Vozidla s vodíkovými palivovými články (FCV) jsou vozidla s nulovými emisemi (ZEV), která splňují kalifornský mandát ZEV a zákaz spalovacích motorů. Jednou z výzev, kterým FCV čelí, jsou vysoké náklady na palivo – kvůli jedinečným fyzikálním vlastnostem vodíku. Vysoké ceny benzínu nad 4.00 dolary za galon se nedávno dostaly do titulků celostátních; mezitím se od roku 2014 vodík v Kalifornii prodává za přibližně 14.00 USD za kilogram (kg), což odpovídá 14 USD/galon benzínu. Podle zastánců vodíku pomáhá vysoká spotřeba paliva FCV udržet náklady na palivo FCV konkurenceschopné s vozidly poháněnými benzínem a že budoucí náklady na vodíkové palivo budou nižší kvůli vyšším objemům nebo větším úsporám z rozsahu.
Podívejme se na data, abychom zjistili, zda náklady na palivo FCV skutečně odpovídají benzinu. Níže uvedený obrázek zobrazuje náklady na palivo na míli s použitím historických maloobchodních cen benzinu a vodíku v Kalifornii, aby se zobrazily náklady na palivo na míli pro FCV a benzínová vozidla. Podle Americké agentury pro ochranu životního prostředí (EPA), Průvodce spotřebou paliva z roku 2022 je průměrná spotřeba paliva FCV 60 mil na kg (mpk). Benzinová auta dostanou v průměru 30 mpg a středně velké benzinové hybridy 42 mpg. Jak je vidět na obrázku, náklady na palivo FCV jsou třikrát vyšší na míli než u benzínového hybridu a dvakrát vyšší než u konvenčního benzínového vozidla. Aby byl v roce 2021 konkurenceschopný s hybridními benzinovými vozidly na základě promile, vodík musel mít cenu 5.88 USD/kg; vodík se ten rok prodával za 16.50 $/kg.
Obrázek 1. Náklady na míli pro vozidla s palivovým článkem, hybridním benzinem a konvenčními benzinovými vozidly (2013–2021)
Zdroje: Stillwater Associates analýza běžných cen benzínu amerického Úřadu pro energetické informace (EIA), CEC Hydrogen Fuel Cell Program
California Air Resources Board (CARB) a ministerstvo ekologie státu Washington (DoE) naznačují, že maloobchodní ceny vodíkového paliva budou v budoucnu nižší než dnes. Tato tvrzení popírají historické trendy podobného plynného paliva – stlačeného zemního plynu (CNG), který se v Kalifornii prodává již více než 27 let. Vzhledem k našim 20letým zkušenostem s vyhodnocováním každé nákladové složky potřebné k maloobchodnímu prodeji vodíku pro FCV a všem souvisejícím nejistotám a předpokladům. Zvolili jsme jednodušší a transparentnější metodu pro ilustraci potenciálních trendů maloobchodních cen vodíku, téměř bez vládních zásahů. CNG má podobné fyzikální vlastnosti jako vodík, i když s nižšími náklady na distribuci a stlačování vodíku. Maloobchodní ceny vodíku lze odhadnout z posledních 25 let nákladů na nákup zemního plynu a nákladů na kompresi za posledních 80 let utilit (PG&E) až po maloobchodní ceny CNG. S malými úpravami lze maloobchodní ceny vodíku odvodit z cen CNG úpravou pro vyšší tlaky vodíku, 408% účinnost přeměny metanu na vodík a kompresi 3 kubických stop (ft 100 ) plynného vodíku oproti 3 ft XNUMX metanu.(1)
Obrázek níže ukazuje historické maloobchodní ceny vodíku založené na CNG v minulosti a předpokládané v kontrastu s historickými maloobchodními cenami vodíku v Kalifornii a maloobchodními cenami vodíku předpokládanými CARB a DoE. Budoucí projekce nižších nákladů CARB a DoE popírají historické trendy, současné i předpokládané empirické důkazy o maloobchodním prodeji vodíku na bázi PG&E CNG. Je důležité poznamenat, že historické maloobchodní ceny vodíku v Kalifornii jsou výrazně nižší než tržní podmínky, a to díky grantům Kalifornské energetické komise (CEC) z legislativy.(2) která platí 100 % nákladů na vodíkovou maloobchodní stanici ve výši 1.0–1.5 milionu dolarů a občas i na údržbu vodíkové stanice.
Obrázek 2 Historické a prognózované maloobchodní ceny vodíku
Zdroj: PG&E Tariffs, Department of Ecology Zpráva o analýze nákladů na čisté palivo, Program CARB ZEV
Důležité je, že výzkumné cíle budoucích nižších nákladů na vodík jsou splněny nekomprimované vodík; tyto nároky odpovídají vodíku Výrobní cena pouze, což tvoří méně než 20 % celkových maloobchodních nákladů na vodík – komprese a dodávka tvoří většinu maloobchodních nákladů. V roce 2021 se vodík prodával o 8.50 USD/kg až 10.80 USD/kg vyšší než ceny benzínu, které odpovídaly stejným nákladům na palivo na míli u hybridů nebo konvenčních benzínových vozidel. Vodík se komerčně používá více než 80 let, takže je dobře vyvinutý. Společnost Stillwater Associates neví o žádném výzkumu nebo čekajících průlomech, které by stačily k překlenutí dvou až trojnásobně vyšších nákladů na palivo ve srovnání s benzinovými vozidly.
(1) Vodík se prodává jako 1 kg (408 kubických stop H2), zatímco CNG se prodává na termické bázi (100 stop 3 ).
(2) Návrh zákona o shromáždění 8 Návrh zákona o shromáždění 8 (AB 8, Perea, kapitola 401, stanovy z roku 2013) nařídil kalifornské energetické komisi, aby ročně vyčlenila až 20 milionů USD z programu technologie alternativních a obnovitelných paliv a vozidel na vývoj lehkého vodíku. čerpací stanice pro elektrická vozidla s palivovými články (FCEV).
Diskutované faktory:
• Vodíkové palivo je hojné, všestranné a lze jej použít v různých aplikacích.
• Má méně energie na jednotku objemu než fosilní paliva, což přispívá k jeho vyšší ceně.
• Mezi další faktory patří způsob výroby, blízkost ke koncovému uživateli a náklady na dopravu.
• Cena klesá s rostoucí poptávkou, ale stále jsou nutné počáteční investice na výměnu/přechod zařízení a implementaci infrastruktury.
Jakkoli je H2 přitažlivý pro dekarbonizaci, jeho cena zůstává pro některé překážkou přechodu.
Vodíkové palivo patří mezi nejslibnější zdroje energie v globálním přechodu od fosilních paliv. Je hojný, lze jej vyrábět mnoha způsoby a lze jej použít v širokém spektru aplikací od vytápění domácností a osobní dopravy až po těžké stroje a průmysl.
Se vším, co bylo řečeno, se mnozí diví, proč H2 zůstává poměrně drahý.
Na své nejzákladnější úrovni obsahuje vodíkové palivo méně energie na jednotku objemu než fosilní paliva, která by nahrazovala. Proto je podle amerického ministerstva energetiky (DoE) „přeprava, skladování a dodání na místo konečného použití dražší v přepočtu na galon benzínu“.
Konečné náklady na H2 samozřejmě souvisí s mnoha různými faktory, od toho, kde se vyrábí, po způsob výroby a vše mezi tím. Mezi další problémy, které pomáhají určit konečnou cenu jeho použití, patří blízkost koncového uživatele k místu výroby.
Pokud se totiž H2 vyrábí na místě v místě doplňování paliva, odpadají veškeré náklady spojené s jeho přepravou.
Samotná cena vodíkového paliva klesá, ale jeho přijetí vyžaduje počáteční investice.
Vzhledem k tomu, že produkce H2 stoupá, aby vyhovovala rostoucí poptávce, jeho cena klesá. To znamená, že konečným cílem při využívání této formy energie jako součásti dekarbonizačních strategií na celém světě je její výroba pomocí metod, které nevytvářejí uhlíkové emise. Koneckonců, pokud je cílem přechodu na H2 dosáhnout cílů uhlíkové neutrality, je jeho výroba metodami, které budou stále vypouštět skleníkové plyny, nesmyslná.
Proto největší náklad, který se očekává, že bude spojen s přechodem na vodíkové palivo, není samotný H2. To bude pravděpodobně nákladově konkurenceschopné, jakmile se bude vyrábět ve velkém. Ve skutečnosti mnoho odborníků naznačuje, že by mohl být nakonec levnější než fosilní paliva, která nahrazuje.
Počáteční náklady
Místo toho se očekává, že největší náklady budou spojeny s výměnou nebo modernizací zařízení, které v současnosti běží na fosilní paliva, a také s implementací infrastruktury pro výrobu H2 pomocí obnovitelné energie (známé jako zelený vodík), přepravu, skladování a distribuci. to.
„Vybudování nové vodíkové potrubní sítě vyžaduje vysoké počáteční kapitálové náklady a vlastnosti vodíku představují jedinečné výzvy pro materiály potrubí a konstrukci kompresoru,“ uvádí web DoE. “Nicméně, protože vodík lze vyrábět ze široké škály zdrojů, regionální nebo dokonce místní výroba vodíku může maximalizovat využití místních zdrojů a minimalizovat problémy s distribucí.”
Podívejte se na dnešní cenu vodíkového paliva pro automobily
Na kalifornských vodíkových stanicích stojí kilogram vodíku mezi 15 a 17 dolary, takže je dražší než benzin. UPDATE: Zrovna nedávno v srpnu 2023 zaznamenali řidiči palivových článků obrovský nárůst na 29 dolarů na kalifornských pumpách. Palivové články jsou však přibližně 2.5krát účinnější než benzínové motory, což uživatelům poskytuje lepší spotřebu paliva. Většina výrobců automobilů s palivovými články navíc nabízí ke koupi vozidla palivo v hodnotě tří let zdarma. Naplnění nádrže o objemu 80 galonu v sedanu Toyota Mirai XLE z roku 37.5, který má podle odhadu EPA dojezd až 2022 mil, stojí kolem 402 USD a Toyota Mirai Limited 2022 má dojezd až 357 mil. Ne příliš ošuntělý.
