Když Elon Musk v nedávném rozhovoru nazval vodíkové palivové články „nejhloupější věcí, jakou jsem si dokázal představit pro skladování energie“, většina lidí o této technologii pravděpodobně nikdy neslyšela. A pokud ano, je pravděpodobné, že to spojili s Hindenburgem, vzducholodí naplněnou vodíkem, která před 85 lety proslula požárem a explozí.
Ale technologie vodíkových palivových článků ušla dlouhou cestu z hlediska bezpečnosti a účinnosti a mohla by hrát významnou roli při urychlení přechodu od fosilních paliv, říkají energetici.
Technologie v podstatě funguje tak, že se extrahuje vodík z vody nebo uhlíkových fosilních paliv a pak se proces obrátí, spojí atomy vodíku a kyslíku v elektrochemickém článku za účelem výroby elektřiny, vodní páry a určitého tepla. Technologie palivových článků je dvakrát až třikrát účinnější než plynový motor. Vyžaduje také mnohem menší baterie než elektrická vozidla a má potenciál pohánět lehká a těžká nákladní vozidla, vlaky, autobusy, malá letadla a zaoceánské lodě a také vytvářet záložní energii pro nemocnice a datová centra.
Vysoké výrobní náklady, nedostatečná infrastruktura pro doplňování paliva a značné náklady na zelený vodík zatím vodík brzdily. To se ale konečně začíná měnit.
Toyota nedávno oznámila, že se spojila s Isuzu a dalšími partnery na vývoji lehkých nákladních vozidel s palivovými články s cílem uvést je v Japonsku příští rok. Renault a Hyundai testují hybridní elektro-vodíková vozidla a patenty na tuto technologii v posledních letech raketově vzrostly. Očekává se, že s jeho navýšením budou náklady dále klesat.
Prezident Joe Biden je připraven podepsat zákon o snížení inflace, který obsahuje přelomovou iniciativu v oblasti klimatu, která nabízí 3 dolary za kilogram v daňových úlevách na výrobu zeleného vodíku. Zelený vodík je mnohem čistší než modrý vodík, vyrobený ze zemního plynu, a šedý vodík, vyrobený z uhlí. Návrh zákona také rozšiřuje daňový kredit na elektrická vozidla tak, aby zahrnoval vozidla s vodíkovými palivovými články – nabízí až 7,500 XNUMX USD za nová elektrická vozidla.
Jezdecký elektrický ocas
Vzhledem k tomu, že již probíhá rozsáhlé zavádění elektrických vozidel, může být pro vodíkové palivové články na trhu osobních automobilů příliš pozdě. V červnu 2021 bylo na silnicích po celém světě pouze 40,000 0.01 elektrických vozidel s palivovými články (FCEV), což je méně než XNUMX % z celkového počtu vozidel na celém světě.
„Pokud jde o auta, jsem velmi skeptický. Závod vyhrály elektromobily – kterých je na silnicích 15 milionů,“ říká Margo T. Oge, bývalá ředitelka Úřadu pro dopravu a kvalitu ovzduší EPA, která nyní působí jako významná členka nadace ClimateWorks Foundation.
Kalifornie vynaložila soustředěné úsilí na investice do technologie palivových článků, ale Oge říká, že iniciativa selhala, protože spoléhala na modrý vodík a postrádala infrastrukturu pro podporu vodíkových aut: „Řidiči nemohli najít místa, kde by mohli natankovat svá vozidla.“
Oge věří, že zelený vodík „hraje roli při dekarbonizaci ekonomiky jako celku“, ale pro jiné aplikace než osobní automobily, jako je elektřina, jiné způsoby dopravy a výroba zelené oceli.
Zeleného je zatím velmi málo vodíku, protože elektrolýza vody je energeticky náročná a nákladná a není k dispozici dostatek obnovitelné energie. Výsledkem je, že méně udržitelný modrý vodík je stále dominantní a výrazně levnější.
„Když začneme investovat do většího množství zemního plynu k výrobě modrého vodíku, budeme pokračovat v prodlužování životnosti fosilních paliv,“ říká Oge.
Zdravá konkurence
Jiní jsou optimističtější, pokud jde o potenciál vodíku učinit dopravu udržitelnější a nabídnout alternativu k elektrickým vozidlům.
Amy Adamsová, viceprezidentka pro technologie palivových článků a vodíku ve společnosti Cummins, společnosti vyrábějící motory se sídlem v Indianě, předpovídá, že vozidla na vodíkové palivové články dosáhnou do konce dekády rovnocennosti s tradičními spalovacími motory, dieselovými a elektrickými motory. —dokud technologické inovace sníží náklady a bude vybudována infrastruktura pro doplňování paliva.
Adams poznamenává, že velká část tohoto růstu by mohla přijít v užitkových vozidlech, kde mají účinnější palivové články výhodu oproti těžkým bateriím, které vyžaduje elektrická energie.
„Pokud snížíte množství zboží, které jsou kamiony schopny dodat, je to špatný obchodní model pro přepravní společnosti,“ říká.
Adams dodává, že náklady na obnovitelnou energii k výrobě zeleného vodíku v posledních letech výrazně klesly a pokroky v materiálech a technologiích „snížily materiálové náklady skutečných palivových článků“.
V Cummins zblízka viděla zvýšení účinnosti palivových článků. Technologie je nyní schopna napájet 200megawattové mikrosítě a poptávka po elektrolyzérech výrazně vzrostla, což dále snižuje náklady. Minulý rok Cummins vyvinul moduly palivových článků pro francouzského výrobce železnic Alstom, který představil první osobní „hydrail“ na světě, Coradia iLint.
Douglas Moore, generální ředitel týmu Toyota pro řešení palivových článků, souhlasí s potenciálem vodíku. Pro těžká nákladní vozidla, která vyžadují velké užitečné zatížení a jezdí na dlouhé vzdálenosti, říká: „Řešení s palivovými články je jasným vítězem v tom smyslu, že je schopno dosáhnout takového výkonu v tomto rozsahu a na tuto vzdálenost pro tyto přepravce.“
Spolu s dalšími aplikacemi v dopravě a energetice věří, že technologie vodíkových palivových článků „může být skutečným přispěvatelem k uhlíkově neutrálním řešením a skutečně umožňuje mobilitu prostřednictvím velmi obnovitelného procesu“.
Jak říká Patrick Molloy, finanční analytik z Business Renewables Center institutu Rocky Mountain, soutěž mezi elektrickými a vodíkovými palivovými články je „dobrou konkurencí“. Nabídne možnost volby a zajistí, že vodík bude používán všude tam, kde je to lepší volba.
„Existují určité případy použití, které jednomu nebo druhému poskytnou silnější příležitosti,“ říká. „Cílem musí být transformace našeho celkového dopravního systému a vytvořit z něj cestu s nulovými emisemi uhlíku, která je komerčně životaschopná a použitelná ve všech úsecích a segmentech.“
Tento příběh je součástí Cesta k nule, speciální seriál o tom, jak může podnikání vést boj proti změně klimatu.
Autor
- John Mathews emeritní profesor, Macquarie Business School, Macquarie University
Prohlášení o zveřejnění
John Mathews získává finanční prostředky od ARC na společný výzkumný projekt „Přechod k zelené energii ve východní Asii“
Partneři
Macquarie University poskytuje finanční prostředky jako člen The Conversation AU.
Bitva miliardářů se stala tématem titulků. Nejbohatší muž světa Elon Musk se utkal s nejbohatším mužem Austrálie, miliardářem Andrewem „Twiggy“ Forrestem.
Musk, zakládající investor do bateriově poháněného automobilového gigantu Tesla, se proslavil zesměšňováním vozidel s vodíkovými palivovými články jako „ohromně hloupých“. Forrest právě vsadil velmi velkou sázku na zelený vodík prostřednictvím své společnosti Fortescue Future Industries. Není žádným překvapením, že Forrest vrátil úder a nazval Muska „jen obchodníkem“ spíše než „skutečným klimatickým mstitelem“.
Stoush může znít bulvárně. Ale jádrem je seriózní debata o světové průmyslové budoucnosti. Elektromobily na baterie se již osvědčily, zatímco automobily na vodíkové palivové články se stále objevují. Zelený vodík však není jednoduchým poníkem – může nahradit fosilní paliva v mnoha průmyslových procesech s vysokými emisemi, jako je výroba oceli nebo cementu.
Jak budeme zrychlovat směrem k zelené budoucnosti, budou baterie nebo palivové články pohánět svět? Krátká odpověď je, že budeme potřebovat obojí.
Boj o budoucnost?
Musk a jeho společnost Tesla podporují baterie a bateriemi poháněná elektrická vozidla. A Musk to dělá v kolosálním měřítku, přičemž jeho velké gigatovárny chrlí miliony lithium-iontových bateriových sad pro napájení bateriových elektrických vozidel. Další korporace jako LG a Samsung následují příklad a rozjíždějí své vlastní gigatovárny.
Naproti tomu Forrest silně podporuje zelený vodík. Aby se to stalo realitou, předpokládá rozsáhlá solární pole napříč sluncem zalitým severem a západem Austrálie, aby poháněla proces elektrolýzy, který rozděluje vodu na její složky, vodík a kyslík. V autě s palivovými články se zelený vodík opět spojuje s kyslíkem a vyrábí elektřinu.
Zatímco Tesly a mnoho dalších bateriových elektromobilů jsou nyní k vidění na silnicích po celém světě, vozy s palivovými články mají zatím omezenou přitažlivost. Zatímco japonská Toyota a jihokorejský Hyundai je podpořily, v jiných zemích jsou raritou. Forrest se domnívá, že se to může změnit, protože zelený vodík dorazí ve velkých objemech a náklady klesnou.
Musk má pravdu. Ptá se, jaký je smysl výroby čisté energie k výrobě vodíku k výrobě elektřiny pro pohon auta? Proč neukládat zelenou elektřinu do baterie a přímo ji nevyužívat?
Zatímco tato pravda může ve střednědobém horizontu omezit využívání vozidel s palivovými články, Forrest vidí zelený vodík jako zázračnou komoditu a dlouhodobou perspektivu. V loňském roce Forrest řekl, že zelený vodík by se mohl stát největším průmyslovým odvětvím na světě a do roku 18.5 se může pochlubit příjmy ve výši 2050 bilionu AU.
Jak? Zelený vodík je všestranný. Na rozdíl od baterií může zelený vodík nahradit ropu, uhlí a plyn prakticky ve všech jejich použitích – včetně paliva v elektrických vozidlech s palivovými články. Zelený vodík může produkovat zelenou ocel, zelený cement, zelené sklo, zelené plasty a dokonce zelené hnojivo (prostřednictvím zeleného amoniaku).
To je skutečný důvod, proč na zeleném vodíku záleží. Umožňuje úplnou náhradu fosilních paliv, jak tvrdím ve své připravované knize.
Jak daleko je úplná substituce?
Forrest a jeho společnost zabývající se zeleným vodíkem se zaměřují na zelený vodík jako univerzální náhražku, nikoli pouze na palivo pro vozidla.
To mění způsob, jakým bychom měli nahlížet na debatu o vodíkových bateriích. Zatímco bateriová elektrická technologie zaujala vedoucí postavení ve spotřebitelských automobilech, baterie jsou mnohem méně účinné při napájení těžké dopravy, jako jsou nákladní automobily. Je to proto, že byste potřebovali nesmírně těžké baterie, abyste získali dostatečný dosah a výkon. Naproti tomu schopnost ukládat velké objemy vodíku znamená, že palivové články mohou být potřebné pro pohon nákladních vozidel, vlaků, člunů a lodí.
Obří průmyslové ekonomiky na severu Austrálie, jako je Jižní Korea, Japonsko a Čína, stále více vnímají zelený vodík jako způsob dekarbonizace. Tato technika by také měla přinést velké úspory vody, protože voda použitá při elektrolýze je zlomkem vody potřebné k tomu, aby bylo využití fosilních paliv životaschopné prostřednictvím těžby, chlazení elektráren a frakování plynu nebo ropy.
Zatímco tyto národy budou schopny produkovat část svého vlastního zeleného vodíku pomocí vody, slunce a větru, vzhledem k našim obrovským solárním a větrným zdrojům budou pravděpodobně hledat také zahraniční dodavatele, jako je Austrálie.
Existují však problémy s náklady a rozsahem, které je třeba překonat, zejména náklady na elektrolyzéry. Nedávný výzkum naznačuje, že toto úzké hrdlo je významné, ale mohlo by být překonáno podporou vlády a průmyslu.
Náklady by měly v příštích letech rapidně klesnout. Do konce letošního roku bude mít svět první gigawatt elektrolýzy. Do roku 2030 by podle nové zprávy Mezinárodní energetické agentury mohla být kapacita mezi 134 a 200 gigawatty, pokud budou pokračovat všechny plánované projekty. Od roku 2021 bylo v Austrálii plánováno 38 gigawattů kapacity. Některé z nich samozřejmě nebudou pokračovat. Ale mnozí budou.
Zelený vodík není přímým konkurentem lehkých akumulátorových elektromobilů. Je to doplňkové – a otevře mnoho nových naléhavě potřebných cest k čisté nule v odvětvích, která se obtížně dekarbonizují. Musk se tedy s vodíkem mýlí. Ale s bateriemi má pravdu – budeme je potřebovat také.
Z naší strany má Austrálie vše, co může získat z urychlení průmyslové budoucnosti zeleného vodíku. Je zcela možné, že bychom mohli mít obrovský exportní průmysl, který by se vyrovnal s úbytkem uhlí, ropy a plynu. A také budeme těžit z našich bohatých ložisek minerálů potřebných v bateriích.
- Andrew Forrest
- Palivové články
- Elon Musk
- Zelený vodík
- Elektromobily (EV)
