האם אילון מאסק צודק או טועה לבטל שימוש במימן לאחסון אנרגיה דלת פחמן?

ההקשר הוא מעבר מאנרגיה מאובנים לאנרגיה מתחדשת. היבט מרכזי אחד של זה הוא הובלה באמצעות רכבי בנזין או דיזל והמעבר שלו למנועים חשמליים המונעים על ידי סוללות או מימן. תעשיית הדלקים המאובנים צריכה להיות מודאגת מהיעילות והעלות של תחבורה בת קיימא, כי זה יקבע את מהירות המעבר שישפיע ככל הנראה על הירידה בייצור הנפט ואולי על תעשיית הנפט והגז עצמה.

אילון מאסק יודע סוללות. הוא בונה אותם: כדי להניע מכוניות ומשאיות, במאחז אחד, להמותות בקנה מידה רשת שאוגרות ומייצבות חשמל למאות בתים ומפעלים מסחריים, בקצה השני.

בשבוע שעבר, 12 במאי 2022, אמר מאסק מימן "הוא הדבר הכי מטופש שיכולתי לדמיין לאחסון אנרגיה." זו לא הפעם הראשונה, שכן מאסק השמיע הערות שליליות דומות בשנים האחרונות. לפני כמה שנים, מאסק אמר לכתבים שתאי דלק מימן הם "טיפשיים ביותר".

הערת אחסון המימן המטופשת הייתה הצהרה גורפת. האם מאסק התכוון לאחסון חשמל בקנה מידה רשת? או לאחסון בכלי רכב חשמליים - רכבים חשמליים כמו מכוניות משאיות ואוטובוסים? או שניהם?

בואו נסתכל לעומק על יישומים של אנרגיית מימן ותפקידה באחסון חשמל בניגוד לסוללות.

אחסון מימן בקנה מידה רשת.

ממבט ראשון, נראה שמאסק דיבר על אחסון חשמל בקנה מידה של רשתות, כי הוא דיבר על מיכלים ענקיים של דלק מימן נוזלי או גזי שיהיה צורך לאגירת מימן. דו"ח נוסף תומך בכך.

אבל אל תשכח את הסוללות הגדולות של טסלה
TSLA
בנייה בקנה מידה רשת הם גם ענקיים. בזמנו, ה הסוללה הגדולה בעולם נבנה על ידי טסלה בשנת 2017, בהורנסדייל, אוסטרליה כדי לאחסן 100 מגה וואט (MW) של חשמל. בשנת 2020 הוא שודרג ל-150 MW.

הסוללה אוגרת ומייצבת כוח מחוות רוח שמייצרות חשמל בדרום אוסטרליה כמעט ללא פחמן. הסוללה יכולה להפעיל 8,000 בתים למשך 24 שעות או יותר מ-30,000 בתים למשך שעה אחת.

אבל מאסק אולי דיבר על מימן כמקור כוח במכוניות ומשאיות...

אנרגיית מימן לרכבי רכב ומשאיות.

ללא ספק מקור הכוח הנפוץ ביותר עבור EV הוא חשמל המאוחסן בסוללות.

אבל ניתן לקבל חשמל מתא דלק כימי שבו מימן מגיב עם חמצן בתא דמוי סוללה כדי לייצר חשמל ומים. קיימים סוגים רבים ושונים של תאי דלק. אבל מימן הוא דליק ועלול לגרום לשריפות או פיצוצים. תא דלק יכול להיות מסוכן, במיוחד אם רכב חשמלי מתרסק.

לתאי דלק מימן יתרונות מסוימים: (1) צפיפות אחסון אנרגיה גדולה בהרבה מסוללות ליתיום-יון, (2) טווח נסיעה גדול יותר, (3) קל יותר ותופס פחות מקום, ו-4) זמן טעינה קצר בהרבה.

בתגובת טוויטר מביכה, ב-1 באפריל השנה, הודיע ​​מאסק שהוא יציג מכוניות טסלה שמשתמשות בתאי דלק מימן. נראה שזו בדיחה חכמה של אחד באפריל.

היתרונות והחסרונות החיוניים של סוללות EV לעומת תאי דלק מימן תועדו. הנה תקציר:

"מצבר לרכב מודרני יכול לאחסן 250 וואט-שעה של אנרגיה עבור כל קילוגרם של ליתיום-יון. לקילוגרם של מימן, בינתיים, יש 33,200 מאותם וואט-שעה לקילו. לא, זו לא טעות. כן, מימן צפוף באנרגיה יותר מפי 100 מאשר סוללת ליתיום.

"רכבים חשמליים המונעים באמצעות סוללה הם יעילים בצורה פנומנלית. בהתאם לדגם, הם יכולים להתהדר ביעילות של בין 70 ל-80 אחוזים. לשם השוואה, רכב חשמלי המופעל באמצעות תאי דלק מימן (FCEV) הוא חסכני באופן חיובי, עם יעילות כוללת של איפשהו בסביבות 30 עד 35 אחוז... העובדה נשארת שהמרת חשמל למימן רק כדי להמיר אותו בחזרה לעולם לא תהיה יעיל כמו הזנה ישירה של סוללה."

לפי דוח זה, זמן התדלוק הקצר יותר הוא מה שחוסך תאי דלק מימן. עמדות הטעינה הנוכחיות דורשות כ-6 שעות כדי לתדלק סמי טריילר מונע בסוללות לטווח של 500 מייל. אבל לטויוטה וקנוורת' כבר יש סמיטריילרים למימן שניתן לתדלק תוך 15 דקות. זהו מחליף משחק עבור הובלות ארוכות אפס פחמן.

משאיות מימן של Hyzon.

למרות שסוללות ליתיום-יון הן השוק המסחרי עבור נוסעים ומכוניות חשמליות קלות אחרות, כוח המימן נבדק עבור הובלה ארוכת טווח עם מערכת הנעה קלה יותר.

Hyzon Motors היא חברה ברוצ'סטר, ניו יורק, כי מפתחת תאי דלק ובונה משאיות. לאחר מחקר של 20 שנה, הייזון הגיעה עם ערימות תאי דלק בעלות ההספק הגבוה ביותר בעולם, משקלן קל יותר בכמחצית, והן זול יותר בחצי.

משאיות פיילוט היו צפויות להיות על הכביש עד השנה, 2022. עבור המשאית הקטנה ביותר, ניתן לאחסן 5 גלילי מימן על מתלה בודד. גרסה שנייה מיועדת להחזיק 10 גלילי מימן לנסיעות ארוכות יותר.

צרכים אחרים לדלק מימן.

במעבר הרחק מאנרגיות מאובנים לאנרגיה מתחדשת, קיימים סקטורים כביכול קשים להפחתה שלא ניתן לחשמל בקלות לשימוש בחשמל ירוק.

כמו גם משאיות לטווח ארוך, מטוסים וספינות הם מקרים שבהם הסוללות יהיו גדולות מדי או כבדות מדי לנשיאה. מימן מכיל בערך פי שלושה מהאנרגיה לק"ג סולר או בנזין.

תנורי פחם תעשייתיים חמים מדי או יקרים מכדי להתחמם על ידי חשמל ירוק. במקום פחם, נפט או גז טבעי, מימן יכול לעבוד כדלק כדי לספק את החום העצום הדרוש בתנורי פיצוץ ליצור פלדה ירוקה. יצרנית הפלדה השוודית SSAB AB משתפת פעולה עם Volvo Cars כדי לפתח פלדה נטולת מאובנים. וולוו תהיה חברת הרכב הראשונה שתבחן ומשתמשת בפלדה ירוקה במכונית קונספט. ייצור מסחרי של פלדה ירוקה מתוכנן להתחיל ב-2026.

מימן ירוק מול כחול.

מימן ירוק נוצר על ידי אלקטרוליזה של מים אבל זה לא יעיל. לפי מאסק, כמות האנרגיה הנדרשת - חשמל שבאופן אידיאלי צריך להיות ירוק בתוספת אנרגיה כדי לדחוס ולנוזל את המימן - מדהימה.

מימן כחול הוא צורה חלופית העשויה מגז מתאן. 99% מהמימן המיוצר כיום הוא מימן כחול מכיוון שהוא זול בהרבה ממימן ירוק. אבל זו הנחת יסוד שגויה כאשר מוצעת כפתרון נטול פחמן לאחסון דלק או אנרגיה.

גז מתאן משמש כחומר הזנה בתהליך הכנת מימן כחול. מתאן מגיע מקידוח ופירוק של בארות גז או נפט, שבהן התלקחות גז ודליפות מתאן בבארות ובצנרת יכולות להוסיף משמעותית להתחממות הגלובלית. אז, אנרגיה מאובנים מוגז אחד משמשת להפקת מימן נטול פחמן מאנרגיה.

אבל זה לא בדיוק נטול פחמן מכיוון שהפירוק הכימי של מתאן מוביל למימן ולתוצר דו-תוצר, CO2, שהוא בעצמו גז חממה עיקרי (GHG) שיש להיפטר ממנו.

בין שני השליליים הללו מסתתר דלק נטול פחמן שנשרף כדי לייצר רק מים. דרך אחת שניתן לשפר את התהליך היא השגת חומרי הזנה של מתאן ממקורות ביו-גז כמו מזבלות או זבל פרות, למשל.

מימן הוא נייד.

סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA) הצביע על יתרון נוסף של אחסון מימן. הוא קומפקטי כנוזל וניתן לשינוע בזהירות למרחקים ארוכים. לדוגמה, מדינות כמו אוסטרליה עם מקורות גדולים של אנרגיה מתחדשת סולרית ורוח יכולות לייצר מימן על ידי אלקטרוליזה ולהעביר אותו במכלית לערים מורעבות אנרגיה בדרום מזרח אסיה.

ייצור מימן בניו מקסיקו

BayoTech היא חברה ש למעשה מייצר דלק מימן בניו מקסיקו. ה-BayoGas Hub טוען לגנרטור קטן ויעיל יותר שהופך את המימן לזול יותר ועם טביעת רגל פחמנית נמוכה יותר מאשר מפעלים מרכזיים גדולים המספקים מימן ליצרני כימיקלים ובתי זיקוק.

חומרי הזנה יכולים להיות גז טבעי נקי או מקורות ביו-גז מתחדשים אחרים שיכולים לייצר מימן שלילי לפחמן.

שלוש רכזות מימן נפרסות בארה"ב בשנת 2022, עם תוכניות להרחיב את הרשת לבריטניה ולעולם כולו. כל אחד ממרכזי המימן ברשת של BayoTech מייצר 1-5 טון מימן בכל יום. מימן מסופק באופן מקומי בקרון הובלה בלחץ גבוה הנושאים בלוני גז.

עבור תוכניות התחבורה ההמונית שלהם, לעיר שמפיין-אורבנה באילינוי יש צי הולך וגדל של אוטובוסים חשמליים היברידיים ותאי דלק מימן. העירייה פרסה שני אוטובוסים של תאי דלק מימן ב-2021.

לפני השלמת מחולל המימן באתר. BayoTech נקרא לספק מימן נייד במשאיות הובלה בלחץ גבוה, שהטעינו את תאי הדלק כדי שהעובדים יוכלו לבדוק את האוטובוסים.

לפי BayoTech, אוטובוסים של תאי דלק מימן מתפקדים כמו אוטובוסים דיזל קונבנציונליים אך עם אפס פליטת גזי חממה. היתרונות על פני מנועים חשמליים מונעי סוללה כוללים טווח של 300 מייל, זמן תדלוק של 10 דקות בלבד ותחנות תדלוק שיכולות להכיל עד 100 אוטובוסים.

ראוי לציין שחלק גדול של כסף - 8 מיליארד דולר - יועד בחוק התשתיות של 2021 להקמת ניקיון רכזות מימן, לפחות ארבעה מהם, ברחבי ארה"ב.

חזון המימן של BP ב-Teesside, בריטניה.

בשנת 2020, bp המציאה את עצמה מחדש כחברה משולבת כפי שמסוכם ב-Energy Outlook 2020 שלה.

המיזם המתחדש האחרון שלהם הוא Teesside hydrogen, המתייחס למרכז תעשייתי בחוף הצפון מזרחי של אנגליה.

אל האני החזון הוא עבור Teesside להפוך למרכז מימן מרכזי לתחבורה בתעופה, בספנות ובמשאיות כבדות - כל המגזרים שבהם קשה להשתמש בכוח הסוללה. אבל הקונספט יכלול גם כוח לתעשיות שקשה להפסיק אותן כמו ייצור מלט ופלדה.

התוכנית המקורית, שנקרא H2Teesside, היה אמור ליצור מימן כחול על ידי פירוק מתאן, CH4, בעוד התוצר הדו-תוצר של CO2 ייתפס וייקבר מתחת לאוקיינוס ​​על ידי תהליך שנקרא CCS.

התוספת האחרונה של HyGreen תעביר אלקטרוליזה של מים מימן ירוק וחמצן. זה יקר יותר בגלל העלות של אלקטרוליזה וחשמל נקי אם נעשה בו שימוש.

ל-Bp יש חתם על הבנה עם דאי
DAI
mler Truck ליזום את התשתית הנדרשת עבור משאיות מימן תאי דלק בבריטניה.

הפרויקטים של Teesside של bp משתלבים במטרות של ממשלת בריטניה. יחד, HyGreen ו-H2Teesside יוכלו לייצר 1.5 GW של ייצור מימן ולספק 30% מהיעד הממשלתי של 5 GW עד 2030.

טייק אוויי.

ישנם שני שליליים גדולים שפוגעים ביתרונות של מימן כחול ומשאירים לו טביעת רגל פחמנית משמעותית. מימן ירוק יקר מדי כרגע.

לפי Rystad Energy, תעשיית דלק מימן זולה וירוקה יותר, שהיא כעת יקרה, תהיה מעט מדי ומאוחר מדי. עד שנת 2050, רק 7% מהאנרגיה העולמית יהיו מימן כדי לשרת תעשיית נישה לתדלוק תעופה, ספנות ומפעלי מתכות וכימיקלים.

למרות התחזיות המצומצמות של Rystad לעתיד המימן, וגינוי של אילון מאסק למימן כמחסן לאנרגיה, נראה שמימן ישחק תפקיד פעיל באחסון אנרגיה.

פרויקטים של מימן בקנה מידה קטן וגדול נמצאים בשלבי תכנון, או כבר פועלים, וחדשנות נוספת תבצר את ערכו של המימן כמרכיב נישה של עתיד דל פחמן.