Hat Elon Musk Recht oder Unrecht, die Verwendung von Wasserstoff für die kohlenstoffarme Energiespeicherung abzulehnen?

Der Kontext ist der Übergang von fossilen Energien zu erneuerbaren Energien. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist der Transport mit Benzin- oder Dieselfahrzeugen und deren Umstellung auf Elektromotoren mit Batterie- oder Wasserstoffantrieb. Die Industrie für fossile Brennstoffe sollte sich Sorgen um die Effizienz und die Kosten eines nachhaltigen Transports machen, da dies die Geschwindigkeit des Übergangs bestimmen wird, der wahrscheinlich den Rückgang der Ölförderung und möglicherweise die Öl- und Gasindustrie selbst beeinflussen wird.

Elon Musk kennt sich mit Batterien aus. Er baut sie: zum Antreiben von Autos und Lastwagen auf der einen Buchstütze, zu netzgroßen Giganten, die elektrische Energie für Hunderte von Haushalten und Gewerbeunternehmen speichern und stabilisieren, auf der anderen Buchstütze.

Letzte Woche, 12. Mai 2022, Musk sagte Wasserstoff „ist das Dümmste, was ich mir für die Energiespeicherung vorstellen kann.“ Dies ist nicht das erste Mal, da Musk in den vergangenen Jahren ähnliche negative Kommentare abgegeben hat. Vor einigen Jahren sagte Musk gegenüber Reportern, dass Wasserstoff-Brennstoffzellen „extrem albern“ seien.

Der dumme Kommentar zur Wasserstoffspeicherung war eine pauschale Aussage. Bezog sich Musk auf die Speicherung von Strom im Netzmaßstab? Oder zur Speicherung in Elektrofahrzeugen – EVs wie Autos, Lastwagen und Busse? Oder beides?

Werfen wir einen genaueren Blick auf die Anwendungen von Wasserstoffenergie und ihre Rolle bei der Speicherung von Elektrizität im Gegensatz zu Batterien.

Speicherung von Wasserstoff im Netzmaßstab.

Auf den ersten Blick scheint es, als habe Musk von Stromspeicherung im Netzmaßstab gesprochen, denn er sprach von riesigen Tanks mit flüssigem oder gasförmigem Wasserstoffbrennstoff, die für die Wasserstoffspeicherung benötigt würden. Ein weiterer Bericht unterstützt dies.

Aber vergessen Sie nicht die großen Batterien, die Tesla
TSLA
Builds im Grid-Scale sind ebenfalls riesig. Damals, die größte Großbatterie der Welt wurde 2017 von Tesla in Hornsdale, Australien, gebaut, um 100 Megawatt (MW) Strom zu speichern. 2020 wurde es auf 150 MW aufgerüstet.

Die Batterie speichert und stabilisiert Strom aus Windparks, die in Südaustralien nahezu kohlenstofffrei Strom erzeugen. Die Batterie kann 8,000 Häuser für 24 Stunden oder mehr als 30,000 Häuser für eine Stunde mit Strom versorgen.

Aber Musk könnte über Wasserstoff als Energiequelle in Autos und Lastwagen gesprochen haben …

Wasserstoffenergie für Pkw- und Lkw-Elektrofahrzeuge.

Die mit Abstand häufigste Energiequelle für Elektrofahrzeuge ist in Batterien gespeicherter Strom.

Aber Strom kann aus einer chemischen Brennstoffzelle gewonnen werden, in der Wasserstoff mit Sauerstoff in einer batterieähnlichen Zelle reagiert, um Strom und Wasser zu erzeugen. Es gibt viele verschiedene Arten von Brennstoffzellen. Aber Wasserstoff ist brennbar und kann Brände oder Explosionen verursachen. Eine Brennstoffzelle kann gefährlich sein, insbesondere wenn ein Elektrofahrzeug abstürzt.

Wasserstoff-Brennstoffzellen haben bestimmte Vorteile: (1) eine viel größere Energiespeicherdichte als Lithium-Ionen-Batterien, (2) eine größere Reichweite, (3) leichter und platzsparender und (4) eine viel kürzere Ladezeit.

In einem verwirrenden Twitter-Kommentar vom 1. April dieses Jahres verkündete Moschus dass er Tesla-Autos vorstellen würde, die Wasserstoff-Brennstoffzellen verwenden. Das scheint ein cleverer Aprilscherz zu sein.

Die wesentlichen Vor- und Nachteile von EV-Batterien gegenüber Wasserstoff-Brennstoffzellen wurden dokumentiert. Hier eine Zusammenfassung:

„Eine moderne Autobatterie kann pro Kilogramm Lithium-Ionen 250 Wattstunden Energie speichern. Ein Kilogramm Wasserstoff hingegen hat 33,200 dieser Wattstunden pro Kilo. Nein, das ist kein Fehler. Ja, Wasserstoff ist mehr als 100-mal so energiedicht wie eine Li-Ionen-Batterie.“

„Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge sind phänomenal effizient. Je nach Modell erreichen sie einen Well-to-Wheel-Wirkungsgrad von etwa 70 bis 80 Prozent. Im Vergleich dazu ist ein mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betriebenes Elektrofahrzeug (FCEV) geradezu sparsam, mit einem Gesamtwirkungsgrad von etwa 30 bis 35 Prozent … Tatsache bleibt, dass die Umwandlung von Strom in Wasserstoff, nur um ihn dann wieder zurückzuverwandeln, niemals sein wird so effizient wie die direkte Speisung einer Batterie.“

Laut diesem Bericht ist es die kürzere Betankungszeit, die Wasserstoffbrennstoffzellen einspart. Gegenwärtige Ladestationen benötigen etwa 6 Stunden, um einen batteriebetriebenen Sattelanhänger mit einer Reichweite von 500 Meilen aufzutanken. Aber Toyota und Kenworth haben bereits Wasserstoff-Auflieger, die in 15 Minuten betankt werden können. Dies ist ein Wendepunkt für den kohlenstofffreien Fernverkehr.

Wasserstoff-Lkw von Hyzon.

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien der kommerzielle Markt für Personen- und andere leichte Elektrofahrzeuge sind, wird Wasserstoffantrieb für den Langstreckenverkehr mit einem leichteren Antriebssystem getestet.

Hyzon Motors ist ein Unternehmen in Rochester, New York, das entwickelt Brennstoffzellen und baut Lkw. Nach 20 Jahren Forschung hat Hyzon Brennstoffzellen-Stacks entwickelt, die die höchste Leistung der Welt haben, um etwa die Hälfte leichter und um die Hälfte billiger sind.

Es wurde erwartet, dass Pilotlastwagen bis 2022 auf den Straßen unterwegs sein werden. Für den kleinsten Lastwagen können 5 Wasserstoffflaschen in einem einzigen Gestell gelagert werden. Eine zweite Version ist für die Aufnahme von 10 Wasserstoffflaschen für längere Fahrten ausgelegt.

Anderer Bedarf an Wasserstoffbrennstoff.

Bei der Umstellung weg von fossilen Energien hin zu erneuerbaren Energien gibt es sogenannte Hard-to-minate-Sektoren, die sich nicht ohne Weiteres für die Nutzung von Ökostrom elektrifizieren lassen.

Neben Langstrecken-Lkw sind Flugzeuge und Schiffe Fälle, in denen Batterien zu groß oder zu schwer zum Tragen wären. Wasserstoff enthält etwa die dreifache Energie pro Kilogramm Diesel oder Benzin.

Industrielle Kohleöfen sind zu heiß oder zu teuer, um mit Ökostrom beheizt zu werden. Anstelle von Kohle, Öl oder Erdgas kann Wasserstoff als Brennstoff dienen, um die immense Hitze bereitzustellen, die in Hochöfen benötigt wird grünen Stahl herzustellen. Der schwedische Stahlhersteller SSAB AB arbeitet mit Volvo Cars zusammen, um Stahl ohne fossile Brennstoffe zu entwickeln. Volvo wird das erste Automobilunternehmen sein, das grünen Stahl in einem Konzeptauto testet und verwendet. Die kommerzielle Produktion von grünem Stahl soll 2026 beginnen.

Grüner versus blauer Wasserstoff.

Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, aber das ist ineffizient. Laut Musk, ist die benötigte Energiemenge – Strom, der idealerweise grün sein sollte, plus Energie zum Komprimieren und Verflüssigen des Wasserstoffs – atemberaubend.

Blauer Wasserstoff ist eine alternative Form aus Methangas. 99 % des heute produzierten Wasserstoffs ist blauer Wasserstoff, weil er viel billiger ist als grüner Wasserstoff. Aber es ist eine falsche Prämisse, wenn es als kohlenstofffreie Lösung für die Kraftstoff- oder Energiespeicherung angeboten wird.

Methangas wird als Rohstoff bei der Herstellung von blauem Wasserstoff verwendet. Methan stammt aus dem Bohren und Fracking von Gas- oder Ölquellen, wo das Abfackeln von Gas und Methanlecks in Bohrlöchern und Pipelines erheblich zur globalen Erwärmung beitragen können. Eine kohlensäurehaltige fossile Energie wird also verwendet, um eine kohlenstofffreie Wasserstoff-Form der Energie zu erzeugen.

Aber es ist nicht ganz kohlenstofffrei, da die chemische Zersetzung von Methan zu Wasserstoff und einem Nebenprodukt, CO2, führt, das selbst ein Haupttreibhausgas (THG) ist, das entsorgt werden muss.

Zwischen diesen beiden Negativen liegt ein kohlenstofffreier Brennstoff, der verbrennt, um nur Wasser zu produzieren. Eine Möglichkeit, den Prozess zu verbessern, besteht darin, den Methanrohstoff beispielsweise aus Biogasquellen wie Deponien oder Kuhmist zu gewinnen.

Wasserstoff ist tragbar.

Die Internationale Energieagentur (IEA) wies auf einen weiteren Vorteil hin der Wasserstoffspeicherung. Es ist kompakt wie eine Flüssigkeit und kann vorsichtig über lange Strecken transportiert werden. Beispielsweise könnten Länder wie Australien mit großen Quellen für erneuerbare Energien aus Sonne und Wind Wasserstoff durch Elektrolyse produzieren und ihn per Tankschiff in energiearme Städte in Südostasien transportieren.

Wasserstoffproduktion in New Mexico

BayoTech ist ein Unternehmen, das produziert tatsächlich Wasserstoffbrennstoff in New Mexiko. Der BayoGas Hub erhebt Anspruch auf einen kleineren und effizienteren Generator, der Wasserstoff billiger und mit geringerem COXNUMX-Fußabdruck macht als große zentralisierte Anlagen, die Wasserstoff an Chemiehersteller und Raffinerien liefern.

Rohstoffe können sauberes Erdgas oder andere erneuerbare Biogasquellen sein, die COXNUMX-negativen Wasserstoff erzeugen können.

Drei Wasserstoff-Hubs werden 2022 in den USA eingerichtet, mit Plänen, das Netzwerk auf das Vereinigte Königreich und weltweit auszudehnen. Jeder der Wasserstoff-Hubs im Netzwerk von BayoTech produziert täglich 1-5 Tonnen Wasserstoff. Wasserstoff wird vor Ort in Hochdruck-Transportanhängern mit Gasflaschen geliefert.

Für ihre Nahverkehrspläne verfügt die Stadt Champaign-Urbana in Illinois über eine wachsende Flotte von Hybrid- und Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrobussen. Die Stadt setzte 2021 zwei Wasserstoff-Brennstoffzellenbusse ein.

Bevor der Wasserstoffgenerator vor Ort fertiggestellt wurde. BayoTech wurde mit der Bereitstellung beauftragt tragbarer Wasserstoff in Hochdrucktransportern, die die Brennstoffzellen aufluden, damit die Mitarbeiter die Busse testen konnten.

Laut BayoTech verhalten sich Wasserstoff-Brennstoffzellen-Busse genauso gut wie herkömmliche Dieselbusse, jedoch ohne THG-Emissionen aus dem Endrohr. Zu den Vorteilen gegenüber batteriebetriebenen Elektromotoren zählen eine Reichweite von 300 Meilen, eine Betankungszeit von nur 10 Minuten und Tankstellen für bis zu 100 Busse.

Es ist bemerkenswert, dass ein großer Geldbetrag – 8 Milliarden US-Dollar – im Infrastrukturgesetz von 2021 für die Einrichtung eines sauberen Unternehmens vorgesehen war Wasserstoff-Hubs, mindestens vier von ihnen, in den USA.

Die Wasserstoffvision von BP in Teesside, Großbritannien.

Im Jahr 2020 hat sich bp als integriertes Unternehmen neu erfunden, wie in seinem Energieausblick 2020 zusammengefasst.

Ihr neuestes erneuerbares Unternehmen ist Teesside Hydrogen, das sich auf ein Industriezentrum an der Nordostküste Englands bezieht.

Das Vision ist für Teesside ein wichtiger Wasserstoffknotenpunkt für den Transport in der Luftfahrt, Schifffahrt und schweren Lkw zu werden – alles Sektoren, in denen es schwierig ist, Batteriestrom zu nutzen. Aber das Konzept würde auch Strom für schwer zu reduzierende Industrien wie die Zement- und Stahlherstellung beinhalten.

Der ursprüngliche Plan, genannt H2Teesside, sollte generiert werden blauer Wasserstoff durch Zersetzung von Methan, CH4, während das Nebenprodukt von CO2 durch einen Prozess namens CCS eingefangen und unter dem Ozean vergraben würde.

Die jüngste HyGreen-Zugabe würde Wasser elektrolysieren grüner Wasserstoff und Sauerstoff. Dies ist aufgrund der Kosten für Elektrolyse und sauberen Strom teurer, wenn dieser verwendet wird.

Bp hat eine Vereinbarung unterzeichnet mit Dai
DAI
mler Truck, um die für Brennstoffzellen-Wasserstoff-LKWs in Großbritannien erforderliche Infrastruktur zu initiieren.

Die Teesside-Projekte von bp passen zu den Zielen der britischen Regierung. Zusammen könnten HyGreen und H2Teesside eine Wasserstoffproduktion von 1.5 GW erzeugen und 30 % des von der Regierung angestrebten Ziels von 5 GW bis 2030 erreichen.

Mitbringsel.

Es gibt zwei große Nachteile, die die Vorteile von blauem Wasserstoff beeinträchtigen und einen erheblichen COXNUMX-Fußabdruck hinterlassen. Grüner Wasserstoff ist derzeit zu teuer.

Laut Rystad Energy, eine erschwingliche und grünere Wasserstoffbrennstoffindustrie, die jetzt teuer ist, wird zu wenig zu spät sein. Bis 2050 werden nur 7 % der globalen Energie aus Wasserstoff bestehen, um eine Nischenindustrie für die Betankung von Flugzeugen, Schiffen sowie Metall- und Chemiefabriken zu versorgen.

Trotz Rystads begrenzter Prognosen für die Zukunft von Wasserstoff und Elon Musks Verurteilung von Wasserstoff als Energiespeicher scheint es, dass Wasserstoff eine aktive Rolle bei der Energiespeicherung spielen wird.

Kleine und große Wasserstoffprojekte befinden sich in der Planungsphase oder sind bereits in Betrieb, und weitere Innovationen werden den Wert von Wasserstoff als Nischenkomponente einer kohlenstoffarmen Zukunft festigen.