Vi kan förbättra ekonomin för ny cleantech—som vi gjorde med förnybar energi

Av Mitsubishi Power Americas

Idag bildas en global konsensus kring behovet av att minska koldioxidutsläppen. Men det finns en problematik: kostnaden.

Att uppfylla klimatmålen kommer att kräva hållbara lösningar, vilket innebär att de måste ge sund ekonomi tillsammans med låga eller inga utsläpp. För att säkerställa en utbredd och snabb användning måste alternativ som rent väte vara tillgängliga, pålitliga och prisvärda.

Kraftindustrin har verktygen till sitt förfogande för att få detta att hända.

Sektorn har en längre och mer framgångsrik meritlista för att utveckla och kommersialisera ren teknik än den får äran för, säger Michael Ducker, Senior Vice President för Hydrogen Infrastructure för Mitsubishi Power Americas och President för Advanced Clean Energy Storage I, ett vätgasnav på gång i Delta, Utah. Han påpekar att historien om dagens förnybara energisektor berättar historien om industrier som arbetar tillsammans för att lösa frågor om skala, effektivitet och kostnad, vilket möjliggjorde en växande marknad för välbehövlig innovation.

Det är en historia värd att upprepas.

Driv ner kostnaden

Mellan 2005 och 2020 minskade den årliga utsläppstakten i den amerikanska kraftsektorn dramatiskt – en 40% förbättring. Teknikerna som har drivit på minskningarna har följt ett liknande mönster: När priset på en ny teknik blir tillräckligt lågt för att motivera adoption, kommer efterfrågan igång och tekniken tar fart.

"Om vi ​​måste nå nettonoll inom 2050 års tidsram i kraftsektorn är det genomförbart. Men vi kan inte vara självbelåtna på något sätt." – Drummi Bhatt, Vice President för Market Intelligence and Strategy, Mitsubishi Power Americas

Tänk på solenergi. Sedan 2010 har kostnaden för solcellssystem i allmännyttiga skala sjönk 82%, vilket driver global installerad solenergikapacitet från ungefär 40 gigawatt det året till mer än 700 gigawattar i 2020.

Priset och användningen av litiumjonbatterier visar en liknande omvänt förhållande. Batteripriserna sjönk med 85 % mellan 2010 och 2018 den globala elbilsproduktionen ökade dramatiskt, från försumbara antal till totalt mer än sju miljoner bilar på vägen 2019.

Denna dynamik inträffade också med kombinerade gasturbinanläggningar när priset på naturgas sjönk. Mellan 2005 och 2020, priset sjönk 80%.

Lärdomen för idag är denna: "Om vi ​​måste nå noll i 2050 års tidsram i kraftsektorn, är det genomförbart", säger Drummi Bhatt, Vice President för Market Intelligence and Strategy på Mitsubishi Power Americas. "Men vi kan inte vara självbelåtna på något sätt - vi måste fortsätta att driva effektivitetsvinster med en verklig känsla av brådska för att hålla oss på rätt spår."

Verktyg som ger överkomliga priser

Jämfört med andra lagringstekniker är grönt väte, producerat med förnybar energi, redan kostnadseffektivt för långvarig energilagring. Analyser visar till exempel att litiumjonbatterier är mest ekonomiska för varaktigheter på åtta timmar eller mindre, medan grönt väte är kostnadseffektivt för längre varaktigheter, från 12 timmar till dagar, veckor, månader eller till och med årstider.

Som bränsle har väte nått en liknande brytpunkt på kostnadskurvan som vind-, sol- och litiumjonbatterier har, säger Ducker. Kostnaden för att producera, lagra och transportera grönt väte har varit ett stort hinder för en utbredd användning som ett kolfritt bränsle. När kostnaden sjunker blir väte ännu effektivare som energilagringslösning. Branschen har en mängd olika verktyg till sitt förfogande för att öka överkomliga priser.

Ducker tror att vi är på väg att göra nödvändiga framsteg, och noterar flera viktiga drivkrafter som kommer att minska produktionskostnaderna och bygga upp marknaden:

Ökar kapaciteten

Den primära tekniken för att generera grönt väte är elektrolys, som använder förnybar kraft för att omvandla vatten till väte och syre. Processen är dyr eftersom produktionsskalan förblir relativt liten - även de största anläggningarna som för närvarande kommer online förväntar sig att producera mindre än 25 megawatt.

Precis som efterfrågan på vindkraft fick vindkraftstillverkare att gå från mindre 1-megawatt-turbiner till 5- och 10-megawatt-modeller, kommer det växande behovet av grönt väte för att hjälpa till att nå nettonollmålen sporra elektrolysörtillverkare att bygga större enheter och skala sina produktion.

"Världen har aldrig behövt en 200 megawatts elektrolysör förut", säger Ducker. Men det gör det nu. När produktionskapaciteten växer kommer kostnaderna att sjunka.

Till den punkten, 2021 Green Hydrogen Coalition i samarbete med Los Angeles Department of Water and Power (LADWP) och andra nyckelpartners lanserade HyDeal LA att uppnå en storskalig upphandling av grönt väte till 1.50 USD/kilogram i Los Angeles Basin till 2030.

Att förbättra tillverkningseffektiviteten

Vind-, sol- och batteriindustrin fick stordriftsfördelar när de ökade produktionen. Särskilt automatisering av produktionen minskade tillverkningskostnaderna avsevärt.

Ducker förväntar sig att något liknande kommer att hända för väte. Framsteg inom automation och lågkostnadstillverkningsmetoder kommer att skapa en cykel där dessa effektivitetsvinster driver ner kostnaderna, vilket leder till större investeringar och produktion, ökar utbudet och skapar ytterligare effektivitet – allt detta minskar kostnaderna ytterligare, vilket hjälper till att öka användningen.

Omfamna tekniska framsteg

Förnybar kraft är avgörande för att producera grönt väte. Som ett resultat kan allt som sänker kostnaderna för förnybara energikällor samtidigt som de ökar deras tillgänglighet – till exempel skal- och effektivitetsförbättringar för sol och vind – hjälpa till med grönt vätgas ekonomi.

Dessutom kommer ny teknik som konverterar gasturbiner att drivas med grönt väte skapa efterfrågan på det från kraftproducenter som har åtagit sig att minska sina utsläpp, vilket leder till ökad produktion. Ökat utbud kan i sin tur göra stora mängder lagrat grönt väte tillgängligt för energiintensiva industrier som är svåra att koldioxidutlösa, som transporter, stål och betong. Likaså kan systemförbättringar i en sektor översättas till andra sektorer.

Andra spakar som kan stimulera produktionen

Det finns andra faktorer som också kan bidra till lägre kostnader, från politiska incitament för vätgasproducenter till skattelättnader för förnybar energianvändning. Att utveckla politiken för förnybar energi på regional basis kan också driva kostnadsminskningar genom att öka kundbasen och dra ytterligare fördelar av stordriftsfördelar.

I takt med att kostnads-nyttoekvationen kring grönt väte stärks, kommer dessa typer av incitament och avtal att påskynda utvecklingen ytterligare. "De flesta av de rena energitekniker vi arbetar med har kommit ner i kostnadskurvan snabbare än någon trodde att de skulle göra", säger Bhatt.

RELATERAT INNEHÅLL

Kan kärnfusion ge oss obegränsad utsläppsfri energi?

Råd för unga ingenjörer: Omfamna dagens gröna tekniska möjlighet

Från sci-fi till fabriksgolv: Dessa tre robotar gör logistiken säkrare

De element som står under branschens kontroll, såsom tekniska framsteg och stordriftsfördelar, är lättare att förutse än statliga subventioner. Men världens framtid med netto noll koldioxid beror på alla dessa bidragsgivare, både för att lösa de tekniska utmaningarna med banbrytande innovation och för att förbättra ekonomin tillräckligt för att stimulera användningen av ny teknik. Lyckligtvis är alla dessa element på gång, och framstegen på varje front ger anledning till optimism.

Om författaren

Mitsubishi Power Americas är ett varumärke för kraftlösningar från Mitsubishi Heavy Industries.