Ο νέος νόμος παρέχει τη μεγαλύτερη ώθηση του υδρογόνου μέχρι σήμερα » Οι Climate Connections του Yale

Ο νέος νόμος παρέχει τη μεγαλύτερη ώθηση του υδρογόνου μέχρι σήμερα » Οι Climate Connections του Yale

28 November 2022 0 Von admin

Από τα τέλη του 20ου αιώνα, ο κανόνας των λύσεων για την αλλαγή του κλίματος έχει ξεχειλίσει από παραλλαγές σχετικά με το «το υδρογόνο είναι προ των πυλών». Πράγματι, «το υδρογόνο κρατά μια μανία πάνω από τη φαντασία των τεχνο-αισιόδοξων», παρατηρήθηκε αναλυτής Michael Liebreich.

Ακόμα κι αν δεν δούμε σταθμούς ανεφοδιασμού υδρογόνου στο μπλοκ αύριο ή την επόμενη μέρα, ο πρόσφατα θεσπισμένος νόμος για τη μείωση του πληθωρισμού, ή IRA, πρόκειται να δώσει στο υδρογόνο την ώθηση πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων που οι υποστηρικτές περίμεναν εδώ και δεκαετίες.

Οι διατάξεις του νόμου για το υδρογόνο «μπορεί να αποδειχθούν το μοναδικό πιο σημαντικό γεγονός στην ιστορία του πράσινου υδρογόνου μέχρι σήμερα – και ένα σημείο καμπής για την εκκολαπτόμενη βιομηχανία πέρα ​​από τα αμερικανικά σύνορα». έγραψε ο Διευθύνων Συντάκτης Leigh Collins στον ιστότοπο ειδήσεων του κλάδου Recharge.

Σε αντίθεση με τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα ή τους ηλιακούς συλλέκτες, η νέα έκρηξη υδρογόνου (υποθέτοντας ότι συμβαίνει) θα ξεδιπλωθεί σε μεγάλο βαθμό μακριά από το ευρύ κοινό. Το πιο προφανές γλυκό σημείο για το υδρογόνο είναι η παροχή πράσινης ενέργειας σε μεγάλες βιομηχανίες που δεν μπορούν εύκολα να κάνουν άμεση χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Οι βασικοί χρήστες θα μπορούσαν να κυμαίνονται από κατασκευαστές βαρέων βαρών έως φορτηγατζήδες μεγάλων αποστάσεων, διεθνείς μεταφορείς και ίσως ακόμη και εκείνους στην αεροπορία.

Τα 10 χρόνια φορολογικών ελαφρύνσεων για την ανάπτυξη υδρογόνου στον IRA θα επεκταθούν έως το 2032. Μπορεί να χρειαστεί ακόμη περισσότερος χρόνος για αυτές οι επενδύσεις να αποδώσουν σημαντικούς καρπούς. Μια ανάλυση από την ομάδα πολιτικής REPEAT που εδρεύει στο Πρίνστον διαπίστωσε ότι το δικομματικό νομοσχέδιο για τις υποδομές από το 2021, μαζί με τον IRA, θα ενισχύσουν τις ετήσιες επενδύσεις των ΗΠΑ στην παραγωγή υδρογόνου από περίπου 1 δισεκατομμύριο δολάρια σύμφωνα με την πολιτική προ-IRA σε 3 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2030. Αυτό θα αυξηθεί σε περισσότερα από 50 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2035.

Οι επενδύσεις κεφαλαίου σε ενεργειακές υποδομές που σχετίζονται με το υδρογόνο προβλέπεται να εκτιναχθούν τη δεκαετία του 2030 (με κόκκινο παραπάνω) ως αποτέλεσμα του νόμου για τη μείωση του πληθωρισμού. (Πίστωση εικόνας: REPEAT/Πανεπιστήμιο Princeton)

Σπρώχνοντας από το γκρι και το μπλε προς το πράσινο

Γνωστό στους περισσότερους ως το H στο H2O (νερό), το υδρογόνο αποτελεί περίπου το 75% όλης της ύλης και ίσως το 90% όλων των ατόμων στη Γη. Δεν ανασύρεται από το έδαφος και δεν καίγεται σαν ορυκτά καύσιμα. Αντίθετα, διαχωρίζεται από τα μόρια των ενώσεων μέσω διαφόρων χημικών και ηλεκτρικών διεργασιών.

Το προκύπτον καθαρό υδρογόνο μπορεί στη συνέχεια να αποθηκευτεί, να μεταφερθεί και τελικά να χρησιμοποιηθεί χωρίς να παράγει εκπομπές θερμότητας του κλίματος.

Το υδρογόνο – ιδιαίτερα ο τρόπος με τον οποίο παράγεται – χαρακτηρίζεται συχνά χρησιμοποιώντας έναν «χρωματικό τροχό». Δεν είναι μια άψογη προσέγγιση (υπάρχουν διακυμάνσεις στην ένταση του άνθρακα σε κάθε απόχρωση, για παράδειγμα), αλλά ο χρωματικός κύκλος μπορεί ακόμα να είναι ένα χρήσιμο σημείο εκκίνησης.

Γκρι υδρογόνο είναι στενά συνδεδεμένη με τα ορυκτά καύσιμα. Συνήθως κατασκευάζεται σε συμβατικό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας φυσικού αερίου μέσω μιας διαδικασίας πολλαπλών σταδίων που ονομάζεται αναμόρφωση μεθανίου ατμού, χρησιμοποιώντας τον ατμό για τη διάσπαση των μορίων μεθανίου και την εξαγωγή υδρογόνου. Η ίδια η διαδικασία απαιτεί ενέργεια και το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται ως υποπροϊόν. Στην πραγματικότητα, οι εκπομπές που σχετίζονται με την παραγωγή γκρίζου υδρογόνου αποτελούν πλέον περισσότερο από το 2% του συνόλου του CO2 εκπομπές παγκοσμίως, ή σχεδόν ένα δισεκατομμύριο μετρικούς τόνους.

Όπως το φυσικό αέριο για το γκρίζο υδρογόνο, ο άνθρακας είναι η πηγή του μαύρο υδρογόνοπου αποτελεί σχεδόν το ένα τέταρτο της παραγωγής υδρογόνου της Κίνας.

Εάν τουλάχιστον μέρος του άνθρακα από το υδρογόνο που βασίζεται σε ορυκτά καύσιμα μπορεί να απομονωθεί (με χρήση δέσμευσης και αποθήκευσης άνθρακα ή CCS) αντί να εκπέμπεται, τότε το αποτέλεσμα είναι μπλε υδρογόνο. Κατασχεθείσα CO2 χρησιμοποιείται συχνά για την εξάντληση επιπλέον πετρελαίου και φυσικού αερίου από εξαντλημένες πηγές, έτσι ακόμη και το μπλε υδρογόνο συνδέεται στενά με την παραγωγή ορυκτών καυσίμων. Συγγραφείς του α Μελέτη 2021 στο Energy Science and Engineering διαπίστωσε ότι το αποτύπωμα του θερμοκηπίου για ορισμένους τύπους μπλε υδρογόνου μπορεί να είναι ακόμη υψηλότερο από ό,τι για τη θέρμανση με φυσικό αέριο ή άνθρακα.

Πράσινο υδρογόνοΤο , αντίθετα, είναι «πράσινο» από την αρχή. Αυτό το υδρογόνο παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μέσω ηλεκτρόλυσης, διασπώντας τα μόρια του νερού με ηλεκτρικό ρεύμα από μια συσκευή που ονομάζεται ηλεκτρολύτης. Το μόνο πράγμα που εκπέμπεται σε αυτή τη διαδικασία είναι το οξυγόνο (το Ο στο Η2Ο). Η δέσμευση γίνεται άσχετη, καθώς δεν υπάρχει υποπροϊόν με βάση τον άνθρακα που πρέπει να κρατηθεί μακριά από τον αέρα.

Ένας φορολογικός κώδικας πιο φιλικός προς το υδρογόνο

Σχεδόν και οι 90 μεγατόνοι υδρογόνου που χρησιμοποιήθηκαν παγκοσμίως το 2020 προήλθαν από ορυκτά καύσιμα, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας Global Hydrogen Review 2021. Ο μεγάλος όγκος αυτού του υδρογόνου χρησιμοποιήθηκε στη βιομηχανία και τη διύλιση.

Αυτό που κάνει τις διατάξεις του IRA τόσο ισχυρές είναι ότι έρχονται σε πλήρη αντίθεση με τα οικονομικά δεδομένα που έχουν από καιρό γέρνει δραματικά το πεδίο του υδρογόνου προς τα ορυκτά καύσιμα. Από το 2021, κόστιζε από 50 σεντς έως 1,70 δολάρια η παραγωγή ενός κιλού γκρίζου υδρογόνου, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας, σε σύγκριση με 1-2 $ για το μπλε υδρογόνο και 3-8 $ για το πράσινο υδρογόνο.

Ως αποτέλεσμα των φορολογικών διατάξεων του IRA, το κόστος τόσο του μπλε όσο και του πράσινου υδρογόνου στις Ηνωμένες Πολιτείες προβλέπεται να πέσει κατακόρυφα. Το πράσινο υδρογόνο (γνωστό και ως “καθαρό υδρογόνο”) θα είναι επιλέξιμο για έως και 3 $ ανά κιλό πιστώσεων φόρου. Αυτή η αλλαγή από μόνη της μπορεί να δώσει στο πράσινο ένα άμεσο πλεονέκτημα έναντι του γκρι υδρογόνου. Το φθηνότερο γκρι υδρογόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες τον Αύγουστο, σύμφωνα με το Recharge News, ήταν περίπου 2 δολάρια λιγότερο ανά κιλό από το φθηνότερο πράσινο υδρογόνο.

Περιβαλλοντολόγοι δεν έχουν ενθουσιαστεί με τις φορολογικές ελαφρύνσεις του IRA για τη δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα, τις οποίες πολλοί θεωρούν ως έναν τρόπο διατήρησης των ορυκτών καυσίμων σε υποστήριξη ζωής. Αυτά τα διαλείμματα CCS επεκτείνονται στην παραγωγή μπλε υδρογόνου. Ωστόσο, ο IRA στο σύνολό του είναι πιο γενναιόδωρος στο πράσινο παρά στο μπλε υδρογόνο, γεγονός που πιθανότατα δίνει στην πράσινη ποικιλία «καθαρού υδρογόνου» ένα πόδι με την πάροδο του χρόνου.

Για παράδειγμα, ένας παραγωγός μπλε υδρογόνου δεν μπορεί να διεκδικήσει εκπτώσεις φόρου τόσο για χρήση CCS όσο και για παραγωγή υδρογόνου, αλλά εκείνοι οι παραγωγοί που βασίζονται στην αιολική, ηλιακή ή πυρηνική ενέργεια για την παραγωγή υδρογόνου μπορούν να διεκδικήσουν καθαρή ενέργεια μαζί με εκπτώσεις φόρου καθαρού υδρογόνου.

Επιπλέον, οι παραγωγοί καθαρού υδρογόνου μπορούν να επιλέξουν άμεσες πληρωμές αντί για εκπτώσεις φόρου – ένα άλλο καρότο που θα ευνοήσει το πράσινο υδρογόνο έναντι του μπλε.

Εύρεση σωστών θέσεων – αποθήκευση, οχήματα, ναυτιλία, αεροπορία;

Το υδρογόνο έχει πολλά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, ειδικά στο πώς είναι αποθηκευμένο. Λίβρα προς λίβρα, υπάρχει περίπου τρεις φορές περισσότερη ενέργεια στο υδρογόνο από ότι στα ορυκτά καύσιμα, αλλά χρειάζεται περίπου τέσσερις φορές περισσότερος όγκος για να αποθηκεύσετε μια μονάδα ενέργειας ως υγρό υδρογόνο από ό,τι για τη βενζίνη. Το αέριο υδρογόνου απαιτεί δεξαμενές υψηλής πίεσης που ταιριάζουν καλύτερα για χρήση μεγάλης κλίμακας σε μία μόνο εγκατάσταση. Και το υγρό υδρογόνο απαιτεί απίστευτα κρύα αποθήκευση (το σημείο βρασμού του υδρογόνου είναι –423 βαθμοί Φαρενάιτ).

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα είναι ότι το αποθηκευμένο υδρογόνο δεν αποστραγγίζεται όπως μια μπαταρία. Έτσι, μια πιθανή χρήση του υδρογόνου έγκειται στην εξοικονόμηση πλεονάζουσας αιολικής ή ηλιακής ενέργειας για μεγάλες περιόδους. Μια τέτοια αποθήκη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εξισορρόπηση φορτίου σε περιόδους χαμηλής παραγωγής και/ή υψηλής ζήτησης, σε αντίθεση με τη χρήση ορυκτών καυσίμων ως εφεδρικό.

(Πίστωση εικόνας: Carbon Brief)

Μόνο περίπου το 0,2% της παγκόσμιας παροχής ηλεκτρικής ενέργειας βασίζεται στο υδρογόνο, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας, αλλά αρκετοί τύποι στατικών κυψελών καυσίμου (σταθερής τοποθεσίας) προσφέρονται για χρήση υψηλής απόδοσης για τη διατήρηση σταθερών και ευέλικτων συστημάτων ισχύος.

Εν τω μεταξύ, οι κατασκευαστές αυτοκινήτων αυξάνουν για άλλη μια φορά το ενδιαφέρον τους για το υδρογόνο. Η Toyota, η οποία ξεκίνησε τα ηλεκτρικά οχήματα με κυψέλες καυσίμου με υδρογόνο στις αρχές της δεκαετίας του 1990, έχει πουλήσει περισσότερα από 15.000 Σεντάν υδρογόνου Mirai από το 2014. Ο συνολικός αριθμός ηλεκτρικών οχημάτων με κυψέλες καυσίμου παγκοσμίως εκτινάχθηκε από 7.000 το 2017 σε περισσότερα από 43.000 έως το 2021, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας.

Η BMW έχει φιλοδοξίες να παράγουν μαζικά ένα όχημα κυψελών καυσίμου υδρογόνου έως το 2030 και μέχρι εκείνη την ημερομηνία, η Ιαπωνία και η Νότια Κορέα στοχεύουν να έχουν παράγει περισσότερα από 2 εκατομμύρια οχήματα κυψελών καυσίμου υδρογόνου.

Οι αφαιρούμενες κυψέλες καυσίμου επιτρέπουν στα οχήματα υδρογόνου να ανεφοδιάζονται σε μόλις πέντε λεπτά και οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να ωθήσουν τα αυτοκίνητα για αρκετές εκατοντάδες μίλια, στο ίδιο επίπεδο με τα ηλεκτρικά οχήματα υψηλότερης εμβέλειας. Επιπλέον, τα ηλεκτρικά οχήματα με κυψέλες καυσίμου δεν πλήττονται από την ποινή για το κρύο που μειώνει τα χιλιόμετρα για τα αυτοκίνητα με μπαταρία.

Το πρόβλημα στη χρήση υδρογόνου για καταναλωτικά οχήματα – και για πολλούς άλλους σκοπούς μικρότερης κλίμακας – είναι η εγγενής αναποτελεσματικότητά του. Χρειάζεται πολλή ενέργεια για την παραγωγή, μεταφορά και αποθήκευση υδρογόνου. Ακόμα κι αν αυτή η ενέργεια προέρχεται από πράσινες πηγές, έως και το 70% της ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές που απαιτείται για την παραγωγή μιας μονάδας πράσινου υδρογόνου μπορεί να μειωθεί στην πορεία.

Ακόμη και αν υποθέσουμε ότι το κόστος μειωθεί, θα εξακολουθεί να απαιτείται περισσότερη ενέργεια στις περισσότερες περιπτώσεις για τη λειτουργία ηλεκτρικών οχημάτων κυψελών καυσίμου από ό,τι συγκρίσιμα ηλεκτρικά οχήματα ανά μίλι δρόμου. Έτσι, θα μπορούσε να έχει νόημα να σπρώχνουμε το υδρογόνο σε χρήστες που είναι πιο δύσκολο να ηλεκτριστούν, όπως τα μεγαλύτερα οχήματα. Τα λεωφορεία και τα φορτηγά αποτελούσαν ένα αμελητέο μέρος των ηλεκτρικών οχημάτων με κυψέλες καυσίμου το 2017, αλλά περίπου το 20% όλων αυτών των οχημάτων μέχρι το 2021, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας.

Το πλεονέκτημα βάρους του υδρογόνου σε σχέση με τις μπαταρίες είναι ένα ιδιαίτερο πλεονέκτημα για τις μεταφορές μεγάλων αποστάσεων.

«Οι μεγάλες αποστάσεις, οι απρόβλεπτες διαδρομές, οι υψηλές απαιτήσεις χρόνου λειτουργίας, οι αυστηροί κανονισμοί για τον χρόνο οδήγησης και η σημασία του υψηλού ωφέλιμου φορτίου έχουν κάνει αυτόν τον τομέα ιδιαίτερα δύσκολο να απελευθερωθεί από τις ανθρακούχες εκπομπές». Έκθεση McKinsey σημειώθηκε τον Αύγουστο. Η έκθεση προβλέπει ότι ο αριθμός των βαρέων φορτηγών με υδρογόνο στους δρόμους της Ευρωπαϊκής Ένωσης θα εκτιναχθεί από περίπου 10.000 το 2025 σε περίπου 200.000 το 2030 και σε 850.000 έως το 2035.

Άλλες μεταφορές βαρέως τύπου θα μπορούσαν να επωφεληθούν από το υδρογόνο. Το Ερευνητικό Ινστιτούτο Σιδηροδρόμων της Κορέας βρίσκεται τώρα στη μέση ενός τετραετής προσπάθεια για τη δημιουργία του πρώτου τρένου στον κόσμο που κινείται με υγροποιημένο υδρογόνο. Το έθνος σχεδιάζει να καταργήσει όλα τα επιβατικά τρένα ντίζελ μέχρι το τέλος αυτής της δεκαετίας.

Το υγρό υδρογόνο είναι επίσης ένας ισχυρός υποψήφιος για ενδεχόμενη χρήση στην αεροπορία και τη ναυτιλία μεγάλων αποστάσεων, δύο τρόπους μεταφοράς που είναι εξαιρετικά δύσκολο να απελευθερωθούν από τον άνθρακα. Με τα ΜΗΔΕΝ έργο, η Airbus στοχεύει να αναπτύξει αυτό που τιμολογεί ως «το πρώτο εμπορικό αεροσκάφος μηδενικών εκπομπών στον κόσμο» έως το 2035. Θα βασίζεται τόσο σε υγρό υδρογόνο όσο και σε κυψέλες καυσίμου.

(Για πολύ περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με αυτές και άλλες πιθανές χρήσεις υδρογόνου, δείτε την περιεκτική ανάρτηση Carbon Brief 2020 “Χρειάζεται ο κόσμος υδρογόνο για να λύσει την κλιματική αλλαγή;”)

Καταλύτης για τις διεθνείς προσπάθειες

Οποιαδήποτε έκρηξη υδρογόνου με έδρα τις ΗΠΑ που τροφοδοτείται από τον IRA θα μπορούσε να είναι ένα σημαντικό μήνυμα προς άλλες χώρες ότι η τεχνολογία επιτέλους απογειώνεται. Ακριβώς όπως τα κυβερνητικά κίνητρα ενθάρρυναν τη ζήτηση για αιολική και ηλιακή ενέργεια προτού οι οικονομίες κλίμακας καταστήσουν αυτές τις πηγές ενέργειας ανταγωνιστικές, το ίδιο θα μπορούσε να ισχύει και για το υδρογόνο.

«Οι κυβερνήσεις αρχίζουν να ανακοινώνουν μια μεγάλη ποικιλία μέσων πολιτικής, συμπεριλαμβανομένων των τιμών του άνθρακα, των δημοπρασιών, των ποσοστώσεων, των εντολών και των απαιτήσεων στις δημόσιες προμήθειες», σύμφωνα με την έκθεση του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας για το υδρογόνο για το 2021. Ωστόσο, «τα περισσότερα από αυτά τα μέτρα δεν έχουν ακόμη τεθεί σε ισχύ. Η γρήγορη και ευρεία θέσπισή τους θα μπορούσε να ξεκλειδώσει περισσότερα έργα για την κλιμάκωση της ζήτησης υδρογόνου».

Όπως σημείωσε ο Collins στο Recharge News: «Οι δώδεκα χώρες που έχουν δηλώσει δημόσια τις φιλοδοξίες τους να γίνουν παγκόσμιοι ηγέτες στο πράσινο υδρογόνο –συμπεριλαμβανομένων της Ινδίας, της Κίνας, της Αυστραλίας, της Χιλής, της Αιγύπτου, των ΗΑΕ, του Ομάν και της Ναμίμπια– δεν θα θέλουν να χάσουν για επενδύσεις καθαρού υδρογόνου στις ΗΠΑ και ως εκ τούτου θα βαθμονομήσει προσεκτικά πώς να δελεάσει επενδυτές, συμπεριλαμβανομένων κατασκευαστών εξοπλισμού, με το δικό τους πράσινο [hydrogen programs].»