Генеральный директор Tesla Илон Маск жестикулирует, прибыв на церемонию вручения наград Axel Springer Awards в Берлине. ... [+]
POOL / AFP через Getty Images
Контекст — переход от ископаемой энергии к возобновляемой. Одним из ключевых аспектов этого является транспортировка на бензиновых или дизельных транспортных средствах и переход на электродвигатели, приводимые в действие батареями или водородом. Промышленность, работающая на ископаемом топливе, должна быть обеспокоена эффективностью и стоимостью устойчивого транспорта, потому что это будет определять скорость перехода, который, вероятно, повлияет на снижение добычи нефти и, возможно, на саму нефтегазовую отрасль.
Илон Маск разбирается в батареях. Он строит их: чтобы приводить в движение легковые и грузовые автомобили, с одной стороны, и гигантов масштаба сети, которые накапливают и стабилизируют электроэнергию для сотен домов и коммерческих предприятий, с другой стороны.
На прошлой неделе, 12 мая 2022 г., Маск сказал водород — «самая глупая вещь, которую я мог бы представить для хранения энергии». Это не первый раз, поскольку Маск делал подобные негативные комментарии в прошлые годы. Несколько лет назад Маск заявил журналистам, что водородные топливные элементы «крайне глупы».
Глупый комментарий о хранении водорода был огульным заявлением. Имел ли Маск в виду хранение электроэнергии в масштабе сети? Или для хранения в электромобилях — электромобилях, таких как автомобили, грузовики и автобусы? Или оба?
Давайте более подробно рассмотрим применение водородной энергии и ее роль в хранении электроэнергии в отличие от батарей.
Большая батарея в Hornsdale Power Reserve в Южной Австралии.
Дэвид Бокс
Сетевое хранилище водорода.
На первый взгляд кажется, что Маск говорил о хранении электроэнергии в масштабе сети, потому что он говорил об огромных резервуарах с жидким или газообразным водородным топливом, которые потребуются для хранения водорода. Еще один отчет поддерживает это.
Но не забывайте о больших батареях, которые Тесла
Аккумулятор накапливает и стабилизирует энергию ветряных электростанций, которые производят электричество в Южной Австралии практически без выбросов углекислого газа. Аккумулятор может питать 8,000 24 домов в течение 30,000 часов или более XNUMX XNUMX домов в течение одного часа.
Но Маск мог говорить о водороде как об источнике энергии в легковых и грузовых автомобилях…
Водородная энергия для легковых и грузовых электромобилей.
Безусловно, наиболее распространенным источником энергии для электромобилей является электричество, хранящееся в батареях.
Но электричество можно получать из химического топливного элемента, в котором водород вступает в реакцию с кислородом в ячейке, похожей на батарею, для производства электричества и воды. Существует множество различных типов топливных элементов. Но водород легко воспламеняется и может вызвать пожар или взрыв. Топливный элемент может быть опасен, особенно в случае аварии электромобиля.
Водородные топливные элементы имеют определенные преимущества: (1) намного большую плотность накопления энергии, чем литий-ионные батареи, (2) больший запас хода, (3) легче и занимают меньше места, и (4) гораздо меньшее время перезарядки.
В озадачивающем комментарии в Твиттере от 1 апреля этого года Маск объявил что он представит автомобили Tesla, использующие водородные топливные элементы. Похоже, это хитрая первоапрельская шутка.
Существенные плюсы и минусы аккумуляторов для электромобилей по сравнению с водородными топливными элементами были задокументированы. Вот краткое изложение:
«Современный автомобильный аккумулятор может хранить 250 ватт-часов энергии на каждый килограмм литий-иона. В то же время килограмм водорода содержит 33,200 100 таких ватт-часов на килограмм. Нет, это не ошибка. Да, водород более чем в XNUMX раз более энергоемкий, чем литий-ионный аккумулятор».
«Электромобили с батарейным питанием феноменально эффективны. В зависимости от модели они могут похвастаться эффективностью от 70 до 80 процентов. Для сравнения, электромобиль на водородных топливных элементах (FCEV) экономичен, с общей эффективностью где-то около 30-35 процентов… Факт остается фактом: преобразовывать электричество в водород только для того, чтобы затем преобразовать его обратно, никогда не получится. так же эффективно, как прямое питание батареи».
Согласно этому отчету, более короткое время дозаправки — это то, что экономит водородные топливные элементы. Нынешним зарядным станциям требуется около 6 часов, чтобы заправить полуприцеп с аккумуляторным приводом на расстояние 500 миль. Но у Toyota и Kenworth уже есть водородные полуприцепы, которые можно заправить за 15 минут. Это меняет правила игры для дальнемагистральных грузоперевозок с нулевым выбросом углерода.
Водородные грузовики Hyzon.
Хотя литий-ионные батареи являются коммерческим рынком для пассажирских и других легких электромобилей, водородная энергия тестируется для дальнемагистральных перевозок с более легкой силовой установкой.
Hyzon Motors — компания из Рочестера, штат Нью-Йорк, которая разрабатывает топливные элементы и производит грузовики. После 20 лет исследований Хайзон разработал блоки топливных элементов, которые обладают самой высокой мощностью в мире, примерно вдвое легче по весу и вдвое дешевле.
Ожидается, что пилотные грузовики появятся на дорогах к 2022 году. Самый маленький грузовик может хранить 5 баллонов с водородом на одной стойке. Вторая версия рассчитана на 10 водородных баллонов для дальних поездок.
Другие потребности в водородном топливе.
При переходе от ископаемых источников энергии к возобновляемым существуют так называемые трудносокращаемые сектора, которые нельзя легко электрифицировать для использования экологически чистой электроэнергии.
Помимо дальнемагистральных грузовиков, самолетов и кораблей аккумуляторы слишком велики или слишком тяжелы для переноски. Водород содержит примерно в три раза больше энергии на килограмм дизельного топлива или бензина.
Промышленные угольные печи слишком горячие или слишком дорогие, чтобы их можно было обогревать экологически чистой электроэнергией. Вместо угля, нефти или природного газа водород может работать в качестве топлива для обеспечения огромного количества тепла, необходимого в доменных печах. для создания зеленой стали. Шведский производитель стали SSAB AB объединяется с Volvo Cars для разработки стали, не содержащей ископаемого топлива. Volvo станет первой автомобильной компанией, которая испытает и применит экологически чистую сталь в концептуальном автомобиле. Промышленное производство сырой стали планируется начать в 2026 году.
Зеленый против синего водорода.
Зеленый водород производится электролизом воды, но это неэффективно. По словам Маска, количество требуемой энергии — электричество, которое в идеале должно быть зеленым, плюс энергия для сжатия и сжижения водорода — ошеломляет.
Синий водород — это альтернативная форма, получаемая из газообразного метана. 99% водорода, производимого сегодня, — это синий водород, потому что он намного дешевле, чем зеленый водород. Но это ложная предпосылка, когда предлагается безуглеродное решение для хранения топлива или энергии.
Газообразный метан используется в качестве сырья в процессе получения голубого водорода. Метан поступает в результате бурения и гидроразрыва газовых или нефтяных скважин, где сжигание газа в факелах и утечки метана из скважин и трубопроводов могут значительно увеличить глобальное потепление. Таким образом, одна углеродистая ископаемая энергия используется для производства безуглеродного водорода из энергии.
Но он не совсем безуглеродный, поскольку химическое разложение метана приводит к водороду и побочному продукту, CO2, который сам по себе является основным парниковым газом (ПГ), от которого необходимо избавляться.
Между этими двумя минусами лежит безуглеродное топливо, которое при сгорании производит только воду. Одним из способов улучшения процесса является получение метанового сырья из источников биогаза, таких как, например, свалки или коровий навоз.
Водород портативный.
Международное энергетическое агентство (МЭА) указал на еще одно преимущество хранения водорода. Он компактен в виде жидкости и может бережно транспортироваться на большие расстояния. Например, такие страны, как Австралия, обладающие большим количеством возобновляемых источников солнечной и ветровой энергии, могли бы производить водород путем электролиза и транспортировать его танкерами в города Юго-Восточной Азии, страдающие от нехватки энергии.
Генератор водорода BayoTech в Альбукерке, Нью-Мексико.
БайоТех
Производство водорода в Нью-Мексико
BayoTech — компания, которая фактически производит водородное топливо в Нью-Мексико. BayoGas Hub претендует на роль меньшего и более эффективного генератора, который делает водород дешевле и с меньшим углеродным следом, чем крупные централизованные заводы, поставляющие водород химическим и нефтеперерабатывающим заводам.
Сырьем может быть чистый природный газ или другие возобновляемые источники биогаза, которые могут производить водород с отрицательным выбросом углерода.
В 2022 году в США будут развернуты три водородных хаба с планами расширения сети в Великобритании и во всем мире. Каждый из водородных хабов в сети BayoTech ежедневно производит 1-5 тонн водорода. Водород доставляется на места в транспортных прицепах высокого давления с газовыми баллонами.
Что касается их планов общественного транспорта, город Шампейн-Урбана в Иллинойсе имеет растущий парк электрических автобусов с гибридными и водородными топливными элементами. В 2021 году в городе были запущены два автобуса на водородных топливных элементах.
До завершения строительства генератора водорода на площадке. Компания BayoTech была призвана предоставить портативный водород в транспортных грузовиках высокого давления, которые заряжали топливные элементы, чтобы сотрудники могли протестировать автобусы.
По данным BayoTech, автобусы на водородных топливных элементах работают так же, как и обычные дизельные автобусы, но с нулевым выбросом парниковых газов. Преимущества по сравнению с электродвигателями с батарейным питанием включают запас хода 300 миль, время дозаправки всего 10 минут и заправочные станции, которые могут вместить до 100 автобусов.
Примечательно, что большая часть денег — 8 миллиардов долларов — была выделена в Законе об инфраструктуре 2021 года для создания чистой водородные узлы, минимум четыре из них, по всей территории США.
Водородное видение BP в Тиссайде, Великобритания.
В 2020 году bp заново изобрела себя как интегрированную компанию, как об этом говорится в отчете Energy Outlook 2020.
Их последним предприятием по возобновляемым источникам энергии является водород Teesside, относящийся к промышленному центру на северо-восточном побережье Англии.
Ассоциация видение для Teesside стать крупным водородным транспортным узлом для авиации, судоходства и большегрузных автомобилей — во всех секторах, где трудно использовать энергию аккумуляторов. Но эта концепция также будет включать электроэнергию для таких отраслей промышленности, как производство цемента и стали.
Первоначальный план, называемый H2Teesside, должен был генерировать синий водород путем разложения метана, CH4, в то время как побочный продукт CO2 будет улавливаться и захораниваться под океаном с помощью процесса, называемого CCS.
Недавнее дополнение HyGreen будет электролизовать воду в зеленый водород и кислород. Это дороже из-за стоимости электролиза и чистого электричества, если оно используется.
БП имеет подписали соглашение с Даем
Проекты Teesside компании bp совпадают с целями правительства Великобритании. В совокупности HyGreen и H2Teesside могут производить 1.5 ГВт водорода и к 30 году обеспечить 5% от целевого показателя правительства в 2030 ГВт.
Выводы.
Есть два больших недостатка, которые сводят на нет преимущества голубого водорода и оставляют ему значительный углеродный след. Зеленый водород сейчас слишком дорог.
По Ристад Энерджи, доступная и более экологичная отрасль водородного топлива, которая сейчас стоит дорого, будет слишком поздно. К 2050 году только 7% мировой энергии будет приходиться на водород, который будет обслуживать нишевые отрасли промышленности, такие как топливо для авиации, судоходства, металлургических и химических заводов.
Несмотря на ограниченные прогнозы Rystad относительно будущего водорода и осуждение Илоном Маском водорода как хранилища энергии, похоже, что водород будет играть активную роль в хранении энергии.
Малые и крупномасштабные водородные проекты находятся на стадии планирования или уже реализуются, и дальнейшие инновации укрепят ценность водорода как нишевого компонента низкоуглеродного будущего.
Источник: https://www.forbes.com/sites/ianpalmer/2022/05/15/is-elon-musk-right-or-wrong-to-dismiss-hydrogen-as-a-storage-for-energy/