagmamaneho, (3) mas magaan at mas kaunting espasyo, at (4) mas maikli ang oras ng pag-recharge.

Sa isang nakalilitong komento sa twitter, noong Abril 1 ng taong ito, Inihayag ni Musk na ipapakilala niya ang mga sasakyang Tesla na gumagamit ng mga hydrogen fuel cell. Ito ay tila isang matalinong biro ng April Fool.

Ang mahahalagang kalamangan at kahinaan ng mga EV na baterya kumpara sa mga hydrogen fuel cell na-dokumentado. Narito ang isang buod:

"Ang isang modernong baterya ng kotse ay maaaring mag-imbak ng 250 watt-hours ng enerhiya para sa bawat kilo ng lithium-ion. Ang isang kilo ng hydrogen, samantala, ay may 33,200 ng mga watt-hours kada kilo. Hindi, hindi iyon isang pagkakamali. Oo, ang hydrogen ay higit sa 100 beses na mas siksik sa enerhiya kaysa sa isang li-ion na baterya."

"Ang mga de-koryenteng sasakyan na pinapagana ng baterya ay kahanga-hangang mahusay. Depende sa modelo, maaari nilang ipagmalaki ang well-to-wheel na kahusayan na humigit-kumulang 70 hanggang 80 porsyento. Kung ihahambing, ang isang hydrogen fuel cell-powered electric vehicle (FCEV) ay positibong parsimonious, na may pangkalahatang kahusayan na humigit-kumulang 30 hanggang 35 porsiyento... Ang katotohanan ay nananatili na ang pag-convert ng kuryente sa hydrogen lamang at pagkatapos ay i-convert ito pabalik ay hindi kailanman magiging kasing episyente ng direktang pagpapakain ng baterya."

Ayon sa ulat na ito, ang mas maikling oras ng pag-refueling ay ang nakakatipid sa mga hydrogen fuel cell. Ang kasalukuyang charging station ay nangangailangan ng humigit-kumulang 6 na oras upang mag-refuel ng 500-milya na hanay ng baterya-driven na semi-trailer. Ngunit ang Toyota at Kenworth ay mayroon nang hydrogen semi-trailer na maaaring ma-refuel sa loob ng 15 minuto. Ito ay isang game-changer para sa zero-carbon long-haul trucking.

Mga trak ng hydrogen ni Hyzon.

Bagama't ang mga baterya ng lithium-ion ay ang komersyal na merkado para sa mga pasahero at iba pang magaan na EV, ang hydrogen power ay sinusuri para sa long-haul na transportasyon na may mas magaan na timbang na propulsion system.

Ang Hyzon Motors ay isang kumpanya sa Rochester, New York, na gumagawa ng mga fuel cell at gumagawa ng mga trak. Pagkatapos magsaliksik sa loob ng 20 taon, nakabuo ang Hyzon ng mga fuel cell stack na may pinakamataas na kapangyarihan sa mundo, mas magaan ang timbang sa halos kalahati, at mas mura sa kalahati.

Inaasahang nasa kalsada na ang mga pilot truck sa taong ito, 2022. Para sa pinakamaliit na trak, 5 hydrogen cylinder ang maaaring itabi sa isang rack. Ang pangalawang bersyon ay idinisenyo upang humawak ng 10 hydrogen cylinder para sa mas mahabang biyahe.

Iba pang mga pangangailangan para sa hydrogen fuel.

Sa paglipat mula sa mga fossil energies patungo sa mga renewable, mayroong tinatawag na mga hard-to-abate na sektor na hindi madaling makuryente upang gumamit ng berdeng kuryente.

Pati na rin ang mga long-haul na trak, eroplano at barko ay mga kaso kung saan ang mga baterya ay masyadong malaki o masyadong mabigat para dalhin. Ang hydrogen ay naglalaman ng humigit-kumulang tatlong beses ng enerhiya sa bawat kilo ng diesel o gasolina.

Ang pang-industriya na coal-fired furnaces ay masyadong mainit o masyadong mahal para painitin ng berdeng kuryente. Sa halip ng karbon, langis, o natural na gas, ang hydrogen ay maaaring gumana bilang gasolina upang magbigay ng napakalaking init na kailangan sa mga blast furnace upang lumikha ng berdeng bakal. Ang Swedish steelmaker na SSAB AB ay nakikipagtulungan sa Volvo Cars para bumuo ng fossil-free na bakal. Ang Volvo ang magiging unang kumpanya ng sasakyan na sumubok at gumamit ng berdeng bakal sa isang concept car. Ang komersyal na produksyon ng berdeng bakal ay binalak na magsimula sa 2026.

Berde laban sa asul na hydrogen.

Ang berdeng hydrogen ay ginawa sa pamamagitan ng electrolysis ng tubig ngunit ito ay hindi epektibo. Ayon kay Musk, ang dami ng enerhiya na kailangan – kuryente na dapat ay berde at enerhiya para i-compress at tunawin ang hydrogen — ay nakakabigla.

Ang asul na hydrogen ay isang alternatibong anyo na ginawa mula sa methane gas. 99% ng hydrogen na ginawa ngayon ay asul na hydrogen dahil mas mura ito kaysa sa berdeng hydrogen. Ngunit ito ay isang maling premise kapag inaalok bilang isang carbon-free na solusyon sa gasolina o pag-iimbak ng enerhiya.

Ang methane gas ay ginagamit bilang feedstock sa proseso ng paggawa ng asul na hydrogen. Ang methane ay nagmumula sa pagbabarena at pag-fracking ng mga balon ng gas o langis, kung saan ang gas flaring at pagtagas ng methane sa mga balon at pipeline ay maaaring makadagdag nang malaki sa global warming. Kaya, ang isang carbonated na fossil na enerhiya ay ginagamit upang makagawa ng isang carbon-free na hydrogen mula sa enerhiya.

Ngunit hindi ito eksaktong carbon-free dahil ang kemikal na decomposition ng methane ay humahantong sa hydrogen at isang biproduct, CO2, na mismo ay isang pangunahing greenhouse gas (GHG) na kailangang itapon.

Sa pagitan ng dalawang negatibong ito ay mayroong carbon-free na gasolina na nasusunog upang makagawa lamang ng tubig. Ang isang paraan upang mapabuti ang proseso ay sa pamamagitan ng pagkuha ng methane feedstock mula sa mga pinagmumulan ng biogas tulad ng mga landfill o dumi ng baka, halimbawa.

Ang hydrogen ay portable.

Ang International Energy Agency (IEA) itinuro ang isa pang kalamangan ng imbakan ng hydrogen. Ang siksik nito bilang isang likido at maaaring dalhin nang may pag-iingat sa malalayong distansya. Halimbawa, ang mga bansang tulad ng Australia na may mahusay na pinagmumulan ng solar at wind renewable ay maaaring gumawa ng hydrogen sa pamamagitan ng electrolysis at dalhin ito sa pamamagitan ng tanker sa mga lungsod na gutom sa enerhiya sa Southeast Asia.

Produksyon ng hydrogen sa New Mexico

Ang BayoTech ay isang kumpanya na aktwal na gumagawa ng hydrogen fuel sa New Mexico. Ang BayoGas Hub ay nag-aangkin sa isang mas maliit at mas mahusay na generator na ginagawang mas mura ang hydrogen at may mas mababang carbon footprint kaysa sa malalaking sentralisadong halaman na naghahatid ng hydrogen sa mga gumagawa ng kemikal at refinery.

Ang mga feedstock ay maaaring malinis na natural na gas o iba pang renewable biogas source na maaaring gumawa ng hydrogen na carbon-negative.

Tatlong hydrogen hub ang ini-deploy sa US noong 2022, na may mga planong palawakin ang network sa UK at sa buong mundo. Ang bawat isa sa mga hydrogen hub sa network ng BayoTech ay gumagawa ng 1-5 tonelada ng hydrogen bawat araw. Ang hydrogen ay lokal na inihahatid sa mga high-pressure na transport trailer na may dalang mga silindro ng gas.

Para sa kanilang mga mass transit plan, ang lungsod ng Champaign-Urbana sa Illinois ay may lumalaking fleet ng hybrid at hydrogen fuel cell electric bus. Nag-deploy ang lungsod ng dalawang hydrogen fuel cell bus noong 2021.

Bago natapos ang on-site na hydrogen generator. Ang BayoTech ay tinawag upang magbigay portable hydrogen sa mga high-pressure na transport truck, na nag-charge sa mga fuel cell upang masubukan ng mga empleyado ang mga bus.

Ayon sa BayoTech, gumaganap ang mga hydrogen fuel cell bus gayundin ang mga conventional diesel bus ngunit may zero tailpipe GHG emissions. Kasama sa mga bentahe sa mga de-koryenteng motor na pinapaandar ng baterya ang hanay na 300 milya, oras ng pag-refuel na 10 minuto lamang, at mga istasyon ng paglalagay ng gasolina na kayang tumanggap ng hanggang 100 bus.

Kapansin-pansin na ang isang malaking bahagi ng pera — $8 bilyon — ay inilaan sa Infrastructure Act ng 2021 upang mag-set up ng malinis mga hydrogen hub, hindi bababa sa apat sa kanila, sa buong USA.

Ang hydrogen vision ng BP sa Teesside, UK.

Noong 2020, muling inimbento ng bp ang sarili bilang isang pinagsama-samang kumpanya bilang buod sa Energy Outlook 2020 nito.

Ang kanilang pinakabagong renewable venture ay Teesside hydrogen, na tumutukoy sa isang industrial hub sa hilagang-silangan na baybayin ng England.

Ang vision ay para sa Teesside upang maging isang pangunahing hydrogen hub para sa transportasyon sa aviation, shipping, at mabibigat na trak – lahat ng sektor kung saan mahirap gumamit ng baterya. Ngunit ang konsepto ay magsasama rin ng kapangyarihan para sa mga mahirap na industriya tulad ng semento at paggawa ng bakal.

Ang orihinal na plano, na tinatawag na H2Teesside, ay upang bumuo asul na hydrogen sa pamamagitan ng agnas ng methane, CH4, habang ang biproduct ng CO2 ay kukunin at ililibing sa ilalim ng karagatan sa pamamagitan ng prosesong tinatawag na CCS.

Ang kamakailang karagdagan sa HyGreen ay magpapa-electrolyze ng tubig berdeng hydrogen at oxygen. Mas mahal ito dahil sa halaga ng electrolysis at malinis na kuryente kung iyon ang gagamitin.

Si Bp ay may pumirma ng pag-unawa kasama si Dai
DAI
mler Truck upang simulan ang imprastraktura na kinakailangan para sa mga fuel cell hydrogen truck sa UK.

Ang mga proyekto ng Teesside ng bp mesh na may mga layunin ng gobyerno ng UK. Kung pinagsama, ang HyGreen at H2Teesside ay maaaring makabuo ng 1.5 GW ng produksyon ng hydrogen at makapaghatid ng 30% ng target ng gobyerno na 5 GW sa 2030.

Mga Takeaway

Mayroong dalawang malaking negatibo na humahadlang sa mga benepisyo ng asul na hydrogen at iniiwan ito ng isang makabuluhang carbon footprint. Masyadong mahal ang green hydrogen ngayon.

Ayon sa Enerhiya ng Rystad, isang abot-kaya at mas berdeng industriya ng hydrogen fuel, na ngayon ay mahal, ay magiging masyadong huli na. Pagsapit ng 2050, 7% na lang ng pandaigdigang enerhiya ang magiging hydrogen para magsilbi sa isang angkop na industriya para sa paglalagay ng gasolina sa mga pabrika ng abyasyon, pagpapadala, at mga metal at kemikal.

Sa kabila ng limitadong projection ni Rystad para sa hinaharap ng hydrogen, at ang pagkondena ni Elon Musk sa hydrogen bilang imbakan ng enerhiya, lumilitaw na ang hydrogen ay gaganap ng aktibong papel sa pag-iimbak ng enerhiya.

Ang mga maliliit at malakihang proyekto ng hydrogen ay nasa mga yugto ng pagpaplano, o tumatakbo na, at ang karagdagang pagbabago ay magpapatibay sa halaga ng hydrogen bilang isang angkop na bahagi ng isang mababang-carbon na hinaharap.