Elon Musk ha ragione o torto nel respingere l'uso di idrogeno per l'accumulo di energia a basse emissioni di carbonio?

Il contesto sta passando dall'energia fossile alle rinnovabili. Un aspetto chiave di questo è il trasporto tramite veicoli a benzina o diesel e il suo passaggio a motori elettrici azionati da batterie o idrogeno. L'industria dei combustibili fossili dovrebbe preoccuparsi dell'efficienza e del costo dei trasporti sostenibili, perché ciò determinerà la velocità della transizione che probabilmente influenzerà il declino della produzione di petrolio e forse l'industria petrolifera e del gas stessa.

Elon Musk conosce le batterie. Li costruisce: per spingere automobili e camion, da un reggilibro, a colossi su scala di rete che immagazzinano e stabilizzano l'energia elettrica per centinaia di case e imprese commerciali, dall'altro reggilibri.

La scorsa settimana, 12 maggio 2022, Musk ha detto l'idrogeno "è la cosa più stupida che potrei immaginare per l'accumulo di energia". Questa non è la prima volta, poiché Musk ha fatto commenti negativi simili negli ultimi anni. Alcuni anni fa, Musk ha detto ai giornalisti che le celle a combustibile a idrogeno erano "estremamente sciocche".

Lo stupido commento sullo stoccaggio dell'idrogeno era una dichiarazione radicale. Musk si riferiva allo stoccaggio di elettricità su scala di rete? O allo stoccaggio in veicoli elettrici: veicoli elettrici come auto, camion e autobus? O entrambi?

Diamo uno sguardo più approfondito alle applicazioni dell'energia dell'idrogeno e al suo ruolo nell'immagazzinare l'elettricità rispetto alle batterie.

Stoccaggio di idrogeno su scala di rete.

A prima vista, sembra che Musk stesse parlando di stoccaggio di elettricità su scala di rete, perché ha parlato di enormi serbatoi di idrogeno liquido o gassoso che sarebbe stato necessario per lo stoccaggio dell'idrogeno. Un altro rapporto supporta questo.

Ma non dimenticare le grandi batterie che Tesla
TSLA
anche le build su scala griglia sono enormi. All'epoca, il la batteria più grande del mondo è stato costruito da Tesla nel 2017, a Hornsdale, in Australia, per immagazzinare 100 Mega Watt (MW) di elettricità. Nel 2020 è stato aggiornato a 150 MW.

La batteria immagazzina e stabilizza l'energia dei parchi eolici che producono elettricità nell'Australia meridionale quasi priva di emissioni di carbonio. La batteria può alimentare 8,000 case per 24 ore o più di 30,000 case per un'ora.

Ma Musk potrebbe aver parlato dell'idrogeno come fonte di energia in auto e camion...

Energia a idrogeno per veicoli elettrici di auto e camion.

La fonte di energia di gran lunga più comune per i veicoli elettrici è l'elettricità immagazzinata nelle batterie.

Ma l'elettricità può provenire da una cella a combustibile chimica in cui l'idrogeno reagisce con l'ossigeno in una cella simile a una batteria per produrre elettricità e acqua. Esistono molti diversi tipi di celle a combustibile. Ma l'idrogeno è infiammabile e può causare incendi o esplosioni. Una cella a combustibile può essere pericolosa, soprattutto se un veicolo elettrico si schianta.

Le celle a combustibile a idrogeno presentano alcuni vantaggi: (1) densità di accumulo di energia molto maggiore rispetto alle batterie agli ioni di litio, (2) maggiore autonomia di guida, (3) più leggere e occupano meno spazio e (4) tempo di ricarica molto più breve.

In uno sconcertante commento su Twitter, il 1 aprile di quest'anno, Musk ha annunciato che avrebbe introdotto le auto Tesla che utilizzano celle a combustibile a idrogeno. Questo sembra essere un intelligente pesce d'aprile.

I vantaggi e gli svantaggi essenziali delle batterie per veicoli elettrici rispetto alle celle a combustibile a idrogeno sono stati documentati. Ecco un riassunto:

“Una moderna batteria per auto può immagazzinare 250 wattora di energia per ogni chilogrammo di ioni di litio. Un chilogrammo di idrogeno, nel frattempo, ha 33,200 di quei wattora per chilo. No, non è un errore. Sì, l'idrogeno è oltre 100 volte più denso di energia di una batteria agli ioni di litio".

“I veicoli elettrici alimentati a batteria sono straordinariamente efficienti. A seconda del modello, possono vantare un'efficienza da pozzo a ruota di circa il 70-80%. In confronto, un veicolo elettrico alimentato a celle a combustibile a idrogeno (FCEV) è decisamente parsimonioso, con un'efficienza complessiva compresa tra il 30 e il 35 percento... Resta il fatto che convertire l'elettricità in idrogeno solo per poi riconvertirla non sarà mai efficiente quanto l'alimentazione diretta di una batteria.

Secondo questo rapporto, il minor tempo di rifornimento è ciò che consente di risparmiare celle a combustibile a idrogeno. Le attuali stazioni di ricarica richiedono circa 6 ore per rifornire di carburante un semirimorchio a batteria con autonomia di 500 miglia. Ma Toyota e Kenworth hanno già semirimorchi a idrogeno che possono essere riforniti in 15 minuti. Questo è un punto di svolta per i trasporti a lungo raggio a zero emissioni di carbonio.

Camion a idrogeno di Hyzon.

Sebbene le batterie agli ioni di litio siano il mercato commerciale per passeggeri e altri veicoli elettrici leggeri, l'energia a idrogeno è in fase di test per il trasporto a lungo raggio con un sistema di propulsione più leggero.

Hyzon Motors è una società di Rochester, New York, quella sviluppa celle a combustibile e costruisce camion. Dopo 20 anni di ricerca, Hyzon ha creato pile di celle a combustibile che hanno la potenza più alta al mondo, sono più leggere di circa la metà e sono più economiche della metà.

I camion pilota avrebbero dovuto essere in circolazione entro quest'anno, 2022. Per il camion più piccolo, è possibile immagazzinare 5 bombole di idrogeno su un unico rack. Una seconda versione è progettata per contenere 10 bombole di idrogeno per viaggi più lunghi.

Altre esigenze di carburante a idrogeno.

Nella transizione dalle energie fossili verso le rinnovabili, esistono cosiddetti settori difficili da abbattere che non possono essere facilmente elettrificati per utilizzare elettricità verde.

Così come i camion a lungo raggio, gli aerei e le navi sono casi in cui le batterie sarebbero troppo grandi o troppo pesanti da trasportare. L'idrogeno contiene circa tre volte l'energia per chilogrammo di diesel o benzina.

I forni industriali a carbone sono troppo caldi o troppo costosi per essere riscaldati con elettricità verde. Al posto del carbone, del petrolio o del gas naturale, l'idrogeno può funzionare come combustibile per fornire l'immenso calore necessario negli altiforni per creare acciaio verde. Il produttore siderurgico svedese SSAB AB sta collaborando con Volvo Cars per sviluppare acciaio privo di fossili. Volvo sarà la prima azienda automobilistica a testare e utilizzare l'acciaio verde in una concept car. La produzione commerciale di acciaio verde dovrebbe iniziare nel 2026.

Idrogeno verde contro blu.

L'idrogeno verde è prodotto dall'elettrolisi dell'acqua, ma questo è inefficiente. Secondo Musk, la quantità di energia richiesta – elettricità che idealmente dovrebbe essere verde più energia per comprimere e liquefare l'idrogeno – è sbalorditiva.

L'idrogeno blu è una forma alternativa a base di gas metano. Il 99% dell'idrogeno prodotto oggi è idrogeno blu perché è molto più economico dell'idrogeno verde. Ma è una premessa falsa quando viene offerta come soluzione priva di emissioni di carbonio per il carburante o l'accumulo di energia.

Il gas metano viene utilizzato come materia prima nel processo di produzione dell'idrogeno blu. Il metano proviene dalla perforazione e dal fracking di pozzi di gas o petrolio, dove il gas flaring e le perdite di metano nei pozzi e negli oleodotti possono aumentare significativamente il riscaldamento globale. Quindi, un'energia fossile gassata viene utilizzata per produrre un idrogeno privo di carbonio dall'energia.

Ma non è esattamente privo di carbonio poiché la decomposizione chimica del metano porta all'idrogeno e a un sottoprodotto, la CO2, che di per sé è il principale gas serra (GHG) che deve essere smaltito.

Tra questi due aspetti negativi si trova un combustibile privo di carbonio che brucia per produrre solo acqua. Un modo per migliorare il processo consiste nell'ottenere la materia prima di metano da fonti di biogas come discariche o letame di vacca, per esempio.

L'idrogeno è portatile.

L'Agenzia Internazionale dell'Energia (AIE) ha indicato un altro vantaggio di stoccaggio dell'idrogeno. È compatto come un liquido e può essere trasportato con cura su lunghe distanze. Ad esempio, paesi come l'Australia con grandi fonti di energia rinnovabile solare ed eolica potrebbero produrre idrogeno mediante elettrolisi e trasportarlo su navi cisterna verso città affamate di energia nel sud-est asiatico.

Produzione di idrogeno nel New Mexico

BayoTech è un'azienda che effettivamente produce idrogeno nel Nuovo Messico. Il BayoGas Hub rivendica un generatore più piccolo ed efficiente che rende l'idrogeno più economico e con un'impronta di carbonio inferiore rispetto ai grandi impianti centralizzati che forniscono idrogeno ai produttori chimici e alle raffinerie.

Le materie prime possono essere gas naturale pulito o altre fonti di biogas rinnovabili che possono produrre idrogeno carbon-negativo.

Tre hub per l'idrogeno verranno implementati negli Stati Uniti nel 2022, con piani per espandere la rete nel Regno Unito e nel mondo. Ciascuno degli hub dell'idrogeno nella rete di BayoTech produce da 1 a 5 tonnellate di idrogeno ogni giorno. L'idrogeno viene consegnato localmente in rimorchi per il trasporto ad alta pressione che trasportano bombole di gas.

Per i loro piani di trasporto di massa, la città di Champaign-Urbana nell'Illinois ha una flotta in crescita di autobus elettrici ibridi e a celle a combustibile a idrogeno. La città ha schierato due autobus a celle a combustibile a idrogeno nel 2021.

Prima che il generatore di idrogeno in loco fosse completato. BayoTech è stata chiamata a fornire idrogeno portatile in camion ad alta pressione, che caricavano le celle a combustibile in modo che i dipendenti potessero testare gli autobus.

Secondo BayoTech, gli autobus a celle a combustibile a idrogeno funzionano come gli autobus diesel convenzionali, ma con zero emissioni di gas serra dallo scarico. I vantaggi rispetto ai motori elettrici a batteria includono un'autonomia di 300 miglia, un tempo di rifornimento di soli 10 minuti e stazioni di rifornimento che possono ospitare fino a 100 autobus.

È da notare che una grossa fetta di denaro - 8 miliardi di dollari - è stata stanziata nell'Infrastructure Act del 2021 per creare un ambiente pulito hub a idrogeno, un minimo di quattro di loro, negli Stati Uniti.

La visione dell'idrogeno di BP a Teesside, Regno Unito.

Nel 2020 bp si è reinventata come azienda integrata, come sintetizzato nel suo Energy Outlook 2020.

La loro ultima impresa rinnovabile è l'idrogeno Teesside, riferito a un hub industriale sulla costa nord-orientale dell'Inghilterra.

I la visione è per Teesside diventare un importante hub dell'idrogeno per il trasporto aereo, marittimo e degli autocarri pesanti, tutti settori in cui è difficile utilizzare l'alimentazione a batteria. Ma il concetto includerebbe anche l'energia per industrie difficili da abbattere come la produzione di cemento e acciaio.

Il piano originale, chiamato H2Teesside, doveva generare idrogeno blu per decomposizione del metano, CH4, mentre il biprodotto della CO2 verrebbe catturato e sepolto sotto l'oceano da un processo chiamato CCS.

La recente aggiunta di HyGreen elettrolizzerebbe l'acqua idrogeno verde e ossigeno. Questo è più costoso a causa del costo dell'elettrolisi e dell'elettricità pulita se utilizzata.

Bp ha firmato un'intesa con Dai
DAI
mler Truck per avviare l'infrastruttura necessaria per i camion a idrogeno a celle a combustibile nel Regno Unito.

I progetti Teesside di bp si integrano con gli obiettivi del governo del Regno Unito. Insieme, HyGreen e H2Teesside potrebbero generare 1.5 GW di produzione di idrogeno e fornire il 30% dell'obiettivo del governo di 5 GW entro il 2030.

Asporto.

Ci sono due grandi aspetti negativi che ostacolano i benefici dell'idrogeno blu e lo lasciano con un'impronta di carbonio significativa. L'idrogeno verde è troppo costoso in questo momento.

Secondo Rystad Energy, un'industria del carburante a idrogeno più economica e più ecologica, che ora è costosa, sarà troppo poco e troppo tardi. Entro il 2050, solo il 7% dell'energia globale sarà costituita da idrogeno per servire un'industria di nicchia per il rifornimento di aviazione, spedizioni e fabbriche di metalli e prodotti chimici.

Nonostante le limitate proiezioni di Rystad per il futuro dell'idrogeno e la condanna di Elon Musk dell'idrogeno come deposito di energia, sembra che l'idrogeno svolgerà un ruolo attivo nello stoccaggio di energia.

I progetti di idrogeno su piccola e larga scala sono in fase di pianificazione o sono già operativi e un'ulteriore innovazione consoliderà il valore dell'idrogeno come componente di nicchia di un futuro a basse emissioni di carbonio.