Hvordan faldende solomkostninger har fornyet håb om rent brint

Voestalpines H2FUTURE grønne brintfabrik i Linz, Østrig. Voestalpine

Verden satser i stigende grad på grønt brintbrændstof for at fylde nogle af de kritiske manglende brikker i ren-energi-puslespillet.

Den amerikanske præsidentkandidat Joe Bidens klimaplan kræver et forskningsprogram til producere en ren form af gassen det er billigt nok til at brænde kraftværker inden for et årti. Ligeledes Japan, Sydkorea, Australien, New Zealand og EU har alle offentliggjort brintkøreplaner der er afhængige af det for at fremskynde drivhusgasreduktioner i el-, transport- eller industrisektoren. I mellemtiden et voksende antal virksomheder rundt om i verden bygger stadig større grønne brintplanter eller udforske dets potentiale at fremstille stål , skab kulstofneutralt flybrændstof , eller give en backup strømkilde til serverfarme .

Attraktionen er indlysende: brint, det mest udbredte grundstof i universet, kunne brænde vores køretøjer, drive vores elektricitetsværker og give en måde at lagre vedvarende energi på uden at pumpe ud den kuldioxid, der driver klimaændringerne eller andre forurenende stoffer (dets eneste biprodukt fra biler og lastbiler er vand). Men mens forskere har udbasuneret løftet om en brintøkonomi i årtier , det har næppe gjort et indhug i efterspørgslen efter fossile brændstoffer, og næsten alt produceres stadig gennem en kulstofforurenende proces, der involverer naturgas.

Den store vision om brintøkonomien er blevet holdt tilbage af de høje omkostninger ved at skabe en ren version, de massive investeringer i køretøjer, maskiner og rør, der kunne kræves for at tage den i brug, og fremskridt i konkurrerende energilagringsalternativer som batterier.

Så hvad driver den fornyede interesse?

For det første er økonomien under hastig forandring. Vi kan producere brint direkte ved blot at spalte vand i en proces kendt som elektrolyse, men det har i høj grad været uoverkommeligt dyrt, fordi det kræver meget elektricitet. Da prisen på sol- og vindkraft fortsætter med at falde hurtigt, vil det dog begynde at se langt mere gennemførligt ud.

Samtidig, efterhånden som flere nationer regner hårdt ud for, hvordan de kan nå deres aggressive emissionsmål i de kommende årtier, synes en grøn form for brint i stigende grad at være afgørende, siger Joan Ogden, direktør for programmet for bæredygtig transportenergi ved University of Californien, Davis. Det er et fleksibelt værktøj, der kan hjælpe med at rydde op i en række sektorer, hvor vi stadig ikke har overkommelige og klare løsninger, som f.eks. luftfart , Forsendelse , gødningsproduktion og langvarig energilagring til elnettet.

Faldende omkostninger til vedvarende energi

For nu er ren brint dog alt for dyr i de fleste situationer. Et nyligt papir fandt ud af, at man er afhængig af solenergi til at drive elektrolysere, der spalter vand kan køre seks gange højere end naturgasprocessen, kendt som dampmetanreformering.

Der er masser af energieksperter som hævder, at de ekstra omkostninger og kompleksiteten ved at producere, opbevare og bruge en ren version betyder, at den aldrig rigtig vil tage fart ud over marginale use cases.

Men den gode nyhed er, at elektricitet i sig selv udgør en stor del af omkostningerne – op mod 60 % eller mere – og igen falder omkostningerne til vedvarende energi hurtigt. I mellemtiden omkostningerne til elektrolysatorer selv er projekteret at falde stejlt efterhånden som producenter opskalerer produktionen , og forskellige forskningsgrupper udvikles avancerede versioner af teknologien .

Et Nature Energy papir tidligt sidste år fandt, at hvis markedstendenserne fortsætter, grøn brint kunne være økonomisk konkurrencedygtig i industriel skala inden for et årti . Tilsvarende projekterer Det Internationale Energiagentur, at omkostningerne ved ren brint vil falde med 30 % i 2030 .

Voestalpines H2FUTURE grønne brintfabrik i Linz, Østrig.

VOESTALPINE

Grøn brint kan allerede være næsten overkommelig nogle steder, hvor perioder med overskydende vedvarende energi reducerer omkostningerne til elektricitet til næsten nul. I et forskningsnotat i sidste måned skrev Morgan Stanley-analytikere, at placering af grønne brintanlæg ved siden af ​​store vindmølleparker i det amerikanske midtvest og Texas kunne gøre brændstofomkostningerne konkurrencedygtige inden for to år .

TIL juni undersøgelse fra US National Renewable Energy Laboratory fandt, at det kan være tættere på midten af ​​århundredet, før brint er den mest overkommelige teknologi til langtidslagring på nettet. Men da fluktuerende vedvarende energikilder som sol og vind bliver den dominerende kilde til elektricitet, bliver forsyningsselskaber nødt til at gemme nok energi til at holde nettet pålideligt i drift, ikke bare i et par timer, men i dage og endda uger i visse måneder, når disse ressourcer flager.

Hydrogen skinner i det scenarie sammenlignet med andre lagringsteknologier, fordi tilføjelse af kapacitet er relativt billigt, siger Joshua Eichman, en senior forskningsingeniør ved laboratoriet og medforfatter af undersøgelsen. For at forlænge den tid, batterier pålideligt kan levere elektricitet, skal du stable flere og flere af dem op og gange prisen på hver dyre komponent i dem. Med brint skal du bare bygge en større tank eller bruge en dybere underjordisk hule, siger han.

Tager brint i brug

For at brint fuldt ud skal erstatte kulstofemitterende brændstoffer, er vi nødt til at revidere vores infrastruktur for at distribuere, opbevare og bruge det. Vi bliver nødt til at producere køretøjer og skibe med brændselsceller, der omdanner brint til elektricitet, samt tankstationer langs havne og veje. Og vi bliver nødt til at stable brændselsceller eller bygge eller eftermontering kraftværker til at bruge brændstoffet til at drive nettet direkte.

Alt dette vil tage en masse tid og penge.

Men der er et andet scenarie, der omgår eller forsinker meget af denne infrastruktureftersyn. Når først du har brint, er det relativt nemt at kombinere det med kulilte for at producere syntetiske versioner af de brændstoffer, der allerede driver vores biler, lastbiler, skibe og fly. Den industrielle proces til at gøre det er et århundrede gammel og er blevet brugt på forskellige tidspunkter af petroleumsbundne nationer til at fremstille brændstoffer fra kul eller naturgas.

Carbon Engineerings pilotanlæg i Squamish, British Columbia.

CARBON ENGINEERING

Carbon Engineering, der er baseret i Squamish, British Columbia, udvikler faciliteter, der fanger kuldioxid fra luften. Virksomheden planlægger at kombinere det med kulstoffrit brint til fremstilling af syntetiske brændstoffer. Tanken er, at brændstoffet skal være kulstofneutralt og ikke udsende mere kuldioxid, end der blev fjernet eller produceret i processen.

I en præsentation på en Codex-konference sidst sidste år , Carbon Engineering-grundlægger og Harvard-professor David Keith sagde, at faldende solenergipriser skulle sætte dem i stand til at bringe luft-til-brændstof på markedet for omkring $1 pr. liter (omkring $4 pr. gallon) i midten af ​​2020'erne - og at prisen vil fortsætte med at falde derfra.

Den store nyhed her er, at dette kunne gøres med råvarehardware, der snart starter, sagde han. Du kan komme op på noget i retning af en million tønder om dagen af ​​luft-til-brændstof syntetisk kulbrintekapacitet, tror jeg, kort efter 2030, og derefter er der ingen åbenlys skaleringsgrænse.

I virkeligheden giver processen en måde at omdanne flygtig, fluktuerende solenergi til permanent oplagret brændstof, der kan fylde tankene på enhver af vores maskiner. Dette handler om en energivej til … at håndtere intermittensproblemet og håndtere det på en måde, der giver dig mulighed for at forsyne dig med behov for høj energitæthed rundt om i verden; giver dig mulighed for at flyve fly over Nordatlanten, sagde Keith.

skjule