Jak spadające koszty energii słonecznej odnowiły nadzieje na czysty wodór

Zielona fabryka wodoru H2FUTURE firmy Voestalpine w Linz w Austrii. Voestalpine

Świat w coraz większym stopniu stawia na ekologiczne paliwo wodorowe, aby wypełnić niektóre z krytycznych brakujących elementów układanki czystej energii.

Plan klimatyczny kandydata na prezydenta USA Joe Bidena wymaga programu badawczego wytworzyć czystą formę gazu to wystarczająco tanie, aby zasilić elektrownie w ciągu dekady. Podobnie Japonia, Korea Południowa, Australia, Nowa Zelandia i Unia Europejska wszystkie opublikowane mapy drogowe związane z wodorem które polegają na nim w celu przyspieszenia redukcji emisji gazów cieplarnianych w sektorach energetycznym, transportowym lub przemysłowym. Tymczasem coraz więcej firm na całym świecie Budują coraz większe zielone instalacje wodorowe czyli odkrywanie jego potencjału do produkcji stali , Stwórz paliwo lotnicze neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla , lub podać zapasowe źródło zasilania dla farm serwerów .

Atrakcyjność jest oczywista: wodór, najobficiej występujący pierwiastek we wszechświecie, może napędzać nasze pojazdy, zasilać nasze elektrownie i zapewniać sposób na przechowywanie energii odnawialnej bez wypompowywania dwutlenku węgla napędzającego zmiany klimatyczne lub innych zanieczyszczeń (jest jedynym produktem ubocznym samochody osobowe i ciężarowe to woda). Ale podczas gdy naukowcy trąbią o obietnicy gospodarki wodorowej przez dekady , ledwie zmniejszyło popyt na paliwa kopalne, a prawie wszystko jest nadal produkowane w procesie zanieczyszczania węglem z udziałem gazu ziemnego.

Wspaniała wizja gospodarki wodorowej została powstrzymana przez wysokie koszty stworzenia czystej wersji, ogromne inwestycje w pojazdy, maszyny i rury, które mogą być wymagane do jej wykorzystania, oraz postęp w konkurencyjnych alternatywach magazynowania energii, takich jak akumulatory.

Więc co napędza ponowne zainteresowanie?

Po pierwsze, ekonomia szybko się zmienia. Możemy wyprodukować wodór bezpośrednio, po prostu rozszczepiając wodę w procesie znanym jako elektroliza, ale jest to w dużej mierze zaporowo drogie, ponieważ wymaga dużej ilości energii elektrycznej. Ponieważ jednak ceny energii słonecznej i wiatrowej nadal gwałtownie spadają, zacznie to wyglądać na znacznie bardziej realne.

Jednocześnie, w miarę jak coraz więcej krajów wykonuje trudną matematykę, jak osiągnąć swoje agresywne cele w zakresie emisji w nadchodzących dziesięcioleciach, zielona forma wodoru wydaje się coraz bardziej kluczowa, mówi Joan Ogden, dyrektor programu zrównoważonego transportu energii na Uniwersytecie w Kalifornia, Davis. Jest to elastyczne narzędzie, które może pomóc uporządkować szereg sektorów, w których wciąż nie mamy gotowych rozwiązań przystępnych cenowo, takich jak lotnictwo , Wysyłka  , produkcja nawozów i długoterminowe magazynowanie energii dla sieci elektroenergetycznej.

Spadające koszty OZE

Na razie jednak czysty wodór jest w większości sytuacji o wiele za drogi. Niedawny artykuł wykazał, że poleganie na energii słonecznej do uruchamiania elektrolizerów, które rozdzielają wodę może biec sześć razy wyżej niż proces gazu ziemnego, znany jako reforming parowy metanu.

Jest mnóstwo eksperci ds. energii którzy utrzymują, że dodatkowe koszty i złożoność produkcji, przechowywania i używania czystej wersji oznaczają, że nigdy nie wyjdzie ona poza marginalne przypadki użycia.

Ale dobrą wiadomością jest to, że sama energia elektryczna ma ogromny udział w kosztach — ponad 60% lub więcej — i znowu koszty odnawialnych źródeł energii szybko spadają. Tymczasem koszty samych elektrolizerów są projektowane gwałtownie spadać jak producenci zwiększają produkcję , oraz rozwijają się różne grupy badawcze zaawansowane wersje technologii .

Artykuł Nature Energy na początku zeszłego roku wykazał, że jeśli trendy rynkowe utrzymają się, zielony wodór może być konkurencyjna gospodarczo na skalę przemysłową w ciągu dekady . Podobnie Międzynarodowa Agencja Energii projektuje, że koszt czysty wodór spadnie o 30% do 2030 r. .

Zielona fabryka wodoru H2FUTURE firmy Voestalpine w Linz w Austrii.

VOESTALPINE

Zielony wodór może być już prawie przystępny cenowo w niektórych miejscach, w których okresy nadmiernej produkcji energii ze źródeł odnawialnych obniżają koszty energii elektrycznej do prawie zera. W notatce badawczej z zeszłego miesiąca analitycy Morgan Stanley napisali, że lokalizacja zielonych instalacji wodorowych obok głównych farm wiatrowych na Środkowym Zachodzie Stanów Zjednoczonych i w Teksasie może sprawić, że koszt paliwa będzie konkurencyjny w ciągu dwóch lat .

DO Studium czerwcowe z amerykańskiego National Renewable Energy Laboratory stwierdził, że może być bliżej połowy wieku, zanim wodór stanie się najbardziej przystępną cenowo technologią długotrwałego przechowywania w sieci. Ponieważ jednak zmienne odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna i wiatrowa, stają się dominującym źródłem energii elektrycznej, przedsiębiorstwa użyteczności publicznej będą musiały gromadzić wystarczającą ilość energii, aby sieć działała niezawodnie nie tylko przez kilka godzin, ale przez dni, a nawet tygodnie w niektórych miesiącach, gdy zasoby te słabną.

W tym scenariuszu wodór błyszczy w porównaniu z innymi technologiami przechowywania, ponieważ zwiększanie pojemności jest stosunkowo tanie, mówi Joshua Eichman, starszy inżynier ds. badań w laboratorium i współautor badania. Aby wydłużyć czas, w którym baterie mogą niezawodnie dostarczać energię elektryczną, musisz gromadzić ich coraz więcej, pomnażając koszt każdego drogiego elementu w nich zawartego. Z wodorem wystarczy zbudować większy zbiornik lub skorzystać z głębszej podziemnej jaskini, mówi.

Wykorzystanie wodoru

Aby wodór mógł w pełni zastąpić paliwa emitujące węgiel, musielibyśmy dokonać przeglądu naszej infrastruktury w celu jego dystrybucji, przechowywania i użytkowania. Musielibyśmy produkować pojazdy i statki z ogniwami paliwowymi, które przetwarzają wodór na energię elektryczną, a także stacje paliw wzdłuż portów i dróg. A my musielibyśmy układać ogniwa paliwowe lub budować lub modernizacja elektrownie wykorzystują paliwo do bezpośredniego zasilania sieci.

Wszystko to zajmie dużo czasu i pieniędzy.

Ale jest inny scenariusz, który omija lub opóźnia większość tego remontu infrastruktury. Gdy już masz wodór, stosunkowo łatwo jest połączyć go z tlenkiem węgla w celu wyprodukowania syntetycznych wersji paliw, które już napędzają nasze samochody, ciężarówki, statki i samoloty. Proces przemysłowy mający na celu to ma sto lat i był używany w różnych czasach przez kraje ubogie w ropę naftową do wytwarzania paliw z węgla lub gazu ziemnego.

Zakład pilotażowy Carbon Engineering w Squamish w Kolumbii Brytyjskiej.

INŻYNIERIA WĘGLOWA

Carbon Engineering z siedzibą w Squamish w Kolumbii Brytyjskiej opracowuje obiekty wychwytujące dwutlenek węgla z powietrza. Firma planuje połączyć go z bezwęglowym wodorem w celu wytworzenia paliw syntetycznych. Pomysł polega na tym, że paliwo będzie neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla, emitując nie więcej dwutlenku węgla niż został usunięty lub wytworzony w procesie.

W prezentacja na konferencji Codex pod koniec ubiegłego roku , założyciel Carbon Engineering i profesor Harvardu David Keith powiedział, że spadające ceny energii słonecznej powinny umożliwić im wprowadzenie na rynek paliw typu powietrze-paliwa za około 1 dolara za litr (około 4 dolarów za galon) w połowie lat 20. – i że cena będzie nadal rosła. spaść stamtąd.

Wielką wiadomością jest to, że można to zrobić, gdy wkrótce zacznie się dostępny sprzęt, powiedział. Wydaje mi się, że wkrótce po 2030 r. można uzyskać około miliona baryłek dziennie zdolności do wytwarzania syntetycznych węglowodorów w powietrzu do paliw, a potem nie ma oczywistego limitu skalowania.

W efekcie proces ten zapewnia sposób na przekształcenie ulotnej, zmiennej energii słonecznej w trwałe paliwa, które mogą napełnić zbiorniki dowolnej z naszych maszyn. Chodzi o ścieżkę energetyczną, aby… poradzić sobie z problemem nieciągłości i poradzić sobie z nim w sposób, który pozwala na zaspokojenie potrzeb o wysokiej gęstości energii na całym świecie; pozwala latać samolotami przez Północny Atlantyk, powiedział Keith.

ukryć