Kisebbet futni a hidrogén üzemanyagcellákkal
- Patrick Molloy
Originally posted on ACT news.
Bár a hidrogén üzemanyagcellás járművek (FCEV) már az 1960-as évek óta léteznek, a közelmúltban jelentek meg potenciális megoldásként a nehézgépjárművek szén-dioxid-mentesítésére. A Nikola Motors most jelentette be, hogy 1 milliárd dolláros finanszírozást szerzett hidrogénjármű-technológiájához, és jelentős új partnerekkel, köztük a CNHI-vel és a Bosch-szal bővült. Az év elején a vállalat egy merész ütemtervet is elindított 700 üzemanyagtöltő állomás létesítésére országszerte, és 800 járműves partnerséget kötött az Anheuser-Busch vállalattal, hogy segítsen teherszállító flottájának szén-dioxid-mentesítésében. Mi teszi az FCEV-ket jó választássá a nehéz teherszállítás szén-dioxid-mentesítésére? Vizsgáljuk meg az FCEV-k hasonlóságait, előnyeit és kihívásait a hagyományos belsőégésű teherautókhoz képest.
Ez ugyanaz, csak jobb
Az FCEV-k egyik előnye, hogy a hidrogén a hagyományos teherautókhoz hasonló tankolási infrastruktúrát használ. Ez azt jelenti, hogy az FCEV-ket országszerte a meglévő teherautó-megállókban lehet tankolni, és a tankolási élmény hasonló lesz. Egy teherautó kevesebb mint 15 perc alatt feltölthető hidrogénnel, és az FCEV tankolásának folyamata hasonló a dízelüzemű teherautók tankolásához; a hidrogéngázt a hagyományos dízelszivattyúhoz hasonló gázszivattyú és fúvóka segítségével pumpálják a jármű tartályába.
A másik előny a hidrogén energiasűrűsége. A dízel energiasűrűsége 45,5 megajoule/kg (MJ/kg), ami valamivel alacsonyabb, mint a benziné, amelynek energiasűrűsége 45,8 MJ/kg. Ezzel szemben a hidrogén energiasűrűsége körülbelül 120 MJ/kg, ami majdnem háromszor nagyobb, mint a dízelé vagy a benziné. Elektromos értelemben a hidrogén energiasűrűsége 33,6 kWh felhasználható energiát jelent kilogrammonként, szemben a gázolajéval, amely csak 12-14 kWh-t tartalmaz kilogrammonként. Ez valójában azt jelenti, hogy 1 kg hidrogén, amelyet egy üzemanyagcellában használnak egy elektromos motor meghajtására, körülbelül ugyanannyi energiát tartalmaz, mint egy gallon gázolaj. Ezt figyelembe véve a Nikola azt állítja, hogy járművei 12 és 15 mpg közötti egyenértékre képesek, ami jóval meghaladja a dízel teherautók országos átlagát, ami körülbelül 6,4 mpg.
A villamos hajtásláncok is hatékonyabbak, mint a belsőégésű motorok. Egy belsőégésű motor esetében a megtermelt energia körülbelül 50%-a hőre megy át; az elektromos hajtásláncok azonban csak az energia 10%-át veszítik el hőre. Ez a hatékonyságbeli különbség jól mutatja, hogy a fogyasztók mennyit veszítenek a kevésbé hatékony belsőégésű motorokkal.
A hidrogén másik vonzó tulajdonsága az ár. A dízel ára jelenleg gallononként 3,00 dollár közelében mozog, és a szaúd-arábiai olajtermelés közelmúltbeli visszafogásával a dízel árának további emelkedésére lehet számítani. A hidrogénfronton azonban a Bloomberg New Energy Finance legújabb elemzése szerint a hidrogén kilogrammonkénti előállítási ára egy évtizeden belül akár 1,40 USD/kg is lehet.
A nehézgépjárművek esetében a súly számít. Az FCEV-k ugyanazt a nagy nyomatékot kínálják, mint az akkumulátoros elektromos járművek, de kisebb súly mellett. Erre példa az akkumulátoros elektromos Lion 8 és a hidrogén üzemanyagcellás Nikola One közötti becsült súlykülönbség; a Lion 8 480 kWh-s akkumulátorcsomaggal rendelkezik, 250 mérföldes hatótávolsággal, ami körülbelül 2-5 tonnának felel meg. A körülbelül 500-750 mérföldes hatótávolságú Nikola One becslések szerint 250 kWh-s akkumulátorcsomaggal rendelkezik, amely valószínűleg 2,5-3 tonnát nyomna.
Ezeket a tényezőket figyelembe véve a hidrogén egyértelműen a nehéz tehergépjárművek alacsony szén-dioxid-kibocsátású, alacsony költségű és kis tömegű alternatív üzemanyagává válhat. Az FCEV teherautók azonban nem nélkülözik a kihívásokat.
Nem könnyű zöldnek lenni
Noha a hidrogéngáznak nincs színe vagy szaga, a nehéz tehergépjárművek szén-dioxid-mentesítésének támogatásához zöld hidrogénre lesz szükségünk, méghozzá rengetegre. A zöld hidrogén, más néven megújuló hidrogén, olyan hidrogén, amelyet kizárólag megújuló energia felhasználásával, jellemzően elektrolízis útján állítanak elő. A víz elektrolízise elektromos áramot használ a víz gáznemű hidrogénre (H2) és oxigénre (O2) történő szétválasztásához, az elektromos energiát kémiai energiává alakítva. Még mindig kérdéses, hogy a zöld hidrogén előállítása milyen gyorsan méretezhető; az elektrolízisek gyártási kapacitása csak most kezd jelentősen megnőni.
A hidrogénnel kapcsolatos fő kihívások a szállítással és a tárolással kapcsolatosak. A hidrogént gáz halmazállapotban állítják elő, és nyomás alatt kell tárolni vagy közvetlenül cseppfolyósítani. Mindkét folyamat további energiát igényel, amely származhat megújuló forrásokból vagy sem. Vannak kialakulóban lévő módszerek, amelyek kémiai kötéseket (jellemzően folyékony szerves hidrogénhordozónak nevezett ) vagy ammóniát használnak a hidrogén stabil állapotban történő szállítására. Ezek a módszerek nem igényelnek nyomást vagy kriogén cseppfolyósítást, és ezért kevesebb energiát igényelnek a hidrogén szállításához és tárolásához. A technológia azonban még viszonylag korai stádiumban van, és nem áll készen a nagyüzemi alkalmazásra.
A szállítás és tárolás kihívásainak egy másik megoldása a helyi termelésre való összpontosítás. A Nikola partnerségre lépett a Nel és a Bosch cégekkel, hogy helyi hidrogéngyártó állomások hálózatát szállítsák, amelyek megújuló energiaforrásokat és elektrolíziseket használnak, és így kiiktatják a hagyományos dízel- és benzinellátás logisztikai láncát. A jövőben potenciálisan földgáz-infrastruktúrát is használhatunk a hidrogén szállításához, csökkentve ezzel a nagy infrastruktúra-fejlesztés szükségességét. Ez azt is lehetővé tenné, hogy a hidrogént központi termelési csomópontokból biztosítsuk, nem pedig helyi építkezésekből.
A hidrogén másik hátránya a hatótávolság. A Nikola szerint az üzemanyagcellás teherautók hatótávolsága 500-750 mérföld, a terheléstől és a tereptől függően; a Toyota Kenworth FCEV teherautók hatótávolsága körülbelül 300 mérföld. Ez elhalványul a dízelüzemű teherautókhoz képest, amelyek jóval több mint 1000 mérföldet tehetnek meg tankolás nélkül. Mivel azonban a járművezetők napi 500 mérföldre korlátozódnak, ez a tényező nem okozhat jelentős fennakadást a szokásos gyakorlatban.
How Soon is Now?
Még ha vannak is kihívások, a hidrogénnek most van itt az ideje, és íme, miért:
Növekvő szabályozási nyomást és ipari igényt tapasztalunk. Az Európai Unió kötelezettséget vállalt arra, hogy 2030-ig kivonja a benzin- és dízelüzemű járműveket a forgalomból. Ugyanakkor Kaliforniában és Kanadában a tiszta üzemanyagokra vonatkozó szabványok és a kapcsolódó beruházások megteremtik a változás politikai alapjait. A Hyundai 2030-ra akár évi 700 000 FCEV gyártását tervezi, Japán pedig 2030-ra 800 000 FCEV gyártását tűzte ki célul. És mivel a technológiai költségek várhatóan több piacon elérik a dízelüzemű teherautókkal szembeni nullszaldót, jelentős lendületet és befektetést kap a hidrogén.
Minél több projekt alkalmazza egyre inkább az üzemanyagcellás technológiákat, annál több lehetőség nyílik a költségcsökkentésre és a technológiába való befektetésre. Kína elkötelezettsége, hogy 2030-ig 1 millió üzemanyagcellás járművet helyezzen forgalomba (a nehéz tehergépjárművekbe befektetett 7,6 milliárd dollárral), hatalmas lehetőséget kínál az üzemanyagcellás járművek hatékonyságának és költségpontjainak jelentős fejlesztésére.
A hidrogén már korábban is látott hamis hajnalokat, de ezt az alacsony szén-dioxid-kibocsátású alternatívát a világ legnagyobb vállalatai közül néhányan több ágazatban is támogatják. A Toyota Kenworth már régóta fejleszti az üzemanyagcellás technológiát használó teherautókat, és 2019-ben 10 T680-as teherautóval bővítette a kínálatát, amelyeket a Los Angeles-i kikötőben és egész Dél-Kaliforniában használnak majd. A Shell a közelmúltban nagy összegeket fektetett be a nagyméretű hidrogénelektrolízisekbe, amelyek szén-dioxid-mentes lehetőséget kínálnak a hidrogén előállítására. E hónap elején a Cummins 290 millió dollárért felvásárolta a Hydrogenics nevű, piacvezető elektrolizátor- és üzemanyagcellagyártó céget. Mindezek az iparág vezetőinek komoly elkötelezettségét jelzik a hidrogén és az üzemanyagcella területén való megjelenés iránt.
A Rocky Mountain Institute (RMI) azon dolgozik, hogy azonosítsa a zöld hidrogénben rejlő lehetőségeket a szén-dioxid-mentesítés felgyorsítására olyan ágazatokban, amelyek eddig nehezen haladtak előre, és csak most kezdjük látni, hogy ez a technológia milyen szerepet és pozíciót tölthet be a teherszállítási ágazat szén-dioxid-mentesítésében. Reméljük, hogy csatlakozik az RMI-hez és az Észak-amerikai Teherfuvarozási Hatékonysági Tanácshoz (NACFE) a hidrogénről a teherfuvarozásban október 8-án tartandó panelbeszélgetéshez.
