211service.com
Hur fallande solkostnader har förnyat förhoppningar om rent väte
Voestalpines H2FUTURE gröna vätefabrik i Linz, Österrike. Voestalpine
Världen satsar allt mer på grönt vätebränsle för att fylla några av de kritiska saknade bitarna i pusslet med ren energi.
USA:s presidentkandidat Joe Bidens klimatplan kräver ett forskningsprogram för att producera en ren form av gasen det är tillräckligt billigt för att driva kraftverk inom ett decennium. Likaså Japan, Sydkorea, Australien, Nya Zeeland och Europeiska unionen har alla publicerat färdplaner för väte som förlitar sig på det för att påskynda minskningen av växthusgaser inom kraft-, transport- eller industrisektorerna. Samtidigt har ett växande antal företag runt om i världen bygger allt större gröna väteväxter , eller utforska dess potential att tillverka stål , skapa koldioxidneutralt flygbränsle , eller tillhandahålla en reservkraftkälla för serverfarmar .
Attraktionen är uppenbar: väte, det vanligaste grundämnet i universum, kan driva våra fordon, driva våra elanläggningar och tillhandahålla ett sätt att lagra förnybar energi utan att pumpa ut koldioxiden som driver klimatförändringen eller andra föroreningar (dess enda biprodukt från bilar och lastbilar är vatten). Men medan forskare har basunerat ut löftet om en väteekonomi i årtionden , det har knappt gjort ett intryck i efterfrågan på fossila bränslen, och nästan allt produceras fortfarande genom en kolförorenande process som involverar naturgas.
Den stora visionen om väteekonomin har hållits tillbaka av de höga kostnaderna för att skapa en ren version, de massiva investeringarna i fordon, maskiner och rör som kan krävas för att den ska användas, och framsteg i konkurrerande energilagringsalternativ som batterier.
Så vad är det som driver det förnyade intresset?
För det första förändras ekonomin snabbt. Vi kan producera väte direkt genom att helt enkelt dela vatten, i en process som kallas elektrolys, men det har varit oöverkomligt dyrt till stor del eftersom det kräver mycket elektricitet. Eftersom priset på sol- och vindkraft fortsätter att snabbt sjunka kommer det dock att börja se mycket mer genomförbart ut.
Samtidigt, när fler nationer gör den hårda beräkningen av hur de ska uppnå sina aggressiva utsläppsmål under de kommande decennierna, verkar en grön form av väte alltmer avgörande, säger Joan Ogden, chef för programmet för hållbara transportenergivägar vid University of Kalifornien, Davis. Det är ett flexibelt verktyg som kan hjälpa till att rensa upp en rad sektorer där vi fortfarande inte har prisvärda och färdiga lösningar, som flyg , frakt , konstgödselproduktion och långvarig energilagring för elnätet.
Sjunkande kostnader för förnybar energi
För nu är dock rent väte alldeles för dyrt i de flesta situationer. En färsk tidning fann att man förlitar sig på solenergi för att driva elektrolysörerna som delar vatten kan köras sex gånger högre än naturgasprocessen, känd som ångmetanreformering.
Det finns gott om energiexperter som hävdar att de extra kostnaderna och komplexiteten för att producera, lagra och använda en ren version innebär att den aldrig riktigt kommer att ta fart utöver marginella användningsfall.
Men den goda nyheten är att elektriciteten i sig utgör en stor del av kostnaden – uppemot 60 % eller mer – och, återigen, kostnaderna för förnybar energi sjunker snabbt. Samtidigt kostnaderna för elektrolysörer själva projiceras att sjunka kraftigt allt eftersom tillverkarna skalar upp produktionen , och olika forskargrupper utvecklas avancerade versioner av tekniken .
En Nature Energy-tidning i början av förra året fann att om marknadstrenderna fortsätter, grönt väte kan vara ekonomiskt konkurrenskraftig i industriell skala inom ett decennium . På samma sätt beräknar International Energy Agency att kostnaden för rent väte kommer att minska med 30 % till 2030 .
Voestalpines H2FUTURE gröna vätefabrik i Linz, Österrike.
VOESTALPIN
Grönt väte kan redan vara nästan överkomligt på vissa platser där perioder av överskott av förnybar produktion driver ner kostnaderna för el till nästan noll. I en forskningsanteckning förra månaden skrev Morgan Stanley-analytiker att lokalisering av gröna vätgasanläggningar bredvid stora vindkraftsparker i USA:s mellanvästern och Texas skulle kunna göra bränslekostnaden konkurrenskraftig inom två år .
TILL Juni studie från US National Renewable Energy Laboratory fann att det kan vara närmare mitten av seklet innan väte är den mest prisvärda tekniken för långvarig lagring på nätet. Men eftersom fluktuerande förnybara energikällor som sol och vind blir den dominerande källan till elektricitet, kommer elbolagen att behöva lagra tillräckligt med energi för att hålla nätet igång på ett tillförlitligt sätt, inte bara under några timmar, utan i dagar och till och med veckor under vissa månader när dessa resurser flaggar.
Väte lyser i det scenariot jämfört med andra lagringstekniker, eftersom det är relativt billigt att lägga till kapacitet, säger Joshua Eichman, senior forskningsingenjör vid labbet och medförfattare till studien. För att öka den tid som batterier på ett tillförlitligt sätt kan ge elektricitet, måste du stapla fler och fler av dem, multiplicera kostnaden för varje dyr komponent i dem. Med väte behöver du bara bygga en större tank, eller använda en djupare underjordisk grotta, säger han.
Att använda väte
För att väte helt ska ersätta koldioxidutsläppande bränslen, måste vi se över vår infrastruktur för att distribuera, lagra och använda den. Vi skulle behöva tillverka fordon och fartyg med bränsleceller som omvandlar väte till elektricitet, samt tankstationer längs hamnar och vägar. Och vi skulle behöva stapla bränsleceller eller bygga eller eftermontering kraftverk för att använda bränslet för att driva nätet direkt.
Allt detta kommer att ta mycket tid och pengar.
Men det finns ett annat scenario som kringgår, eller försenar, mycket av denna översyn av infrastrukturen. När du väl har väte är det relativt enkelt att kombinera det med kolmonoxid för att producera syntetiska versioner av de bränslen som redan driver våra bilar, lastbilar, fartyg och flygplan. Den industriella processen för att göra det är ett sekel gammal och har använts vid olika tidpunkter av petroleumspända nationer för att göra bränslen från kol eller naturgas.
Carbon Engineerings pilotanläggning i Squamish, British Columbia.
KOLTEKNIKCarbon Engineering, baserat i Squamish, British Columbia, utvecklar anläggningar som fångar upp koldioxid från luften. Företaget planerar att kombinera det med kolfritt väte för att göra syntetiska bränslen. Tanken är att bränslet ska vara koldioxidneutralt och inte släppa ut mer koldioxid än vad som avlägsnades eller producerades i processen.
I en presentation vid en Codex-konferens i slutet av förra året , Carbon Engineering-grundaren och Harvard-professorn David Keith sa att fallande solenergipriser borde göra det möjligt för dem att ta ut luft-till-bränsle till marknaden för cirka 1 USD per liter (cirka 4 USD per gallon) i mitten av 2020-talet – och att priset kommer att fortsätta att falla därifrån.
Den stora nyheten här är att detta kan göras med råvaruhårdvara som börjar snart, sa han. Jag tror att du kan nå något som en miljon fat per dag av syntetisk kolvätekapacitet från luft till bränsle, strax efter 2030, och efter det finns det ingen uppenbar skalningsgräns.
I själva verket ger processen ett sätt att omvandla flyktig, fluktuerande solenergi till permanent lagringsbara bränslen som kan fylla tankarna på alla våra maskiner. Det här handlar om en energiväg för att … ta itu med intermittensproblemet och hantera det på ett sätt som låter dig driva behov av hög energitäthet runt om i världen; låter dig flyga flygplan över Nordatlanten, sa Keith.