Kendaraan sel bahan bakar hidrogen telah dipasarkan oleh perusahaan seperti Hyundai, Honda dan Toyota, serta beberapa perusahaan China lainnya. Tetapi transpor bukanlah satu-satunya arah energi hidrogen.
Selama berita terkenal beberapa tahun terakhir tentang miniatur "ubin surya", tentang turbin angin lepas pantai yang besar, tentang penyimpanan bawah tanah CO2, tentang perangkat penyimpanan Tesla, dan kesenangan lain dari Energiewende (transisi energi), hal itu belum terlalu terbaca, tetapi gemuruh badai baru dari jauh dari semua pemasok minyak tradisional sudah terdengar. listrik dan gas. Badai ini dapat melintas di kejauhan, atau dapat menghancurkan seluruh bisnis tradisional raksasa energi dan, pada saat yang sama, perekonomian negara-negara pengekspor hidrokarbon, atau dapat menjadi hujan pemberi kehidupan, mendukung munculnya ekonomi baru.
Serangan baru ini hanyalah elemen paling umum di alam semesta. Hidrogen. Beberapa prakiraan seputar elemen ini dalam tiga puluh tahun akan ada industri dengan omset tahunan dua setengah triliun dolar dan tiga puluh juta pekerjaan, yang akan mampu menggantikan hampir 20% bahan bakar fosil dari ekonomi dunia.
Mari kita coba mencari tahu kemungkinan besar skenario ini.
Dari mana dia datang?
Sejak Lavoisier menamai hidrogen dua ratus tiga puluh lima tahun yang lalu, dia telah mampu menempati posisi penting dalam industri. Hidrogen digunakan untuk menghasilkan metanol, amonia dan margarin yang dapat dimakan, dan minyak diproses dengannya. Tidak mungkin untuk "mengambil dari alam" hidrogen dalam bentuknya yang murni, sehingga zat lain harus diproses - metode utama produksinya terus menjadi pembentukan uap hidrokarbon. Dunia memproduksi sekitar enam puluh lima juta ton hidrogen hanya dalam setahun (jika kita bandingkan: gas alam diproduksi hampir empat puluh kali lebih banyak).
Kami menarik perhatian pada sifat khusus hidrogen sebagai bahan bakar di pertengahan abad lalu - panas pembakarannya beberapa kali lebih tinggi daripada bahan bakar bensin, gas alam, atau solar dengan massa yang sama, dan tidak ada emisi yang dihasilkan, hanya uap air. Di Amerika Serikat pada tahun 1970, terdapat publikasi tentang pengalihan transportasi ke bahan bakar hidrogen, pada saat yang sama istilah "ekonomi hidrogen" menjadi populer - ini adalah semacam gambaran masa depan, di mana kota-kota Amerika sama sekali menjauh dari "ekonomi hidrokarbon", hidrogen digunakan sebagai bahan bakar untuk rumah, mobil, pembangkit listrik, dan energi disimpan dengan hidrogen dan diproduksi dengan angin dan matahari jika diperlukan. Dengan kata lain, ekonomi hidrogen didasarkan pada hidrogen sebagai pembawa energi paling ramah lingkungan dan serbaguna yang menghubungkan tenaga panas,sektor kelistrikan dan transportasi. Segera, krisis minyak tiba, dan pengembangan transportasi hidrogen menjadi semakin penting. Jadi, misalnya, di Uni Soviet pada 1980-an muncul minibus "hidrogen" dari RAF, sebuah pesawat yang didasarkan pada Tu-154, dan mesin roket hidrogen untuk "Energia". Nasib proyek ini tidak menyenangkan - misalnya, dibutuhkan setidaknya sepertiga dari volume kompartemen penumpang yang berguna untuk dialokasikan untuk tangki bahan bakar di pesawat, yang sangat mempengaruhi biaya transportasi. Di dalam pesawat, setidaknya sepertiga dari volume kompartemen penumpang yang berguna harus dialokasikan untuk tangki bahan bakar, yang sangat mempengaruhi biaya transportasi. Di dalam pesawat, setidaknya sepertiga dari volume kompartemen penumpang yang berguna harus dialokasikan untuk tangki bahan bakar, yang sangat mempengaruhi biaya transportasi.
Video promosi:
Mengapa belum berhasil?
Tidak ada transisi global transportasi ke hidrogen pada abad kedua puluh - biaya satu kilometer menggunakan hidrogen jauh lebih tinggi daripada biaya bahan bakar konvensional. Alasan utamanya adalah biayanya yang tinggi: memproduksi hidrogen dari hidrokarbon (steam reforming) atau air (elektrolisis) membutuhkan banyak energi. Selain itu, pembentukan kembali uap hidrokarbon disertai dengan pelepasan gas rumah kaca - CO2, untuk memerangi yang, antara lain, diarahkan untuk mengalihkan transportasi ke hidrogen. Produksi hidrogen menggunakan elektrolisis (penguraian air menjadi oksigen dan hidrogen menggunakan listrik) ternyata lebih mahal daripada reformasi uap, dan untuk menghasilkan listrik yang dibutuhkan, bahan bakar harus dibakar dengan semua emisi. Semua ini mengurangi sedikit minat awal,dan ekonomi hidrogen secara keseluruhan, hingga akhir abad ke-20, hanya tetap menjadi "citra masa depan".
Apa yang berubah?
"Peralihan energi" dalam industri tenaga listrik global menyebabkan perkembangan pesat energi terbarukan pada tahun 2000-an - 2010-an, terutama pembangkit tenaga surya dan angin. Biaya teknologi ini terus menurun (nilai listrik saat ini dari pembangkit tenaga surya dan angin di Amerika Serikat, menurut Lazard, turun 70-80% pada 2009-2016). Pasar berkembang pesat (pada 2016, menurut IRENA, 71 GW pembangkit listrik tenaga surya fotovoltaik dan 51 GW pembangkit listrik tenaga angin ditugaskan di dunia, dan pada 2017, masing-masing 90 dan 40 GW, diharapkan akan dikonfirmasi) - jadi, Hanya dalam dua tahun terakhir, lebih banyak kapasitas pembangkit tenaga angin dan matahari telah ditugaskan di dunia daripada kapasitas total semua pembangkit listrik Sistem Energi Terpadu Rusia.
Investasi tahunan di sektor ini berjumlah lebih dari $ 250 miliar - dua kali lipat investasi dalam pembangkit bahan bakar fosil. Catatan harga energi surya di Meksiko, Dubai, Peru, Abu Dhabi, Chili, Arab Saudi, energi angin di Brasil, Kanada, Jerman, India, Meksiko, dan Maroko mencapai level sekitar 1,7 rubel per kWh (jika membandingkan: penduduk Moskow dan wilayah tersebut membayar dua hingga tiga kali lebih banyak untuk listrik di rumah mereka).
Seperti yang diprediksikan oleh Badan Energi Internasional, pada tahun 2040 pangsa pembangkit listrik dari pembangkit listrik tenaga surya dan angin di dunia akan berkisar dari 13% menjadi 34% (pada 2016 - 5%). Jelas terlihat bahwa pangsa sumber-sumber ini di beberapa daerah akan lebih besar lagi.
Jadi, industri kelistrikan semakin beralih ke sumber pembangkit yang stokastik dan bergantung pada waktu dan kondisi iklim. Dampak fluktuasi pembangkitan di pembangkit listrik tenaga angin dan matahari (ketika matahari tiba-tiba berhenti bersinar dan angin bertiup) pada sistem tenaga, jika bagiannya di wilayah tersebut tinggi, sebanding dengan pengaktifan / penonaktifan CHP yang besar secara kacau - beberapa kali sehari. Selain itu, terkadang stasiun-stasiun ini menghasilkan jauh lebih banyak daripada yang dibutuhkan oleh semua konsumen sistem tenaga, dan kemudian biaya listrik ternyata "negatif" - berita seperti itu datang secara teratur dari Jerman, misalnya.
Kami belajar bagaimana mengatasi fluktuasi tersebut dengan menciptakan perangkat penyimpanan energi yang "mengisi" selama periode energi berlebih dan "melepaskan" selama periode kekurangan energi. Jika pada abad ke-20 peran perangkat penyimpanan tersebut hanya dimainkan oleh stasiun penyimpanan yang dipompa, maka perangkat penyimpanan elektrokimia saat ini secara aktif berkembang, yang paling terkenal adalah proyek "segar" Tesla di California dan Australia. Navigant Research memperkirakan peningkatan komisioning tahunan kapasitas penyimpanan untuk sumber energi terbarukan dari sekitar 2 GW pada 2018 menjadi 24 GW pada 2026 - dua belas kali lipat dalam delapan tahun. Pendapatan tahunan di pasar ini akan tumbuh secara proporsional menjadi $ 24 miliar pada tahun 2026.
Meningkatnya kebutuhan penyimpanan energi membuat orang berpikir kembali tentang hidrogen.
Energi terbarukan - di pompa bensin
Hidrogen dapat diproduksi dengan elektrolisis sebelumnya, tetapi kemudian perlu menggunakan energi pembangkit listrik termal tradisional yang membakar bahan bakar. Jika menyangkut kelebihan dan kekurangan listrik dari pembangkit tenaga surya dan angin, bebas emisi CO2, mengapa tidak mengubahnya menjadi hidrogen, yang dapat digunakan sebagai bahan bakar bersih, misalnya, untuk mobil? Selain itu, ini akan memungkinkan untuk meninggalkan hidrokarbon sebagai bahan baku produksi hidrogen. Banyak perusahaan inovatif di Eropa dan dunia mengikuti jalan ini dengan tepat. ITM Power yang berbasis di Inggris berpartisipasi dalam proyek Hydrogen Mobility Europe (H2ME), yang bertujuan untuk meluncurkan jaringan dua puluh sembilan stasiun pengisian hidrogen di sepuluh negara Eropa pada tahun 2019.yang akan melayani dua ratus mobil sel bahan bakar hidrogen dan seratus dua puluh lima truk hibrida. Nilsson Energy Swedia mengkhususkan diri dalam solusi terisolasi jaringan yang menggunakan energi matahari dan angin untuk menghasilkan dan menyimpan hidrogen dan menggunakannya untuk bahan bakar mobil dan bangunan listrik.
Kendaraan sel bahan bakar hidrogen telah dipasarkan oleh Honda, Toyota, Hyundai dan sejumlah perusahaan Cina. Visi target konsorsium Dewan Hidrogen internasional, yang didirikan di Davos pada tahun 2017 oleh perusahaan industri terbesar di bawah kepemimpinan Toyota, adalah lebih dari 400 juta mobil penumpang, 15-20 juta truk, 5 juta bus yang menggunakan hidrogen pada tahun 2050 (yaitu, sekitar 20-25% dari total). 78% eksekutif otomotif global yang disurvei oleh KPMG pada 2017 percaya kendaraan semacam itu akan menjadi terobosan di sektor kendaraan listrik, membayangi mobil bertenaga baterai.
Tapi transportasi jauh dari satu-satunya arah.
Hidrogen ke setiap rumah
Sel bahan bakar stasioner (sel bahan bakar) - teknologi yang berkembang secara dinamis yang memungkinkan Anda menerima energi listrik dan panas dari hidrogen atau gas alam langsung di area rumah atau di ruang bawah tanah rumah. Hanya ada satu emisi saat menggunakan hidrogen - air bersih yang dapat digunakan untuk AC. Unit modular kompak seukuran lemari es benar-benar sunyi. Menurut ramalan Navigant Research, kapasitas sel bahan bakar stasioner akan bertambah dari 500 MW pada 2018 menjadi 3000 MW pada 2025.
Instalasi semacam itu dikombinasikan dengan sumber energi terbarukan, elektroliser, unit penyimpanan energi dan memungkinkan Anda membuat sumber pasokan energi otonom lengkap untuk rumah tangga. Biaya listrik saat ini dari sel bahan bakar gas alam di Amerika Serikat, menurut Lazard ($ 106-167 per MWh), sudah kira-kira sama dengan indikator pembangkit listrik tenaga nuklir ($ 112-183 per MWh) dan batu bara ($ 60-231 per MWh). dan kurang dari nilai sekarang dari panel surya atap individu ($ 187–319 per MWh). Di Jepang, berkat subsidi pemerintah yang besar, sudah ada lebih dari 120.000 instalasi serupa pada tahun 2014, dan nilai targetnya lebih dari 1 juta pada tahun 2020 dan lebih dari 5 juta pada tahun 2030.
Ketika teknologi menjadi lebih murah (produksi massal, standardisasi) dan mencapai swasembada, pemerintah Jepang berencana untuk mulai memperkenalkan sel bahan bakar hidrogen - ini diharapkan akan terjadi pada tahun 2030. Sel bahan bakar tidak diragukan lagi merupakan segmen paling penting yang menjanjikan dari teknologi energi terdistribusi, yang potensinya di Rusia, menurut sebuah studi baru-baru ini oleh Pusat Energi Sekolah Skolkovo, cukup untuk memenuhi setidaknya setengah dari kebutuhan pembangkit kapasitas pada tahun 2035.
Tenaga ke Gas
Hidrogen yang diperoleh dari sumber energi terbarukan dapat dicampur ke dalam jaringan transmisi dan distribusi gas. Stasiun semacam itu telah beroperasi di Frankfurt am Main sejak 2014, menambahkan hingga 2% hidrogen ke jaringan distribusi gas lokal (pembatasan kandungan hidrogen memungkinkan untuk tidak mengubah apa pun baik di jaringan atau di konsumen). Ada beberapa benda serupa di Jerman, juga ditemukan di Italia, Denmark, Belanda. Terkadang hidrogen dicampur menjadi biogas, meningkatkan nilainya.
Di Inggris, hidrogen secara serius dianggap sebagai cara untuk secara drastis mengurangi emisi dari rumah tangga (85% rumah tangga di negara tersebut membakar gas alam untuk pemanasan). Untuk kota Leeds, dengan populasi lebih dari 780.000 orang, pada tahun 2017, penilaian terperinci atas kebutuhan investasi dilakukan untuk konversi lengkap sistem pasokan gas menjadi hidrogen - mulai dari penggantian boiler di konsumen hingga pembuatan penyimpanan hidrogen bawah tanah dan unit reformasi uap. Jumlah investasi diperkirakan seratus enam puluh miliar rubel. Proyek ini akan ditingkatkan ke seluruh negeri, terutama karena kota-kota di Inggris selama abad ke-19 dan paruh pertama abad ke-20 sudah menggunakan "gas kota" buatan yang mengandung hingga 50% hidrogen. Sementara itu, perusahaan gas berencana untuk meningkatkan porsi hidrogen secara bertahap hingga 20%,menghindari rekonstruksi skala besar jaringan gas dan boiler di konsumen.
Sejak 2013, perusahaan Jepang telah berdiskusi dengan RusHydro kemungkinan membuat pabrik produksi hidrogen di Timur Jauh Rusia menggunakan teknologi power-to-gas untuk ekspor. Perhitungan pihak Jepang didasarkan terutama pada penggunaan listrik murah dari pembangkit listrik tenaga air. Berdasarkan kesepakatan yang ditandatangani di Eastern Economic Forum pada musim gugur 2017, Kawasaki Heavy Industries akan memperbarui studi kelayakan untuk proyek ini. Seiring dengan berkembangnya infrastruktur di Timur Jauh dan biaya elektrolisis dan teknologi logistik hidrogen menurun, minat dalam proyek semacam itu jelas hanya akan tumbuh. Melihat besarnya potensi energi terbarukan di kawasan ini, kemunculan proyek-proyek ekspor yang menjanjikan dapat diprediksi di sini.
Hidrogen - integrator kimia dan energi gas
Tetapi proyek yang paling mengesankan sekarang berada di utara Belanda. Di wilayah ini, yang terletak tepat di atas ladang gas Groningen (penyebab "penyakit Belanda"), energi biogas telah berkembang pesat selama beberapa tahun. Sudah lima tahun lalu, mobil melaju di jalanan dengan gas groen - biometana yang dihasilkan di sini dari limbah industri pertanian di wilayah dengan luas dua Moskow. Tidaklah mengherankan bahwa di sinilah, dengan dukungan Uni Eropa, proyek Chemport Eropa diluncurkan setahun yang lalu, tujuan utamanya adalah untuk menciptakan cluster kimia gas yang lengkap yang beroperasi secara eksklusif pada sumber daya biologi lokal dan hidrogen dengan emisi CO2 nol. Biomassa kayu diproses, karbohidrat yang terbentuk dalam proses tersebut digunakan dalam kimia. Listrik dari turbin angin lepas pantai diubah menjadi hidrogen dan oksigen oleh elektroliser. Oksigen dan hidrogen digunakan dalam kimia, dan oksigen juga terlibat dalam gasifikasi biomassa yang diproses dari lahan lokal seluas lebih dari satu juta hektar. Gasifikasi memungkinkan untuk mendapatkan gas sintetis - campuran murni hidrogen, CO2 dan CO. Hidrogen murni dari turbin angin juga ditambahkan di sana. Dari gas ini, asam nitrat, metanol, etilen, propilena, butilena diperoleh - zat yang sepenuhnya dapat menggantikan minyak dan gas alam dari posisi stabilnya sebagai bahan mentah untuk industri kimia.yang dapat sepenuhnya menggantikan minyak dan gas alam dari posisi stabilnya sebagai bahan mentah untuk industri kimia.yang dapat sepenuhnya menggantikan minyak dan gas alam dari posisi stabilnya sebagai bahan mentah untuk industri kimia.
Pemrakarsa proyek menyatakan keinginan mereka untuk mendekatkan biaya gas sintetis dengan biaya gas alam. Syngas dapat dikirim untuk pencairan (bio-LNG), diisi bahan bakar kendaraan dan digunakan untuk kebutuhan klasik lainnya.
Investasi awal dalam proyek ini adalah € 50 juta, dimana € 15 juta disediakan oleh hibah dari Uni Eropa.
Desa Olimpiade Hidrogen
Desa Olimpiade sedang dibangun di Tokyo untuk Olimpiade 2020, yang akan menerima hingga 17.000 tamu. Sumber energi utama di desa adalah hidrogen: mobil, pompa bensin, sel bahan bakar, panas dan listrik di rumah, gas di kompor dan ketel - semua ini akan dijalankan dengan hidrogen.
Apakah semuanya tidak berawan?
Di antara para skeptis energi hidrogen tidak hanya konservatif, tetapi juga, misalnya, Elon Musk (meskipun, tentu saja, ia memiliki konflik kepentingan: baterai lithium-ion Tesla adalah pesaing langsung teknologi tenaga-ke-gas). Ini menunjukkan bahaya penanganan hidrogen selama penyimpanan: kebocoran hampir tidak mungkin dideteksi dan ada potensi campuran yang dapat meledak terbentuk. Beberapa warga Tokyo telah menyatakan keprihatinan serupa. Apakah mungkin untuk memecahkan masalah ini secara efektif dan murah dengan latar belakang perkembangan teknologi yang bersaing, waktu akan menjawabnya. Sementara itu, stasiun pengisian bahan bakar hidrogen terus bermunculan di pusat-pusat ibu kota dunia.
Taruhan telah ditempatkan
Sejauh ini, investasi global dalam energi hidrogen diperkirakan sekitar € 0,85-1,4 miliar per tahun, menurut berbagai perkiraan. Konsorsium Dewan Hidrogen berencana untuk menginvestasikan $ 13 miliar selama lima tahun dalam jaringan stasiun pengisian hidrogen dan mobil hidrogen. Menurut Departemen Energi AS, sektor sel bahan bakar telah mempekerjakan 16.000 warga (dengan potensi pertumbuhan hingga 200.000), dan dukungan keuangan dari anggaran pemerintah AS telah mencapai sekitar $ 100 juta setahun selama bertahun-tahun. Beberapa lusin perusahaan, pusat penelitian, dan universitas di seluruh dunia bekerja untuk mengurangi biaya teknologi hidrogen, khususnya, tujuannya adalah untuk mengurangi biaya produksi hidrogen dengan elektrolisis dari $ 11,5 menjadi $ 5,7 per kilogram,serta mengurangi biaya sel bahan bakar (tiga sampai lima kali) dan penyimpanan hidrogen (dua sampai tiga kali). Jelas, ketika tujuan ini tercapai, "ekonomi hidrogen" akan lebih dekat dengan kita daripada yang dapat dibayangkan sekarang.
Bagaimana hal ini akan mempengaruhi pasar minyak dan gas global? Apa artinya ini bagi ekonomi Rusia? Bagaimana kita menemukan tempat kita di dunia ekonomi hidrogen? Semua ini adalah pertanyaan, yang jawabannya perlu dipersiapkan sekarang.
