Wie sinkende Solarkosten die Hoffnungen auf sauberen Wasserstoff erneuert haben

H2FUTURE-Grünwasserstoffanlage der voestalpine in Linz, Österreich. Voestalpine

Die Welt setzt zunehmend auf grünen Wasserstoff als Brennstoff, um einige der kritischen fehlenden Teile im Puzzle der sauberen Energie zu füllen.

Der Klimaplan des US-Präsidentschaftskandidaten Joe Biden sieht ein Forschungsprogramm vor erzeugen eine saubere Form des Gases das ist billig genug, um Kraftwerke innerhalb eines Jahrzehnts zu befeuern. Ebenso Japan, Südkorea, Australien, Neuseeland und die Europäische Union haben alle Wasserstoff-Roadmaps veröffentlicht die sich darauf verlassen, um die Reduzierung von Treibhausgasen im Energie-, Transport- oder Industriesektor zu beschleunigen. Inzwischen eine wachsende Zahl von Unternehmen auf der ganzen Welt bauen immer größer grüne Wasserstoffanlagen , oder erkunden Sie sein Potenzial Stahl zu produzieren , erstellen CO2-neutraler Flugkraftstoff , oder bereitstellen eine Notstromquelle für Serverfarmen .

Die Anziehungskraft liegt auf der Hand: Wasserstoff, das am häufigsten vorkommende Element im Universum, könnte unsere Fahrzeuge antreiben, unsere Elektrizitätswerke antreiben und eine Möglichkeit bieten, erneuerbare Energie zu speichern, ohne das Kohlendioxid, das den Klimawandel antreibt, oder andere Schadstoffe (sein einziges Nebenprodukt von Autos und Lastwagen ist Wasser). Aber während Forscher das Versprechen einer Wasserstoffwirtschaft herausposaunt haben für Jahrzehnte , es hat die Nachfrage nach fossilen Brennstoffen kaum beeinträchtigt, und fast alles davon wird immer noch durch einen kohlenstoffverschmutzenden Prozess mit Erdgas produziert.

Die große Vision der Wasserstoffwirtschaft wurde durch die hohen Kosten für die Schaffung einer sauberen Version, die massiven Investitionen in Fahrzeuge, Maschinen und Rohre, die erforderlich sein könnten, um sie einzusetzen, und den Fortschritt bei konkurrierenden Energiespeicheralternativen wie Batterien aufgehalten.

Was treibt also das erneute Interesse an?

Zum einen verändert sich die Wirtschaft rasant. Wir können Wasserstoff direkt herstellen, indem wir einfach Wasser spalten, in einem Prozess, der als Elektrolyse bekannt ist, aber es war zum großen Teil unerschwinglich teuer, weil es viel Strom benötigt. Da die Preise für Solar- und Windenergie weiterhin rapide sinken, wird dies jedoch weitaus machbarer erscheinen.

Während immer mehr Nationen hart rechnen, wie sie ihre aggressiven Emissionsziele in den kommenden Jahrzehnten erreichen können, scheint eine grüne Form von Wasserstoff zunehmend entscheidend zu sein, sagt Joan Ogden, Direktor des Programms für nachhaltige Transportenergie an der Universität von Kalifornien, Davis. Es ist ein flexibles Tool, das helfen könnte, eine Reihe von Sektoren zu bereinigen, in denen wir noch keine erschwinglichen und fertigen Lösungen haben, wie z Luftfahrt , Versand , Düngemittelproduktion und Langzeitenergiespeicherung für das Stromnetz.

Sinkende Kosten für erneuerbare Energien

Derzeit ist sauberer Wasserstoff jedoch in den meisten Situationen viel zu teuer. Eine kürzlich erschienene Studie fand heraus, dass man sich auf Solarenergie verlässt, um die Elektrolyseure zu betreiben, die Wasser spalten kann sechsmal höher laufen als das Erdgasverfahren, das als Dampfmethanreformierung bekannt ist.

Es gibt genügend von Energieexperten die behaupten, dass die zusätzlichen Kosten und die Komplexität der Herstellung, Speicherung und Verwendung einer sauberen Version dazu führen, dass sie nie wirklich über marginale Anwendungsfälle hinausgeht.

Aber die gute Nachricht ist, dass Strom selbst einen großen Teil der Kosten ausmacht – über 60 % oder mehr – und die Kosten für erneuerbare Energien schnell sinken. Inzwischen sind die Kosten für Elektrolyseure selbst werden projiziert steil abfallen wenn die Hersteller die Produktion hochfahren , und verschiedene Forschungsgruppen entstehen Fortgeschrittene Versionen der Technologie .

Ein Artikel von Nature Energy Anfang letzten Jahres stellte fest, dass, wenn sich die Markttrends fortsetzen, grüner Wasserstoff innerhalb eines Jahrzehnts im industriellen Maßstab wirtschaftlich wettbewerbsfähig sein könnte . Ähnlich schätzt die Internationale Energieagentur die Kosten sauberer Wasserstoff wird bis 2030 um 30 % sinken .

H2FUTURE-Grünwasserstoffanlage der voestalpine in Linz, Österreich.

VOESTALPINE

An einigen Orten, an denen Zeiten mit überschüssiger erneuerbarer Energieerzeugung die Stromkosten auf nahezu null drücken, ist grüner Wasserstoff möglicherweise bereits nahezu erschwinglich. In einer Forschungsnotiz im letzten Monat schrieben Analysten von Morgan Stanley, dass die Ansiedlung von Anlagen für grünen Wasserstoff neben großen Windparks im Mittleren Westen der USA und in Texas möglich wäre machen die Kraftstoffkosten innerhalb von zwei Jahren wettbewerbsfähig .

ZU Studie im Juni vom US National Renewable Energy Laboratory festgestellt, dass es möglicherweise näher an der Mitte des Jahrhunderts liegen wird, bevor Wasserstoff die erschwinglichste Technologie für die Langzeitspeicherung im Netz ist. Da jedoch schwankende erneuerbare Energien wie Sonne und Wind zur dominierenden Stromquelle werden, müssen die Versorgungsunternehmen genug Energie speichern, um das Netz nicht nur für ein paar Stunden, sondern in bestimmten Monaten, wenn diese Ressourcen nachlassen, tage- und sogar wochenlang zuverlässig am Laufen zu halten.

Wasserstoff glänzt in diesem Szenario im Vergleich zu anderen Speichertechnologien, weil das Hinzufügen von Kapazität relativ billig ist, sagt Joshua Eichman, leitender Forschungsingenieur im Labor und Mitautor der Studie. Um die Zeitspanne zu verlängern, in der Batterien zuverlässig Strom liefern können, müssen Sie immer mehr davon stapeln und die Kosten jeder teuren Komponente in ihnen vervielfachen. Mit Wasserstoff muss man nur einen größeren Tank bauen oder eine tiefere unterirdische Kaverne nutzen, sagt er.

Wasserstoff nutzen

Damit Wasserstoff CO2-emittierende Kraftstoffe vollständig ersetzen kann, müssten wir unsere Infrastruktur überholen, um ihn zu verteilen, zu speichern und zu nutzen. Wir müssten Fahrzeuge und Schiffe mit Brennstoffzellen produzieren, die Wasserstoff in Strom umwandeln, sowie Tankstellen entlang von Häfen und Straßen. Und wir müssten Brennstoffzellen stapeln oder bauen oder nachrüsten Kraftwerke, um den Brennstoff direkt ins Netz einzuspeisen.

All das wird viel Zeit und Geld kosten.

Aber es gibt noch ein anderes Szenario, das einen Großteil dieser Infrastrukturüberholung umgeht oder verzögert. Sobald Sie Wasserstoff haben, ist es relativ einfach, ihn mit Kohlenmonoxid zu kombinieren, um synthetische Versionen der Kraftstoffe herzustellen, die bereits unsere Autos, Lastwagen, Schiffe und Flugzeuge antreiben. Der industrielle Prozess dafür ist ein Jahrhundert alt und wurde zu verschiedenen Zeiten von erdölarmen Nationen genutzt, um Brennstoffe aus Kohle oder Erdgas herzustellen.

Pilotanlage von Carbon Engineering in Squamish, British Columbia.

KOHLENSTOFFTECHNIK

Carbon Engineering mit Sitz in Squamish, British Columbia, entwickelt Anlagen, die Kohlendioxid aus der Luft gewinnen. Das Unternehmen plant, es mit kohlenstofffreiem Wasserstoff zu kombinieren, um synthetische Kraftstoffe herzustellen. Die Idee ist, dass der Kraftstoff kohlenstoffneutral ist und nicht mehr Kohlendioxid ausstößt, als im Prozess entfernt oder erzeugt wurde.

In einem Präsentation auf einer Codex-Konferenz Ende letzten Jahres sagte David Keith, Gründer von Carbon Engineering und Harvard-Professor, dass sinkende Solarpreise es ihnen ermöglichen sollten, Air-to-Fuels Mitte der 2020er Jahre für etwa 1 US-Dollar pro Liter (etwa 4 US-Dollar pro Gallone) auf den Markt zu bringen – und dass der Preis auch so bleiben wird fallen von dort.

Die große Neuigkeit hier ist, dass dies bald mit handelsüblicher Hardware möglich sein könnte, sagte er. Sie könnten, glaube ich, kurz nach 2030 etwa eine Million Barrel pro Tag an Luft-zu-Kraftstoff-Kapazität für synthetische Kohlenwasserstoffe erreichen, und danach gibt es keine offensichtliche Skalierungsgrenze.

Tatsächlich bietet das Verfahren eine Möglichkeit, flüchtigen, schwankenden Solarstrom in dauerhaft speicherbare Kraftstoffe umzuwandeln, die die Tanks jeder unserer Maschinen füllen können. Hier geht es um einen Energieweg, um … mit dem Problem der Intermittenz umzugehen und es auf eine Weise zu behandeln, die es Ihnen ermöglicht, den Bedarf mit hoher Energiedichte auf der ganzen Welt zu decken; ermöglicht es Ihnen, Flugzeuge über den Nordatlantik zu fliegen, sagte Keith.

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