Heeft Elon Musk gelijk of ongelijk om het gebruik van waterstof voor koolstofarme energieopslag af te wijzen?

De context is aan het overgaan van fossiele energie naar hernieuwbare energiebronnen. Een belangrijk aspect hiervan is het vervoer via benzine- of dieselvoertuigen en de overgang naar elektromotoren aangedreven door batterijen of waterstof. De fossiele-brandstofindustrie zou zich zorgen moeten maken over de efficiëntie en kosten van duurzaam transport, omdat dat de snelheid van de transitie zal bepalen die waarschijnlijk gevolgen zal hebben voor de achteruitgang van de olieproductie en misschien de olie- en gasindustrie zelf.

Elon Musk kent batterijen. Hij bouwt ze: om auto's en vrachtwagens voort te stuwen, aan de ene boekensteun, tot kolossen op rasterschaal die elektrische stroom opslaan en stabiliseren voor honderden huizen en commerciële ondernemingen, aan de andere boekensteun.

Vorige week, 12 mei 2022, Musk zei waterstof "is het domste dat ik me kan voorstellen voor energieopslag." Dit is niet de eerste keer, aangezien Musk de afgelopen jaren soortgelijke negatieve opmerkingen heeft gemaakt. Een paar jaar geleden vertelde Musk aan verslaggevers dat waterstofbrandstofcellen "extreem dwaas" waren.

De domme opmerking over waterstofopslag was een ingrijpende uitspraak. Verwees Musk naar de opslag van elektriciteit op netschaal? Of naar opslag in elektrische voertuigen - EV's zoals auto's, vrachtwagens en bussen? Of allebei?

Laten we eens dieper ingaan op toepassingen van waterstofenergie en de rol ervan bij het opslaan van elektriciteit in tegenstelling tot batterijen.

Opslag van waterstof op rasterschaal.

Op het eerste gezicht lijkt het erop dat Musk het had over elektriciteitsopslag op grid-schaal, omdat hij het had over enorme tanks met vloeibare of gasvormige waterstofbrandstof die nodig zouden zijn voor waterstofopslag. Nog een rapport ondersteunt dit.

Maar vergeet niet de grote batterijen die Tesla
TSLA
bouwt op rasterschaal zijn ook enorm. Destijds was de grootste grote batterij ter wereld werd in 2017 door Tesla gebouwd in Hornsdale, Australië om 100 megawatt (MW) elektriciteit op te slaan. In 2020 werd het opgewaardeerd tot 150 MW.

De batterij slaat energie op en stabiliseert deze van windmolenparken die elektriciteit in Zuid-Australië bijna koolstofvrij maken. De batterij kan 8,000 huizen 24 uur van stroom voorzien of meer dan 30,000 huizen een uur lang.

Maar Musk had het misschien over waterstof als energiebron in auto's en vrachtwagens...

Waterstofenergie voor auto's en vrachtwagens EV's.

Veruit de meest voorkomende energiebron voor EV's is elektriciteit die is opgeslagen in batterijen.

Maar elektriciteit kan worden verkregen uit een chemische brandstofcel waarin waterstof reageert met zuurstof in een batterijachtige cel om elektriciteit en water te produceren. Er bestaan ​​veel verschillende soorten brandstofcellen. Maar waterstof is ontvlambaar en kan brand of explosies veroorzaken. Een brandstofcel kan gevaarlijk zijn, vooral als een EV crasht.

Waterstofbrandstofcellen hebben bepaalde voordelen: (1) veel grotere energieopslagdichtheid dan lithium-ionbatterijen, (2) grotere actieradius, (3) lichter en nemen minder ruimte in beslag, en (4) veel kortere oplaadtijd.

In een verbijsterende twittercommentaar, op 1 april van dit jaar, Musk aangekondigd dat hij Tesla-auto's zou introduceren die waterstofbrandstofcellen gebruiken. Dit lijkt een slimme aprilgrap te zijn.

De essentiële voor- en nadelen van EV-batterijen versus waterstofbrandstofcellen zijn gedocumenteerd. Hier is een samenvatting:

“Een moderne auto-accu kan per kilo lithium-ion 250 wattuur aan energie opslaan. Een kilogram waterstof heeft ondertussen 33,200 van die wattuur per kilo. Nee, dat is geen vergissing. Ja, waterstof is meer dan 100 keer zo energiedicht als een li-ionbatterij.”

“Elektrische voertuigen op batterijen zijn fenomenaal efficiënt. Afhankelijk van het model kunnen ze bogen op een well-to-wheel-efficiëntie van ongeveer 70 tot 80 procent. Ter vergelijking: een elektrisch voertuig met waterstofbrandstofcel (FCEV) is zuinig, met een algemeen rendement van ergens rond de 30 tot 35 procent... Het feit blijft dat het omzetten van elektriciteit in waterstof om het vervolgens weer terug te zetten nooit zal worden even efficiënt als het rechtstreeks voeden van een batterij.”

Volgens dit rapport bespaart de kortere tanktijd waterstofbrandstofcellen. De huidige laadstations hebben ongeveer 6 uur nodig om een ​​batterijaangedreven oplegger met een bereik van 500 mijl te tanken. Maar Toyota en Kenworth hebben al waterstofopleggers die in 15 minuten kunnen worden getankt. Dit is een game-changer voor koolstofvrij langeafstandsvervoer.

Waterstoftrucks van Hyzon.

Hoewel lithium-ionbatterijen de commerciële markt zijn voor personenauto's en andere lichtgewicht EV's, wordt waterstofenergie getest voor langeafstandsvervoer met een lichter aandrijfsysteem.

Hyzon Motors is een bedrijf in Rochester, New York, dat ontwikkelt brandstofcellen en bouwt vrachtwagens. Na 20 jaar onderzoek heeft Hyzon brandstofcelstacks bedacht die het hoogste vermogen ter wereld hebben, ongeveer de helft lichter zijn en de helft goedkoper.

Pilottrucks zouden dit jaar, 2022, de weg op moeten. Voor de kleinste vrachtwagen kunnen 5 waterstofcilinders op één rek worden opgeslagen. Een tweede versie is ontworpen om 10 waterstofcilinders te bevatten voor langere reizen.

Andere behoeften aan waterstofbrandstof.

In de overgang van fossiele energie naar hernieuwbare energie bestaan ​​er zogenaamde moeilijk te verminderen sectoren die niet gemakkelijk kunnen worden geëlektrificeerd om groene elektriciteit te gebruiken.

Naast langeafstandsvrachtwagens zijn vliegtuigen en schepen gevallen waarin batterijen te groot of te zwaar zouden zijn om te dragen. Waterstof bevat ongeveer drie keer zoveel energie per kilogram diesel of benzine.

Industriële kolengestookte ovens zijn te heet of te duur om met groene stroom te worden verwarmd. In plaats van kolen, olie of aardgas kan waterstof werken als brandstof om de enorme warmte te leveren die nodig is in hoogovens om groen staal te maken. De Zweedse staalproducent SSAB AB werkt samen met Volvo Cars aan de ontwikkeling van fossielvrij staal. Volvo zal het eerste autobedrijf zijn dat groen staal test en gebruikt in een conceptauto. De commerciële productie van groen staal is gepland om in 2026 te beginnen.

Groene versus blauwe waterstof.

Groene waterstof wordt gemaakt door elektrolyse van water, maar dit is inefficiënt. volgens Musk, is de hoeveelheid benodigde energie - elektriciteit die idealiter groen zou moeten zijn plus energie om de waterstof te comprimeren en vloeibaar te maken - onthutsend.

Blauwe waterstof is een alternatieve vorm gemaakt van methaangas. 99% van de tegenwoordig geproduceerde waterstof is blauwe waterstof omdat het veel goedkoper is dan groene waterstof. Maar het is een verkeerd uitgangspunt wanneer het wordt aangeboden als een koolstofvrije oplossing voor brandstof of energieopslag.

Methaangas wordt gebruikt als grondstof bij het maken van blauwe waterstof. Methaan is afkomstig van het boren en fracken van gas- of oliebronnen, waar het affakkelen van gas en methaanlekken in putten en pijpleidingen aanzienlijk kunnen bijdragen aan de opwarming van de aarde. Dus één koolzuurhoudende fossiele energie wordt gebruikt om een ​​koolstofvrije waterstof te produceren uit energie.

Maar het is niet bepaald koolstofvrij, aangezien de chemische afbraak van methaan leidt tot waterstof en een bijproduct, CO2, dat zelf een belangrijk broeikasgas (BKG) is dat moet worden verwijderd.

Tussen deze twee minpunten ligt een koolstofvrije brandstof die brandt om alleen water te produceren. Een manier om het proces te verbeteren is door de methaangrondstof te halen uit biogasbronnen zoals stortplaatsen of koeienmest.

Waterstof is draagbaar.

Het Internationaal Energie Agentschap (IEA) wees op een ander voordeel van waterstofopslag. Het is compact als een vloeistof en kan met zorg over lange afstanden worden vervoerd. Landen als Australië met grote bronnen van hernieuwbare energie uit zonne- en windenergie zouden bijvoorbeeld waterstof kunnen produceren door middel van elektrolyse en dit per tankwagen naar energiearme steden in Zuidoost-Azië kunnen transporteren.

Waterstofproductie in New Mexico

BayoTech is een bedrijf dat: produceert daadwerkelijk waterstofbrandstof in Nieuw-Mexico. De BayoGas Hub claimt een kleinere en efficiëntere generator die waterstof goedkoper en met een lagere ecologische voetafdruk maakt dan grote gecentraliseerde fabrieken die waterstof leveren aan chemische producenten en raffinaderijen.

Grondstoffen kunnen schoon aardgas zijn of andere hernieuwbare biogasbronnen die waterstof kunnen maken die koolstofnegatief is.

In 2022 worden in de VS drie waterstofhubs in gebruik genomen, met plannen om het netwerk uit te breiden naar het VK en wereldwijd. Elk van de waterstofhubs in het netwerk van BayoTech produceert elke dag 1-5 ton waterstof. Waterstof wordt lokaal aangevoerd in hogedruktransporttrailers met gasflessen.

Voor hun plannen voor massavervoer beschikt de stad Champaign-Urbana in Illinois over een groeiende vloot van hybride en waterstof-brandstofcel elektrische bussen. De stad zette in 2021 twee waterstof-brandstofcelbussen in.

Voordat de on-site waterstofgenerator werd voltooid. BayoTech werd ingeschakeld om te voorzien in: draagbare waterstof in hogedruktransportwagens, die de brandstofcellen laadden zodat medewerkers de bussen konden testen.

Volgens BayoTech presteren waterstof-brandstofcelbussen even goed als conventionele dieselbussen, maar met nul uitstoot van broeikasgassen. Voordelen ten opzichte van door batterijen aangedreven elektromotoren zijn onder meer een actieradius van 300 kilometer, een tanktijd van slechts 10 minuten en tankstations die plaats bieden aan maximaal 100 bussen.

Het is opmerkelijk dat een groot deel van het geld - $ 8 miljard - in de Infrastructuurwet van 2021 is gereserveerd voor het opzetten van schone waterstofhubs, minimaal vier van hen, verspreid over de VS.

BP's waterstofvisie in Teesside, VK.

In 2020 heeft bp zichzelf opnieuw uitgevonden als een geïntegreerd bedrijf, zoals samengevat in de Energy Outlook 2020.

Hun nieuwste duurzame onderneming is Teesside-waterstof, verwijzend naar een industrieel centrum aan de noordoostkust van Engeland.

De visie is voor Teesside om een ​​belangrijke waterstofhub te worden voor transport in de luchtvaart, scheepvaart en zware vrachtwagens – allemaal sectoren waar het moeilijk is om batterijstroom te gebruiken. Maar het concept zou ook energie omvatten voor moeilijk te verminderen industrieën zoals de cement- en staalproductie.

Het originele plan, genaamd H2Teesside, zou genereren blauwe waterstof door ontleding van methaan, CH4, terwijl het bijproduct van CO2 zou worden opgevangen en begraven onder de oceaan door een proces dat CCS wordt genoemd.

De recente toevoeging van HyGreen zou water elektrolyseren tot: groene waterstof en zuurstof. Dit is duurder vanwege de kosten van elektrolyse en schone elektriciteit als die wordt gebruikt.

Bp heeft ondertekende een overeenkomst met Dai
DAI
mler Truck om de infrastructuur te starten die nodig is voor brandstofcel-vrachtwagens op waterstof in het VK.

De Teesside-projecten van bp sluiten aan bij de doelstellingen van de Britse regering. Gecombineerd zouden HyGreen en H2Teesside 1.5 GW aan waterstofproductie kunnen genereren en 30% van het overheidsdoel van 5 GW tegen 2030 kunnen leveren.

Afhaalrestaurants.

Er zijn twee grote nadelen die de voordelen van blauwe waterstof belemmeren en een aanzienlijke ecologische voetafdruk achterlaten. Groene waterstof is op dit moment te duur.

Think Rystad Energy, zal een betaalbare en groenere waterstofbrandstofindustrie, die nu duur is, too little too late zijn. Tegen 2050 zal slechts 7% van de wereldwijde energie waterstof zijn om een ​​niche-industrie te bedienen voor het voeden van luchtvaart, scheepvaart en metaal- en chemische fabrieken.

Ondanks Rystads beperkte prognoses voor de toekomst van waterstof en Elon Musks veroordeling van waterstof als opslagplaats voor energie, lijkt het erop dat waterstof een actieve rol zal spelen bij de opslag van energie.

Kleinschalige en grootschalige waterstofprojecten bevinden zich in de planningsfase of zijn al actief, en verdere innovatie zal de waarde van waterstof versterken als een nichecomponent van een koolstofarme toekomst.