Är Elon Musk rätt eller fel att avfärda väteanvändning för energilagring med låg koldioxidhalt?

Kontexten går över från fossil energi till förnybar energi. En viktig aspekt av detta är transporter via bensin- eller dieselfordon och dess övergång till elmotorer som drivs av batterier eller vätgas. Den fossila bränsleindustrin bör vara oroad över effektiviteten och kostnaderna för hållbara transporter, eftersom det kommer att avgöra hastigheten på övergången som sannolikt kommer att påverka nedgången i oljeproduktionen och kanske själva olje- och gasindustrin.

Elon Musk kan batterier. Han bygger dem: för att driva bilar och lastbilar, vid ena bokstödet, till nätskaliga giganter som lagrar och stabiliserar el för hundratals hem och kommersiella företag, vid den andra bokstödet.

Förra veckan, 12 maj 2022, Musk nämnda väte "är det dummaste jag kan tänka mig för energilagring." Detta är inte första gången, eftersom Musk har gjort liknande negativa kommentarer de senaste åren. För några år sedan sa Musk till reportrar att vätebränsleceller var "extremt fåniga".

Den dumma vätelagringskommentaren var ett svepande uttalande. Syftade Musk på nätlagring av el? Eller till förvaring i elfordon – elbilar som bilar lastbilar och bussar? Eller båda?

Låt oss ta en djupare titt på tillämpningar av väteenergi och dess roll i att lagra elektricitet i motsats till batterier.

Lagring av väte i nätskala.

Vid första anblicken verkar det som att Musk talade om ellagring i nätskala, eftersom han talade om enorma tankar med flytande eller gasformigt vätebränsle som skulle behövas för vätgaslagring. En annan rapport stöder detta.

Men glöm inte de stora batterierna som Tesla
TSLA
byggen i rutnätsskala är också enorma. På den tiden, den världens största stora batteri byggdes av Tesla 2017, i Hornsdale, Australien för att lagra 100 megawatt (MW) el. 2020 uppgraderades den till 150 MW.

Batteriet lagrar och stabiliserar ström från vindkraftverk som gör el i södra Australien nästan kolfri. Batteriet kan driva 8,000 24 hus i 30,000 timmar eller mer än XNUMX XNUMX hus under en timme.

Men Musk kan ha pratat om väte som en kraftkälla i bilar och lastbilar...

Vätgasenergi för elbilar för bilar och lastbilar.

Den överlägset vanligaste kraftkällan för elbilar är elektricitet som lagras i batterier.

Men el kan hämtas från en kemisk bränslecell där väte reagerar med syre i en batteriliknande cell för att producera el och vatten. Det finns många olika typer av bränsleceller. Men väte är brandfarligt och kan orsaka bränder eller explosioner. En bränslecell kan vara farlig, speciellt om en elbil kraschar.

Vätebränsleceller har vissa fördelar: (1) mycket större energilagringstäthet än litiumjonbatterier, (2) större räckvidd, (3) lättare och tar mindre plats och (4) mycket kortare laddningstid.

I en förbryllande twitterkommentar, den 1 april i år, Musk meddelade att han skulle introducera Tesla-bilar som använder vätebränsleceller. Det här verkar vara ett smart aprilskämt.

De väsentliga för- och nackdelarna med EV-batterier kontra vätebränsleceller har dokumenterats. Här är en sammanfattning:

"Ett modernt bilbatteri kan lagra 250 wattimmar energi för varje kilo litiumjon. Ett kilo väte har samtidigt 33,200 100 av dessa wattimmar per kilo. Nej, det är inget misstag. Ja, väte är mer än XNUMX gånger så energität som ett li-jonbatteri.”

"Batteridrivna elfordon är fenomenalt effektiva. Beroende på modell kan de stoltsera med en verkningsgrad mellan hjulen på cirka 70 till 80 procent. Som jämförelse är ett vätebränslecellsdrivet elfordon (FCEV) positivt sparsamt, med en total verkningsgrad på någonstans runt 30 till 35 procent... Faktum kvarstår att omvandling av el till väte bara för att sedan omvandla den tillbaka aldrig kommer att bli lika effektivt som att direkt mata ett batteri.”

Enligt denna rapport är den kortare tankningstiden det som sparar vätebränsleceller. Nuvarande laddstationer kräver cirka 6 timmar för att tanka en batteridriven semitrailer med en räckvidd på 500 mil. Men Toyota och Kenworth har redan vätgas semitrailers som kan tankas på 15 minuter. Det här är en spelomvandlare för långdistanstransporter utan koldioxidutsläpp.

Vätgasbilar från Hyzon.

Även om litiumjonbatterier är den kommersiella marknaden för passagerar- och andra lätta elbilar, testas vätgaskraft för långdistanstransporter med ett lättare framdrivningssystem.

Hyzon Motors är ett företag i Rochester, New York, som utvecklar bränsleceller och bygger lastbilar. Efter att ha forskat i 20 år har Hyzon kommit med bränslecellstackar som har den högsta effekten i världen, är mindre i vikt med ungefär hälften och är billigare till hälften.

Pilotbilar förväntades vara på väg i år, 2022. För den minsta lastbilen kan 5 vätgascylindrar förvaras på ett enda ställ. En andra version är utformad för att hålla 10 vätgascylindrar för längre resor.

Andra behov av vätgas.

I övergången från fossil energi till förnybar energi finns det så kallade svårnedbrytbara sektorer som inte enkelt kan elektrifieras för att använda grön el.

Förutom långdistanslastbilar är flygplan och fartyg fall där batterier skulle vara för stora eller för tunga att bära. Väte innehåller ungefär tre gånger energin per kilogram diesel eller bensin.

Industriella koleldade ugnar är för varma eller för dyra för att värmas upp med grön el. I stället för kol, olja eller naturgas kan väte fungera som bränsle för att ge den enorma värme som behövs i masugnar att skapa grönt stål. Den svenska ståltillverkaren SSAB AB samarbetar med Volvo Cars för att utveckla fossilfritt stål. Volvo blir det första bilföretaget att testa och använda grönt stål i en konceptbil. Kommersiell produktion av grönt stål planeras att påbörjas 2026.

Grönt mot blått väte.

Grönt väte tillverkas genom elektrolys av vatten men detta är ineffektivt. Enligt Musk, mängden energi som krävs – el som helst borde vara grön plus energi för att komprimera och göra vätgas flytande – är häpnadsväckande.

Blått väte är en alternativ form gjord av metangas. 99% av väte som produceras idag är blått väte eftersom det är mycket billigare än grönt väte. Men det är en felaktig premiss när den erbjuds som en kolfri lösning för bränsle- eller energilagring.

Metangas används som råvara i processen att tillverka blått väte. Metan kommer från borrning och fracking av gas- eller oljekällor, där gasfackling och metanläckage i brunnar och rörledningar kan bidra avsevärt till den globala uppvärmningen. Så en kolsyrad fossil energi används för att producera ett kolfritt väte från energi.

Men det är inte direkt kolfritt eftersom den kemiska nedbrytningen av metan leder till väte och en biprodukt, CO2, som i sig är en huvudsaklig växthusgas (GHG) som måste bortskaffas.

Mellan dessa två negativa ligger ett kolfritt bränsle som brinner för att bara producera vatten. Ett sätt att förbättra processen är genom att hämta metanråvaran från biogaskällor som till exempel deponier eller kogödsel.

Väte är bärbart.

Internationella energibyrån (IEA) pekade på en annan fördel av vätelagring. Den är kompakt som vätska och kan transporteras försiktigt över långa avstånd. Till exempel skulle länder som Australien med stora källor till förnybara sol- och vindkällor kunna producera väte genom elektrolys och transportera det med tankbil till energislukande städer i Sydostasien.

Vätgasproduktion i New Mexico

BayoTech är ett företag som producerar faktiskt vätebränsle i New Mexico. BayoGas Hub gör anspråk på en mindre och effektivare generator som gör väte billigare och med lägre koldioxidavtryck än stora centraliserade anläggningar som levererar väte till kemiska tillverkare och raffinaderier.

Råmaterial kan vara ren naturgas eller andra förnybara biogaskällor som kan göra väte som är kolnegativt.

Tre vätehubbar distribueras i USA 2022, med planer på att utöka nätverket till Storbritannien och globalt. Var och en av vätgashubbarna i BayoTechs nätverk producerar 1-5 ton väte varje dag. Vätgas levereras lokalt i högtryckstransportsläp med gasflaskor.

För sina kollektivtrafikplaner har staden Champaign-Urbana i Illinois en växande flotta av hybrid- och vätebränslecellsbussar. Staden installerade två vätebränslecellsbussar 2021.

Innan vätgasgeneratorn på plats färdigställdes. BayoTech kallades in för att tillhandahålla bärbart väte i högtryckstransportbilar som laddade upp bränslecellerna så att anställda kunde testa bussarna.

Enligt BayoTech presterar vätebränslecellsbussar lika bra som konventionella dieselbussar men med noll utsläpp av växthusgaser. Fördelarna jämfört med batteridrivna elmotorer inkluderar en räckvidd på 300 miles, en bränsletid på endast 10 minuter och tankstationer som kan ta upp till 100 bussar.

Det är anmärkningsvärt att en stor del av pengar - 8 miljarder dollar - öronmärktes i Infrastructure Act från 2021 för att sätta upp ren väte nav, minst fyra av dem, över hela USA.

BP:s vätgasvision i Teesside, Storbritannien.

2020 återuppfann bp sig själv som ett integrerat företag, vilket sammanfattas i Energy Outlook 2020.

Deras senaste förnyelsebara satsning är Teesside hydrogen, med hänvisning till ett industriellt nav på Englands nordöstra kust.

Smakämnen vision är för Teesside att bli ett stort vätgasnav för transporter inom flyg, sjöfart och tunga lastbilar – alla sektorer där det är svårt att använda batterikraft. Men konceptet skulle också omfatta kraft för svårbekämpade industrier som cement- och ståltillverkning.

Den ursprungliga planen, kallad H2Teesside, skulle generera blå väte genom nedbrytning av metan, CH4, medan biprodukten av CO2 skulle fångas upp och begravas under havet genom en process som kallas CCS.

Den senaste tillsatsen av HyGreen skulle elektrolysera vatten till grönt väte och syre. Detta är dyrare på grund av kostnaden för elektrolys och ren el om den används.

Bp har undertecknade en överenskommelse med Dai
DAI
mler Truck att initiera den infrastruktur som krävs för bränslecellsvätgasbilar i Storbritannien.

Teesside-projekten av bp samverkar med den brittiska regeringens mål. Tillsammans skulle HyGreen och H2Teesside kunna generera 1.5 GW väteproduktion och leverera 30 % av regeringens mål på 5 GW till 2030.

Takeaways.

Det finns två stora negativa effekter som försvårar fördelarna med blått väte och lämnar det med ett betydande koldioxidavtryck. Grönt väte är för dyrt just nu.

Enligt Rystad Energy, en prisvärd och grönare vätebränsleindustri, som nu är dyr, kommer att vara för lite för sent. År 2050 kommer endast 7 % av den globala energin att vara väte för att betjäna en nischindustri för att driva flyg-, sjöfarts- och metall- och kemikaliefabriker.

Trots Rystads begränsade prognoser för framtiden för vätgas, och Elon Musks fördömande av väte som lagring av energi, verkar det som om väte kommer att spela en aktiv roll i lagring av energi.

Små och storskaliga väteprojekt befinner sig i planeringsstadier eller är redan igång, och ytterligare innovation kommer att cementera vätgas värde som en nischkomponent i en framtid med låga koldioxidutsläpp.