En ny vei for å oppnå fullstendig karbonfri hydrogenbrensel


Ved å bruke overflødig energi fra fornybare energiressurser som sol og vind for å splitte vann inn i oksygen og hydrogen - en prosess som kalles elektrolyse - kan være den beste løsningen for å skape store forsyninger av bærekraftig hydrogenbrensel. Siste av en tre-delt serie. For å se de to første delene, klikk her og her. Som plu

Ved å bruke overflødig energi fra fornybare energiressurser som sol og vind for å splitte vann inn i oksygen og hydrogen - en prosess som kalles elektrolyse - kan være den beste løsningen for å skape store forsyninger av bærekraftig hydrogenbrensel.

Siste av en tre-delt serie. For å se de to første delene, klikk her og her.

Som plug-in elektriske kjøretøy salg fortsetter å putt sammen, bilprodusenter øker stadig deres håp på hydrogen brenselceller som fremtidens rene kjøretøy teknologi.

Brenselcellebiler (FCVs) produserer null utstrålingsutslipp. På livscyklusbasis kjører FCVer som kjører på hydrogen som stammer fra dampreformerende naturgass, for tiden den rimeligste måten å produsere hydrogen på, produserer mindre enn halvparten av drivstoffutslippene til en bensindrevet bil.

Men for å maksimere drivstoffets klimavinster må hele hydrogenproduksjonen være kull. Transportsektoren utgjør ca. 23 prosent av alle globale energirelaterte karbondioksidutslipp, hvorav transport er den største og raskest voksende delen.

Å bruke overflødig energi fra fornybare energiressurser som sol og vind for å splitte vann inn i oksygen og hydrogen - en prosess som kalles elektrolyse - kan være den beste løsningen for å skape store forsyninger av bærekraftig hydrogenbrensel.

"Vi tror at for å få virkelige nullutslippskøretøyer, og det er godt å kjøre, har fornybar elektrisitet som produserer hydrogenet, den virkelig miljøvennlige og bærekraftige måten å produsere hydrogen på, " sa Steve Szymanski, regissør for regjeringen forretning for elektrolysesystemprodusenten Proton OnSite.

"Bruk av naturgass til å produsere hydrogen, mens det kan være billigere i dag, produserer fortsatt drivhusgasser, " sa han. "Så lenge du bruker fornybar elektrisitet og ikke en slags brun strøm, er det egentlig den mest direkte vei til å produsere ekte, karbonfritt hydrogenbrensel."

Utfordringen vil være å ta løftet om fornybar energi-drevet elektrolyse fra pilotnivå til kommersiell skala.

Oppskalering: En sakte prosess
Utplassering av hydrogeninfrastruktur til dags dato har vært sakte og er fortsatt den mest kritiske barrieren for utbredt adopsjon av FCVer. Bilfirmaer har ventet på mer hydrogen tankstasjoner før de kjører ut sine biler. Stasjonsutviklere har derimot ventet på at bilselskaper skal selge flere biler før de bygger flere stasjoner.

Nylig har Department of Energy lansert H2 Refuel H-Prize-konkurransen på 1 million dollar for å utfordre ingeniører og gründere til å utvikle rimelige systemer for småskala hydrogenforbrenning for å bidra til å bringe hydrogeninfrastrukturinfrastruktur til vanlige.

California har også tatt samordnede retningslinjer for å overvinne infrastrukturutfordringen. I fjor begav California Energy Commission (CEC) 20 millioner dollar per år gjennom 2023 for å bygge opp en "Hydrogen Highway" på opptil 100 stasjoner. Staten bemyndigede også at 33 prosent av hydrogenet som brukes i staten kommer fra fornybare kilder.

Bruke biogas produsert av deponier eller avløpsrensingsanlegg er en måte å lage fornybart hydrogen på. Flere bedrifter bruker allerede fornybare kilder til gass for å produsere hydrogen i store dampreformasjonsanlegg og produksjonsanlegg på stedet. Ulempen er at biogassforsyningene er begrensede ( ClimateWire, 18 november).

Hydrogen fra elektrolyse kan tilby en mer bærekraftig løsning. Det er teoretisk en ubegrenset forsyning, på grunn av den store mengden vann på jorden og muligheter for gjenbruk.

En elektrolyser fungerer ved å kjøre en elektrisk strøm gjennom vann som deler den i oksygen og hydrogen. Den separerte hydrogen kan lagres i en tank for senere bruk eller sendes til en brenselcelle, hvor den er rekombinert med oksygen for å enten drive en bygning eller drive et kjøretøy. De eneste biprodukter er varme og vann.

DOE og private selskaper har utviklet og testet fornybare hydrogenproduksjonsmetoder i mange år. Hyundai Motor Co. er for tiden i ferd med å bygge en offentlig drivstasjon i Chino, California, med "evnen" til å produsere hydrogen fra elektrolyse ved bruk av fornybar energi som forventes å åpne før årets slutt.

Til tross for denne fremgangen er elektrolysen av vann fortsatt for dyr for utbredt kommersiell bruk. Den gjennomsnittlige stasjonen som leveres med hydrogen produsert av lav naturgass koster rundt 2 millioner dollar. Stasjoner som tilbyr hydrogen produsert ved elektrolyse kan koste dobbelt så mye.

Universitetet i California, Davis, anslår at kostnaden per gram hydrogen produsert fra elektrolysen av vann vil forbli dyrere enn hydrogen produsert fra naturgass med karbonfangst og sekvensering godt gjennom slutten av tiåret.

Ved hjelp av elektrolyse for å balansere rutenettet
"For at elektrolyse skal konkurrere i stor skala med reformert naturgass, må vi få ned kostnadene for utstyret vårt, " sa Szymanski. "Vi trenger også å få tilgang til litt billig elektrisitet. Det er virkelig den tingen som er den største driveren når det gjelder kostnaden av hydrogen produsert ved elektrolyse."

Bruk av elektrisitet fra det sentrale kraftnettet til å drive en energiintensiv elektrolyse maskin er dyrt og ineffektivt. Også, mens elektrolyse bruker fornybart råstoff (vann), brenner fossilt brensel ved et kraftverk for å kjøre en elektrolysemaskin undergrave drivstoffets lavkarbonegenskaper. Bedrifter kan kjøpe fornybare energikreditter for å motvirke utslippene fra å drive en elektrolyser, men det gir mer kostnad for prosjektet.

En lovende måte å gjøre hydrogen fra elektrolyse både renere og mer økonomisk konkurransedyktig, er at bedrifter skal dra nytte av overskudd av fornybar energi.

I California, hvor fornybar energi utgjør 20 prosent av detaljhandelens elektrisitetssalg, tvang en overproduksjon av sol og vind om midten av dagen til å dumpe 19 gigawatt-timer forkjøpt fornybar energi i fjor. Elektrolyserne kan effektivt fungere som energilagring ved å bruke den overskytende generasjonen for å lage fornybart hydrogen.

Som et batteri kan elektrolyse sendes, noe som betyr at systemet raskt kan justere strømstrømmen for å stabilisere strømforbruket og tilførselen på nettet. Ifølge National Renewable Energy Laboratory Research, elektrolyserne er i stand til å reagere raskt nok til å tilby verktøyene krever respons og frekvensreguleringstjenester.

Inntektene fra energimarkedsdeltakelse er ikke nær nok til å gjenopprette den opprinnelige investeringen i et fornybart hydrogenprosjekt. Men elektrolysesystemer som tilbyr tilleggstjenester og selger hydrogenbrensel er mer økonomisk konkurransedyktige.

Fordelen ved å bruke hydrogen over batterier er at den kan gi megawatt-timer med energilagring i dager eller uker om gangen. Skalere batterier opp til det strømnivået ville være uoverkommelig dyrt. Pumped Hydro er en annen stor energilagringsteknologi, men krever et vannreservoar på en høyde og rikelig vannforsyning.

Proton Onsite's M-serie Proton Exchange Membrane (PEM) elektrolyser kan produsere nok hydrogen til å lagre flere megawatt fornybar energi umiddelbart. Selskapet planlegger å begynne frakt i 2015.

Elektrolyse har en lys fremtid, ifølge Shane Stephens, sjefsutviklingsoffiser og rektor ved FirstElement Fuel, en California-basert oppstart som ble tildelt 28 millioner dollar av CEC til å bygge 19 hydrogenstasjoner i hele staten. I går annonserte Honda at det vil låne nesten 14 millioner dollar til hydrogenstasjonen. Ingen av FirstElements stasjoner vil imidlertid bruke elektrolyse.

"Etter hvert som mer og mer fornybar elektrisitet blir satt på nettet over tid, kommer du til å få [overskudd] problemer. Så jeg tror at hvis markeder er utformet på den riktige måten, kan en elektrolyser gi deg økonomiske fordeler ved å si:" Når det er Fornybar energi er tilgjengelig, vi tar det, når det ikke er, slår vi ned eller slår av elektrolyseren vår, "sa Stephens. "Elektrolyserne kan være veldig dynamiske slik... Men det er en liten vei nedover veien."

Europa fører i kraft-til-gass-systemer
Elektrolyse er sannsynligvis å starte først i Europa, hvor mange land har høye penetrasjoner av fornybar energi, ambisiøse klimamål og høye naturgasspriser. Mens antall FCVer som er tilgjengelige for atftake hydrogen fortsatt er lave, europeiske land ser sterkt ut muligheten til å lagre fornybar generert elektrisitet som hydrogen i eksisterende naturgassrørledning.

Prosessen, kjent som kraft til gass, setter inn hydrogen som genereres ved elektrolyse direkte inn i naturgassrørledningssystemet. Ved å bruke elektrolyse på denne måten unngås det å kaste bort verdifullt overskudd av fornybar energi, men krever ikke en brenselcellebil eller stasjonær brenselcelle for å bruke hydrogen direkte.

Naturgass blandet med fornybart hydrogen gir også mindre utslipp enn vanlig naturgass når den brukes på kraftverk eller som drivstoff. Det eksisterende naturgassnettet kan støtte omtrent 10 prosent hydrogen før det kreves endringer.

Kraft-til-gass demonstrerer allsidigheten av hydrogen. Den kan produseres av fossile brensler eller fornybare kilder, det kan brukes til å generere kraft- eller transportbrensel, og det kan bidra til å rydde opp naturgassforsyningen.

Hydrogen er "en svært fleksibel energivare og energibærer som er i stand til å tjene som våpen mot klimaendringer i et fremtidig, integrert energisystem for flere sektorer", sier Mary-Rose de Valladares, leder av International Energy Administration Hydrogen Implementing Agreement, som utvikler et omfattende veikart på produksjon og bruk av hydrogen på grunn av utgivelse tidlig neste år.

"En av våre største utfordringer [med strategiplanen] forklarer de intersektorielle relasjonene her, " sa hun.

Ifølge det nasjonale laboratoriet for fornybar energi har USA, Tyskland, Canada, Spania og Storbritannia samlet bygget hydrogenprosjekter fra fornybar elektrisitet. Fra og med 2012 var det 41 realiserte prosjekter og syv planlagte.

Tyskland er for tiden markedsleder med 22 grønne hydrogenlagrings- og kraft-til-gass-prosjekter fra 2012. I juli annonserte Canada et kraft-til-gass-prosjekt som vil levere 2 megawatt lagringskapasitet for nettadministrasjon og reguleringstjenester.

Det er relativt mindre interesse for kraft til gass i USA, hvor hydrogen fra elektrolyse, selv ved å utnytte billig overskudd av fornybar energi, ville ha en tøff tid å konkurrere mot rikelig, billig skifergass.

Japan vurderer også kraft-til-gass-prosjekter som bruker overskudd av fornybar energi - for det meste vind - for å skape hydrogen og blande det med naturgass for å redusere karbonintensiteten. Japans økonomi-, handels- og industriministerium ser imidlertid ikke på et skifte til lav-karbon hydrogen før 2035-40 tidsrammen.

Over tid, ettersom antallet og størrelsen på elektrolysesystemene vokser, vil kostnaden ved å produsere fornybart hydrogen ved hjelp av denne metoden falle. Men for å fremskynde prosessen, i lys av det haster som trengs for å takle transportutslipp og redusere klimaendringer, kan det være nødvendig med politisk inngrep.

"For å virkelig gjøre fornybar hydrogen konkurransedyktig med hydrogen fra fossile brensler, må vi gå tilbake til å internalisere eksternaliteter, " sa de Valladares. "Det kommer nok til å kreve å sette en slags pris på karbon."

Reprinted from Climatewire med tillatelse fra Environment & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500

"Jesu evangeliums ektemann" vist å være ekte i testSecretive Bezos-Funded Group avslører Spacecraft Plan DetaljerGiant Antarctic Ice Shelf Crack truer med å bli et massivt isbergHurtigvoksende hav som er satt for å frigjøre varme inn i atmosfærenNye EPA-bensinregler hjelper presidentens klimagruppeVellykket malariavaksine viser også effektive hos spedbarnForskere lager ny solcelle4 nye innovasjoner for å energisere verden