Rulați pe mai puțin cu ajutorul pilelor de combustie cu hidrogen – RMI

Rulați pe mai puțin cu ajutorul pilelor de combustie cu hidrogen

Publicat inițial pe ACT news.

Deși vehiculele cu pile de combustie cu hidrogen (FCEV) există încă din anii 1960, acestea au apărut recent ca o soluție potențială pentru decarbonizarea transportului greu. Nikola Motors tocmai a anunțat că a obținut o finanțare de 1 miliard de dolari pentru tehnologia sa de vehicule pe bază de hidrogen, adăugând noi parteneri importanți, printre care CNHI și Bosch. La începutul acestui an, compania a lansat, de asemenea, o foaie de parcurs îndrăzneață pentru 700 de stații de alimentare cu combustibil la nivel național și a obținut un parteneriat pentru 800 de vehicule cu Anheuser-Busch pentru a contribui la decarbonizarea flotei sale de transport de marfă. Ce face ca FCEV-urile să fie o alegere bună pentru decarbonizarea transportului greu? Să examinăm asemănările, avantajele și provocările FCEV-urilor în comparație cu camioanele convenționale cu combustie internă.

Este la fel, doar că mai bine

Unul dintre avantajele FCEV-urilor este că hidrogenul folosește o infrastructură de alimentare cu combustibil care este similară cu cea a camioanelor convenționale. Acest lucru înseamnă că FCEV-urile ar putea fi realimentate în stațiile de camioane existente în întreaga țară, iar experiența de realimentare ar fi similară. Un camion poate fi alimentat cu hidrogen în mai puțin de 15 minute, iar procesul de alimentare a unui FCEV este similar cu cel de alimentare a unui camion diesel; hidrogenul gazos este pompat în rezervorul vehiculului folosind o pompă de benzină și o duză care este similară cu o pompă diesel tradițională.

Un alt avantaj este densitatea energetică a hidrogenului. Motorina are o densitate energetică de 45,5 megajouli pe kilogram (MJ/kg), ușor mai mică decât cea a benzinei, care are o densitate energetică de 45,8 MJ/kg. În schimb, hidrogenul are o densitate energetică de aproximativ 120 MJ/kg, de aproape trei ori mai mare decât cea a motorinei sau a benzinei. În termeni electrici, densitatea energetică a hidrogenului este egală cu 33,6 kWh de energie utilizabilă pe kg, față de motorină, care deține doar aproximativ 12-14 kWh pe kg. Ceea ce înseamnă, de fapt, că 1 kg de hidrogen, utilizat într-o celulă de combustibil pentru a alimenta un motor electric, conține aproximativ aceeași energie ca un galon de motorină. Luând acest lucru în considerare, Nikola susține că vehiculele sale pot obține între 12 și 15 mpg echivalent, cu mult peste media națională pentru un camion diesel, care este de aproximativ 6,4 mpg.

Transmisia electrică este, de asemenea, mai eficientă decât motoarele cu combustie internă. Cu un motor cu combustie internă, aproximativ 50% din energia generată este transferată în căldură; dar trenurile de rulare electrice pierd doar 10% din energia lor în căldură. Această diferență de eficiență arată cât de mult pierd consumatorii cu motoarele cu ardere internă mai puțin eficiente.

Prețul este un alt atribut atractiv al hidrogenului. Prețul motorinei se situează în prezent aproape de 3,00 dolari pe galon și, având în vedere reducerea recentă a producției de petrol din Arabia Saudită, este rezonabil să ne așteptăm la noi creșteri de preț pentru motorină. Dar în ceea ce privește hidrogenul, o analiză recentă a Bloomberg New Energy Finance sugerează că prețul de producție per kilogram pentru hidrogen ar putea fi de doar 1,40 dolari pe kilogram în aproximativ un deceniu.

Când vine vorba de transportul greu, greutatea contează. FCEV-urile oferă același cuplu ridicat care vine cu vehiculele electrice cu baterii, dar cu o greutate mai mică. Un exemplu este diferența de greutate estimată între Lion 8 electric cu baterii și Nikola One cu pile de combustie cu hidrogen; Lion 8 are un pachet de baterii de 480 kWh cu o autonomie de 250 de mile, ceea ce echivalează cu aproximativ 2-5 tone. Se estimează că un Nikola One, cu o autonomie de aproximativ 500-750 de mile, are un pachet de baterii de 250 kWh, care ar cântări probabil în jur de 2,5-3 tone.

Luând în considerare acești factori, există o cale clară pentru ca hidrogenul să fie un combustibil alternativ cu emisii reduse de carbon, cu costuri reduse și cu greutate redusă pentru camioanele grele. Cu toate acestea, camioanele FCEV nu sunt lipsite de provocări.

Nu este ușor să fii ecologist

Chiar dacă hidrogenul gazos nu are culoare sau miros, pentru a sprijini decarbonizarea transportului greu vom avea nevoie de hidrogen verde și de mult hidrogen. Hidrogenul verde, numit și hidrogen regenerabil, este hidrogenul care este obținut folosind numai energie regenerabilă, de obicei prin procesul de electroliză. Electroliza apei utilizează electricitatea pentru a separa apa în hidrogen gazos (H2) și oxigen (O2), transformând energia electrică în energie chimică. Există încă întrebări cu privire la rapiditatea cu care producția de hidrogen verde se poate extinde; capacitatea de producție a electrolizoarelor începe abia acum să crească semnificativ.

Principalele provocări legate de hidrogen se reduc la transport și depozitare. Hidrogenul este produs sub formă gazoasă și trebuie să fie stocat sub presiune sau lichefiat direct. Ambele procese necesită energie suplimentară, care poate fi sau nu din surse regenerabile. Există metode emergente care utilizează legături chimice (denumite de obicei purtători de hidrogen organic lichid) sau amoniac pentru a transporta hidrogenul într-o stare stabilă. Aceste metode nu necesită presiune sau lichefiere criogenică și, prin urmare, necesită mai puțină energie pentru a transporta și stoca hidrogenul. Cu toate acestea, tehnologia se află încă într-un stadiu relativ incipient de dezvoltare și nu este pregătită pentru a fi adoptată pe scară largă.

O altă soluție la provocările legate de transport și depozitare a fost concentrarea pe producția localizată. Nikola a încheiat un parteneriat cu Nel și Bosch pentru a livra o rețea de stații locale de producție a hidrogenului care utilizează surse de energie regenerabilă și electrolizoare, eliminând astfel lanțul logistic al aprovizionării convenționale cu motorină și benzină. În viitor, am putea, de asemenea, să folosim infrastructura de gaze naturale pentru a transporta hidrogenul, reducând astfel nevoia de dezvoltare a unei infrastructuri mari. Acest lucru ar putea oferi, de asemenea, un mijloc de a furniza hidrogen de la centrele de producție centrale, mai degrabă decât de la construcțiile localizate.

Un alt dezavantaj al hidrogenului este autonomia. Potrivit Nikola, autonomia unui camion cu pile de combustie este de 500-750 de mile, în funcție de încărcătură și de teren; camioanele Toyota Kenworth FCEV au o autonomie de aproximativ 300 de mile. Acest lucru pălește în comparație cu camioanele diesel, care pot parcurge mult peste 1.000 de mile fără realimentare. Cu toate acestea, având în vedere că șoferii sunt limitați la 500 de mile pe zi, este posibil ca acest factor să nu provoace o perturbare semnificativă a practicii standard.

Cât de curând este acum?

Chiar dacă există provocări, momentul pentru hidrogen este acum, și iată de ce:

Asistăm la o creștere a presiunii de reglementare și a cererii din partea industriei. Uniunea Europeană s-a angajat să elimine vehiculele pe benzină și diesel până în 2030. În același timp, standardele privind combustibilii curați și investițiile asociate în California și Canada creează baza politică pentru schimbare. Hyundai planifică o producție de până la 700.000 de FCEV-uri pe an până în 2030, iar Japonia vizează 800.000 de FCEV-uri până în 2030. Și, cu costuri tehnologice care se anticipează că vor atinge pragul de rentabilitate față de camioanele diesel pe mai multe piețe, există un impuls și investiții semnificative în hidrogen.

Cu cât mai multe proiecte care utilizează din ce în ce mai mult tehnologiile pilelor de combustie, cu atât mai mult potențial de reducere a costurilor și de investiții în această tehnologie. Angajamentul Chinei de a pune pe șosele 1 milion de vehicule cu pile de combustie până în 2030 (cu o investiție de 7,6 miliarde de dolari în camioanele de mare tonaj) oferă un potențial uriaș pentru progrese semnificative în ceea ce privește eficiența și punctele de cost pentru vehiculele cu pile de combustie.

Hidrogenul a mai avut parte de zori false, dar această alternativă cu emisii reduse de carbon este promovată de unele dintre cele mai mari companii de pe planetă din mai multe sectoare. Toyota Kenworth are o experiență îndelungată în dezvoltarea de camioane care utilizează tehnologia pilelor de combustie, iar în 2019 a adăugat 10 T680 care vor fi utilizate în portul Los Angeles și în tot sudul Californiei. Recent, Shell a investit masiv în electrolizoare de hidrogen la scară largă, care oferă o opțiune cu zero emisii de carbon pentru producția de hidrogen. La începutul acestei luni, Cummins a achiziționat o firmă producătoare de electrolizoare și pile de combustie lider de piață, Hydrogenics, pentru 290 de milioane de dolari. Toate acestea sunt semnale ale unui angajament serios din partea liderilor din industrie de a intra în spațiul hidrogenului și al pilelor de combustie.

Rocky Mountain Institute (RMI) lucrează pentru a identifica oportunitățile pentru hidrogenul verde de a accelera decarbonizarea în sectoarele care au avut dificultăți în a face progrese, și abia acum începem să vedem rolul și poziția pe care această tehnologie le poate avea în decarbonizarea sectorului de transport de marfă. Sperăm că vă veți alătura RMI și Consiliului Nord-American pentru Eficiența Transportului de Mărfuri (NACFE) pentru o discuție privind hidrogenul în transportul rutier pe 8 octombrie.

.