Hoe dalende zonnekosten de hoop op schone waterstof hebben doen hernieuwen

Voestalpine's H2FUTURE groene waterstoffabriek in Linz, Oostenrijk. Voestalpine

De wereld rekent steeds meer op groene waterstofbrandstof om enkele van de cruciale ontbrekende stukjes in de puzzel van schone energie op te vullen.

Het klimaatplan van de Amerikaanse presidentskandidaat Joe Biden roept op tot een onderzoeksprogramma om een schone vorm van het gas produceren dat is goedkoop genoeg om binnen tien jaar energiecentrales van brandstof te voorzien. Evenzo, Japan, Zuid-Korea, Australië, Nieuw-Zeeland en de Europese Unie hebben alle waterstof-roadmaps gepubliceerd die erop vertrouwen om de reductie van broeikasgassen in de energie-, transport- of industriële sectoren te versnellen. Ondertussen groeit een groeiend aantal bedrijven over de hele wereld Zijn aan het bouwen steeds groter groene waterstofinstallaties , of het verkennen van het potentieel ervan staal produceren , creëren koolstofneutrale vliegtuigbrandstof , of bieden een back-upstroombron voor serverfarms .

De aantrekkingskracht is duidelijk: waterstof, het meest voorkomende element in het universum, zou onze voertuigen van brandstof kunnen voorzien, onze elektriciteitscentrales van stroom kunnen voorzien en een manier kunnen bieden om hernieuwbare energie op te slaan zonder de koolstofdioxide die klimaatverandering of andere verontreinigende stoffen veroorzaakt weg te pompen (het enige bijproduct van auto's en vrachtwagens is water). Maar terwijl onderzoekers de belofte van een waterstofeconomie hebben aangeprezen al decenia , het heeft nauwelijks een deuk gemaakt in de vraag naar fossiele brandstoffen, en bijna alles wordt nog steeds geproduceerd via een koolstofvervuilend proces waarbij aardgas betrokken is.

De grootse visie van de waterstofeconomie werd tegengehouden door de hoge kosten van het maken van een schone versie, de enorme investeringen in voertuigen, machines en leidingen die nodig zouden kunnen zijn om het in gebruik te nemen, en de vooruitgang in concurrerende alternatieven voor energieopslag, zoals batterijen.

Dus wat drijft de hernieuwde interesse?

Om te beginnen verandert de economie snel. We kunnen waterstof direct produceren door simpelweg water te splitsen, in een proces dat bekend staat als elektrolyse, maar het was voor een groot deel onbetaalbaar omdat er veel elektriciteit voor nodig is. Aangezien de prijs van zonne- en windenergie echter snel blijft dalen, zal het er veel haalbaarder uitzien.

Tegelijkertijd, naarmate meer landen de harde wiskunde doen over hoe ze hun agressieve emissiedoelstellingen in de komende decennia kunnen bereiken, lijkt een groene vorm van waterstof steeds belangrijker te worden, zegt Joan Ogden, directeur van het Sustainable Transport Energy Path-programma aan de Universiteit van Californië, Davis. Het is een flexibele tool die kan helpen bij het opruimen van een reeks sectoren waar we nog steeds geen betaalbare en kant-en-klare oplossingen hebben, zoals luchtvaart , Verzenden , kunstmestproductie en langdurige energieopslag voor het elektriciteitsnet.

Dalende kosten voor hernieuwbare energie

Voorlopig is schone waterstof echter in de meeste situaties veel te duur. Een recent artikel ontdekte dat het vertrouwen op zonne-energie om de elektrolysers te laten werken die water splitsen kan zes keer hoger lopen dan het aardgasproces, bekend als stoommethaanreforming.

Er zijn genoeg van energie experts die beweren dat de extra kosten en complexiteit van het produceren, opslaan en gebruiken van een schone versie betekent dat het nooit echt verder zal stijgen dan marginale gebruiksgevallen.

Maar het goede nieuws is dat elektriciteit zelf een groot deel van de kosten uitmaakt - meer dan 60% of meer - en nogmaals, de kosten van hernieuwbare energiebronnen dalen snel. Ondertussen zijn de kosten van elektrolyzers zelf worden geprojecteerd sterk dalen als fabrikanten de productie opschalen , en verschillende onderzoeksgroepen ontwikkelen geavanceerde versies van de technologie .

Een Nature Energy-paper begin vorig jaar ontdekte dat als de markttrends doorzetten, groene waterstof binnen tien jaar economisch concurrerend kunnen zijn op industriële schaal . Evenzo projecteert het Internationaal Energieagentschap dat de kosten van schone waterstof zal tegen 2030 met 30% dalen .

Voestalpine's H2FUTURE groene waterstoffabriek in Linz, Oostenrijk.

VOESTALPINE

Groene waterstof is misschien al bijna betaalbaar op sommige plaatsen waar perioden van overmatige opwekking van hernieuwbare energie de kosten van elektriciteit tot bijna nul doen dalen. In een onderzoeksnota vorige maand schreven analisten van Morgan Stanley dat het plaatsen van groene waterstoffaciliteiten naast grote windparken in het middenwesten van de VS en Texas maak de brandstofkosten binnen twee jaar concurrerend; .

NAAR juni studie van het Amerikaanse National Renewable Energy Laboratory ontdekte dat het misschien dichter bij het midden van de eeuw zal zijn voordat waterstof de meest betaalbare technologie is voor langdurige opslag op het net. Maar aangezien fluctuerende hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie de dominante bron van elektriciteit worden, zullen nutsbedrijven voldoende energie moeten opslaan om het net betrouwbaar te laten werken, niet alleen voor een paar uur, maar voor dagen en zelfs weken gedurende bepaalde maanden wanneer die bronnen opvallen.

Waterstof schittert in dat scenario in vergelijking met andere opslagtechnologieën, omdat het toevoegen van capaciteit relatief goedkoop is, zegt Joshua Eichman, senior research engineer bij het lab en co-auteur van het onderzoek. Om de tijdsduur te verlengen dat batterijen betrouwbaar elektriciteit kunnen leveren, moet u er steeds meer van stapelen, waardoor de kosten van elk prijzig onderdeel ervan vermenigvuldigen. Met waterstof moet je gewoon een grotere tank bouwen of een diepere ondergrondse grot gebruiken, zegt hij.

Waterstof gebruiken

Om waterstof volledig te laten vervangen door koolstof-emitterende brandstoffen, moeten we onze infrastructuur herzien om het te distribueren, op te slaan en te gebruiken. We zouden voertuigen en schepen moeten maken met brandstofcellen die waterstof omzetten in elektriciteit, evenals tankstations langs havens en wegen. En we moeten brandstofcellen opstapelen of bouwen of retrofit energiecentrales om de brandstof te gebruiken om het net rechtstreeks van stroom te voorzien.

Dit alles zal veel tijd en geld kosten.

Maar er is nog een ander scenario dat een groot deel van deze revisie van de infrastructuur omzeilt of vertraagt. Als je eenmaal waterstof hebt, is het relatief eenvoudig om het te combineren met koolmonoxide om synthetische versies te produceren van de brandstoffen die al onze auto's, vrachtwagens, schepen en vliegtuigen aandrijven. Het industriële proces om dit te doen is een eeuw oud en is op verschillende tijdstippen gebruikt door landen met een olietekort om brandstoffen te maken uit steenkool of aardgas.

De proeffabriek van Carbon Engineering in Squamish, British Columbia.

KOOLSTOFTECHNIEK

Carbon Engineering, gevestigd in Squamish, British Columbia, ontwikkelt faciliteiten die koolstofdioxide uit de lucht halen. Het bedrijf is van plan het te combineren met koolstofvrije waterstof om synthetische brandstoffen te maken. Het idee is dat de brandstof CO2-neutraal zal zijn en niet meer koolstofdioxide zal uitstoten dan tijdens het proces is verwijderd of geproduceerd.

In een presentatie op een Codex-conferentie eind vorig jaar , Carbon Engineering-oprichter en Harvard-professor David Keith zei dat de dalende prijzen voor zonne-energie hen in staat zouden moeten stellen om lucht-naar-brandstoffen op de markt te brengen voor ongeveer $ 1 per liter (ongeveer $ 4 per gallon) in het midden van de jaren 2020 - en dat de prijs zal blijven stijgen val daar vandaan.

Het grote nieuws hier is dat dit kan worden gedaan met standaard hardware die binnenkort begint, zei hij. Je zou zo'n miljoen vaten per dag aan synthetische koolwaterstofcapaciteit van lucht naar brandstof kunnen halen, denk ik, kort na 2030, en daarna is er geen duidelijke schaallimiet.

In feite biedt het proces een manier om vluchtige, fluctuerende zonne-energie om te zetten in permanent op te slaan brandstoffen die de tanks van al onze machines kunnen vullen. Dit gaat over een energiepad om … het intermitterende probleem aan te pakken en ermee om te gaan op een manier die je in staat stelt om de behoeften van hoge energiedichtheid over de hele wereld te voeden; stelt je in staat om vliegtuigen over de Noord-Atlantische Oceaan te laten vliegen, zei Keith.

zich verstoppen