Hvordan fallende solkostnader har fornyet håp om rent hydrogen

Voestalpines H2FUTURE grønne hydrogenanlegg i Linz, Østerrike. Voestalpine

Verden satser i økende grad på grønt hydrogendrivstoff for å fylle noen av de kritiske manglende brikkene i puslespillet med ren energi.

Den amerikanske presidentkandidaten Joe Bidens klimaplan krever et forskningsprogram for produsere en ren form av gassen som er billig nok til å drive kraftverk innen et tiår. På samme måte Japan, Sør-Korea, Australia, New Zealand og EU har alle publisert hydrogenveikart som er avhengige av det for å akselerere drivhusgassreduksjoner i kraft-, transport- eller industrisektoren. I mellomtiden et økende antall selskaper rundt om i verden bygger stadig større grønne hydrogenplanter , eller utforske potensialet å produsere stål , skape karbonnøytralt flydrivstoff , eller gi en reservestrømkilde for serverfarmer .

Attraksjonen er åpenbar: hydrogen, det mest tallrike grunnstoffet i universet, kan gi drivstoff til kjøretøyene våre, drive elektrisitetsanleggene våre og gi en måte å lagre fornybar energi på uten å pumpe ut karbondioksidet som driver klimaendringene eller andre forurensninger (det eneste biproduktet fra biler og lastebiler er vann). Men mens forskere har utbasunert løftet om en hydrogenøkonomi i flere tiår , det har knapt gjort et innhugg i etterspørselen etter fossilt brensel, og nesten alt produseres fortsatt gjennom en karbonforurensende prosess som involverer naturgass.

Den store visjonen om hydrogenøkonomien har blitt holdt tilbake av de høye kostnadene ved å lage en ren versjon, de enorme investeringene i kjøretøy, maskiner og rør som kan kreves for å ta den i bruk, og fremgang i konkurrerende energilagringsalternativer som batterier.

Så hva er det som driver den fornyede interessen?

For det første er økonomien i rask endring. Vi kan produsere hydrogen direkte ved å spalte vann, i en prosess kjent som elektrolyse, men det har vært uoverkommelig dyrt i stor grad fordi det krever mye elektrisitet. Ettersom prisen på sol- og vindkraft fortsetter å synke raskt, vil det imidlertid begynne å se langt mer gjennomførbart ut.

Samtidig, ettersom flere nasjoner gjør den harde regnestykket for hvordan de skal nå sine aggressive utslippsmål i de kommende tiårene, virker en grønn form for hydrogen i økende grad avgjørende, sier Joan Ogden, direktør for programmet for bærekraftig transportenergi ved University of California, Davis. Det er et fleksibelt verktøy som kan bidra til å rydde opp i en rekke sektorer der vi fortsatt ikke har rimelige og klare løsninger, som luftfart , Shipping , gjødselproduksjon og langvarig energilagring for strømnettet.

Fallende kostnader for fornybar energi

Foreløpig er imidlertid rent hydrogen alt for dyrt i de fleste situasjoner. En fersk artikkel fant at å stole på solenergi for å drive elektrolysatorene som deler vann kan kjøre seks ganger høyere enn naturgassprosessen, kjent som damp metan reforming.

Det er nok av energieksperter som hevder at de ekstra kostnadene og kompleksiteten ved å produsere, lagre og bruke en ren versjon betyr at den aldri virkelig vil ta av utover marginale brukstilfeller.

Men den gode nyheten er at elektrisitet i seg selv utgjør en stor del av kostnadene – oppover 60 % eller mer – og igjen faller kostnadene for fornybar energi raskt. I mellomtiden, kostnadene for elektrolysatorer selv er prosjektert å avta bratt ettersom produsenter skalerer opp produksjonen , og ulike forskningsgrupper utvikles avanserte versjoner av teknologien .

En Nature Energy-artikkel tidlig i fjor fant at hvis markedstrendene fortsetter, grønt hydrogen kan være økonomisk konkurransedyktig i industriell skala innen et tiår . Tilsvarende anslår Det internasjonale energibyrået at kostnadene ved rent hydrogen vil falle 30 % innen 2030 .

Voestalpines H2FUTURE grønne hydrogenanlegg i Linz, Østerrike.

VOESTALPINE

Grønt hydrogen kan allerede være nesten rimelig noen steder der perioder med overflødig fornybar produksjon reduserer elektrisitetskostnadene til nesten null. I et forskningsnotat forrige måned skrev Morgan Stanley-analytikere at lokalisering av grønne hydrogenanlegg ved siden av store vindparker i det amerikanske Midtvesten og Texas kan gjøre drivstoffkostnaden konkurransedyktig innen to år .

TIL juni studie fra US National Renewable Energy Laboratory fant at det kan være nærmere midten av århundret før hydrogen er den rimeligste teknologien for langvarig lagring på nettet. Men ettersom varierende fornybar energi som sol og vind blir den dominerende kilden til elektrisitet, vil forsyningsselskaper måtte lagre nok energi til å holde nettet pålitelig i drift, ikke bare i noen få timer, men i dager og til og med uker i visse måneder når disse ressursene flagger.

Hydrogen skinner i det scenariet sammenlignet med andre lagringsteknologier, fordi det er relativt billig å legge til kapasitet, sier Joshua Eichman, senior forskningsingeniør ved laboratoriet og medforfatter av studien. For å øke hvor lang tid batteriene kan levere strøm pålitelig, må du stable flere og flere av dem, multiplisere kostnadene for hver dyre komponent i dem. Med hydrogen trenger du bare å bygge en større tank, eller bruke en dypere underjordisk hule, sier han.

Ta hydrogen i bruk

For at hydrogen skal erstatte karbonutslippsdrivstoff fullt ut, må vi overhale infrastrukturen vår for å distribuere, lagre og bruke den. Vi må produsere kjøretøy og skip med brenselceller som konverterer hydrogen til elektrisitet, samt bensinstasjoner langs havner og veier. Og vi må stable brenselceller eller bygge eller ettermontering kraftverk for å bruke drivstoffet til å drive nettet direkte.

Alt dette vil ta mye tid og penger.

Men det er et annet scenario som omgår, eller forsinker, mye av denne infrastrukturoverhalingen. Når du først har hydrogen, er det relativt enkelt å kombinere det med karbonmonoksid for å produsere syntetiske versjoner av drivstoffet som allerede driver våre biler, lastebiler, skip og fly. Den industrielle prosessen for å gjøre det er et århundre gammel og har blitt brukt til forskjellige tider av petroleumsbundne nasjoner for å lage drivstoff fra kull eller naturgass.

Carbon Engineerings pilotanlegg i Squamish, British Columbia.

KARBONTEKNIK

Carbon Engineering, basert i Squamish, British Columbia, utvikler anlegg som fanger opp karbondioksid fra luften. Selskapet planlegger å kombinere det med karbonfritt hydrogen for å lage syntetisk drivstoff. Tanken er at drivstoffet skal være karbonnøytralt, og ikke slippe ut mer karbondioksid enn det som ble fjernet eller produsert i prosessen.

I en presentasjon på en Codex-konferanse sent i fjor , Carbon Engineering-gründer og Harvard-professor David Keith sa at fallende solenergipriser burde gjøre dem i stand til å bringe luft-til-drivstoff til markedet for rundt $1 per liter (rundt $4 per gallon) på midten av 2020-tallet – og at prisen vil fortsette å falle derfra.

Den store nyheten her er at dette kan gjøres med råvaremaskinvare som snart starter, sa han. Du kan komme til noe sånt som en million fat per dag med luft-til-drivstoff syntetisk hydrokarbonkapasitet, tror jeg, like etter 2030, og etter det er det ingen åpenbar skaleringsgrense.

Faktisk gir prosessen en måte å konvertere flyktig, fluktuerende solenergi til permanent lagringsbart drivstoff som kan fylle tankene til alle våre maskiner. Dette handler om en energivei for å … håndtere intermittensproblemet og håndtere det på en måte som lar deg forsyne deg med behov for høy energitetthet rundt om i verden; lar deg fly fly over Nord-Atlanteren, sa Keith.

gjemme seg