Die letzte Runde der "Wasserstoffwirtschaft" ist ein Hype, aber es gibt einen Platz für Wasserstoff

23. Dezember 2020 durch Michael Barnard

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In jüngster Zeit ist weltweit der Unsinn der „Wasserstoffwirtschaft“ aufgetaucht. CleanTechnica war nicht immun dagegen und musste Artikel, die über ihre Skier hinausgingen, entweder permanent herausziehen oder sie in eine differenziertere Perspektive bringen. Hilfe benötigen von CleanTechnica Bemühungen, eine klare Richtlinie für die Berichterstattung im Zusammenhang mit Wasserstoff festzulegen, und zum Nutzen anderer ist dies meine Ansicht, wo Wasserstoff wertvoll ist, möglicherweise wertvoll ist und überhaupt nicht von Nutzen ist.

Dies ergab sich zum Teil aus dem kürzlich von der Columbia University durchgeführten Seminar für nachhaltige Finanzen, das ich im Rahmen seiner Reihe zu diesem Thema anbieten sollte. Mark Townsend Cox vom New Energy Fund II, LP in Manhattan ist Co-Vorsitzender der Serie, und er hat mich gebeten, einen Beitrag zu leisten. Der Titel meines 90-minütigen Vortrags, der mit den hervorragenden Fragen der Teilnehmer näher an 2,5 Stunden kam, war Grünes Waschen, Nachhaltigkeitsbetrug und saubere Nachteile: Wie man sie erkennt. Die Folien, mit denen ich gesprochen habe, sind unter dem Titel für Interessenten verlinkt.

Ich hatte keine Folie speziell zu Wasserstoff aufgenommen, ein Versehen meinerseits, aber ich hatte eine Folie zu einer direkten Wasserstoff-Perpetuum-Bewegung, über die ich im Rahmen seiner Untersuchungen mit Kanadas nationalem Sender CBC gesprochen und in geschrieben habe CleanTechnica Sobald die Geschichte brach. Ich hätte allgemeiner auf Wasserstoff rutschen sollen, da es ein Gebiet ist, in dem es viel Grünwäsche gibt.

Dies bedeutet nicht, dass grüner Wasserstoff – Wasserstoff, der mit erneuerbarer Energie aus Wasser elektrolysiert wird – keine entscheidende Rolle spielt. Diese Rolle ist jedoch nicht annähernd so groß wie viele Regierungen und Industriegruppen behaupten. Es ist sicherlich nicht annähernd so groß, wie es die staatlichen Anstrengungen nahe legen.

Zusammenfassend wird grüner Wasserstoff notwendig sein, um den heute verwendeten Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen zu verdrängen, aber es werden nur begrenzte zusätzliche Nischenanwendungen vorhanden sein. Es wird kein wichtiger wirtschaftlicher Motor sein, es wird kein saisonaler Netzspeicher sein, es wird nicht in Häuser anstatt in Erdgas geleitet und es wird keinen Unterschied machen, wenn es mit Erdgas gemischt wird. Wie bei der mechanischen Kohlenstoffabscheidung und -bindung wird es am besten als PR und Lobbyarbeit der Branche für fossile Brennstoffe angesehen, um ihre Industrie und die Gasversorger aufrechtzuerhalten.

Bestehender Industriemarkt für Wasserstoff

Dies bedeutet nicht, dass kein großer Bedarf an grünem Wasserstoff besteht. Der globale Markt für Wasserstoff war 117,49 Milliarden US-Dollar im Jahr 2019. Die große Mehrheit der weltweiten Wasserstoffproduktion stammt aus der Dampfreformierung von Erdgas, die überwiegende Mehrheit aus der Kohlevergasung und ein winziger Teil aus der Elektrolyse. Die Beseitigung der 98%, die aus fossilen Brennstoffen stammen und heute in industriellen Prozessen verwendet werden, ist Aufgabe Nr. 1. Jene industrielle Anwendungen Dazu gehören unter anderem Legierungsmetalle, die Herstellung von Flachglas in der Elektronikindustrie, das Ätzen, Reinigen und Reduzieren.

Dieser Bereich erfordert ernsthafte Aufmerksamkeit und Konzentration. Die Umstellung auf umweltfreundliche Wasserstoffproduktion für bestehende Zwecke ist bei weitem die größte Marktchance.

Die zusätzlichen Bereiche, in denen Wasserstoff eine Rolle spielt oder das Potenzial hat zu spielen, sind Nischen, aber große Nischen. Alle drei erfordern erhebliche Investitionen in Forschung und Entwicklung sowie staatliche Unterstützung, aber das Hauptaugenmerk liegt nicht auf diesen Nischen, sondern auf Bereichen, in denen Wasserstoff nicht ernsthaft in Betracht gezogen werden sollte.

Kohlenstoffarmer Stahl und neue industrielle Prozesse

Die Reduktion von Eisenerz zu Stahl ist ein kohlenstoffreicher Prozess. Ein Wasserstoffprozess ist viel kohlenstoffärmer. Dies ist nützlich für neuen Stahl, der hergestellt werden muss, aber in Nordamerika verwenden wir bereits hauptsächlich elektrische Minimühlen, um Schrott zu neuem Stahl zu verarbeiten, einer Industrie, die ihre beiden größten US-Unternehmen hervorgebracht hat Gewinne in Höhe von 3,7 Milliarden US-Dollar zwischen ihnen im Jahr 2018. Elektrische Minimühlen können einfach mit einem durch erneuerbare Energien dekarbonisierten Netz betrieben werden, wie ich mit Mark Z. Jacobson besprochen habe. Angesichts der enormen Menge an Infrastruktur für fossile Brennstoffe, die im kommenden Jahrhundert rosten wird, gehe ich davon aus, dass der Großteil des weltweit verwendeten Stahls größtenteils aus dieser Quelle verschrottet wird, aber ich habe auch nicht die Zahlen angegeben (es ist auf meiner Liste für 2021, aber es ist eine lange Liste).

Siemens ist engagiert in a Demonstrationsgelände in Salzgitter, Deutschland, mit dem Stahlhersteller Salzgitter Flachstahl GmbH (SZFG) zu diesem Zweck. Sie errichten eine PEM-Elektrolyseeinheit zur Erzeugung von Wasserstoff für die Stahlherstellung vor Ort unter Verwendung von erneuerbarem Strom, um den Prozess durchzuführen. Die Wissenschaft ist solide, aber ich habe nicht die Wirtschaftszahlen wie bei kohlenstoffarmem Zement (wieder auf meiner Liste).

Industrielle Lösungen mit niedrigem CO2-Ausstoß sind ein Bereich, den ich noch untersuche. Ich habe bereits a gefunden (und arbeite damit) Negativer Kohlenstoff, stark profitabler Ersatz für die Herstellung von Bicarbonat als Ersatz für das Solvay-Verfahren durch 2,74 Tonnen CO2 pro Tonne Bicarbonat, Rohstoffe mit einem jährlichen Markt von 44 Milliarden US-Dollar. Es gibt zweifellos andere industrielle Anwendungen, von denen ich nicht weiß, wo die Chemie mit kohlenstoffarmem Wasserstoff anstelle von Alternativen mit höherem Kohlenstoffgehalt arbeiten kann, und die Forscher und Unternehmen, die in diesem Bereich streben, sollten diejenigen sein, die Aufmerksamkeit erregen.

Langstrecken-Seeschifffahrt

Frachtschiffe verwenden Bunkeröl, das neben CO2 Ruß erzeugt – unverbrannte Kohlenwasserstoffe mit einem Treibhauspotential (GWP), das kurzfristig das 4.470-fache von CO2 beträgt. Biokraftstoffe und synthetische Kraftstoffe produzieren ebenfalls Ruß und enthalten weniger CO2, jedoch kein CO2. Kurz- und Mittelstreckenversand wird sein Batterie elektrisch. Es sind bereits zu viele batterieelektrische Schiffe im Spiel, um Kurzstrecken zu zählen, so dass dies einfach so bleibt. Zyklen zum Be- und Entladen sowie eine normalerweise gute Stromversorgung der Häfen machen dies vollständig möglich, aber auf lange Sicht funktioniert die Energiedichtegleichung nicht so gut. Wasserstoff hat hier ein starkes Potenzial.

Die größte Brennstoffzelle ist jedoch noch weit von der Größe der Motoren der größten Langstreckenfrachtschiffe entfernt. Die gute Nachricht ist, dass viele Schiffsantriebe bereits dieselelektrisch sind. Daher ist es relativ einfach, den Diesel durch Brennstoffzellen zu ersetzen. Schiffe haben auch ein massives Volumen und eine enorme Tragfähigkeit, so dass der für Wasserstoff erforderliche Raum und die Tragfähigkeit vorhanden sind. Kleinere Anstrengungen, die sich zum größten Maßstab entwickeln, sollten unterstützt werden. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass Wasserstoff für Kurz- und Mittelstrecken wirtschaftlich ist, nur weil der Wirkungsgrad der Hin- und Rückfahrt so weit unter dem der Batterie liegt.

Dieser Bereich hat Potenzial, sollte aber mit zurückhaltender Skepsis behandelt werden.

Langstreckenflug

Passagier- und Frachtflüge in großer Höhe haben über die Grundmenge des ausgestoßenen CO2 hinaus sehr starke Auswirkungen auf die globale Erwärmung. In der Stratosphäre emittiertes CO2 hat einen höheren frühen Einfluss auf seinen Lebenszyklus in der Atmosphäre. Flugzeuge erzeugen Kondensstreifen, die nachts sehr starke Auswirkungen auf die Strahlungsantriebe haben, und sie emittieren Stickoxide in der Stratosphäre, die zusätzliche Auswirkungen auf die Treibhausgasemissionen haben. Die Kombination erfordert beide Betriebsänderungen, um Kondensstreifen zu minimieren, aber einen emissionsfreien Antriebsstrang.

Kurz- und Mittelstreckenflüge werden wieder batterieelektrisch sein Nordische Länder sind führend. Langstreckenflüge haben das Problem der Energiedichte, und Wasserstoff ist eine mögliche Lösung, aber auch hier ist noch viel Entwicklung erforderlich.

ZeroAvia ist ein vielversprechendes Startup mit einem Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antriebsstrang und plant, in einem Jahrzehnt Langstreckenantriebe zu erreichen. Es braucht Unterstützung, um dorthin zu gelangen, da es nicht in der Lage ist, in kürzeren Flugkategorien mit Batterieelektrik zu konkurrieren, aber ein elektrischer Brennstoffzellenantrieb für Langstrecken hat immer noch Potenzial.

Dieser Bereich hat Potenzial, sollte aber mit zurückhaltender Skepsis behandelt werden.

Jetzt für die Bereiche, in denen Wasserstoff nicht funktioniert

Wasserstoff als Speicher für Netzenergie macht keinen Sinn.

Der Wirkungsgrad der Hin- und Rückfahrt von Elektrizität über Wasserstoff zu Elektrizität beträgt wieder etwa 43%. Die Mathematik ist einfach. 80% Wirkungsgrad für die PEM-Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser (theoretisches Maximum ist 86%, aber der Branchendurchschnitt ist niedriger). 10% Verlust an Verteilung, Kompression und Leckageeffizienz. Brennstoffzellen mit einem Wirkungsgrad von 60%, um sie wieder in Strom umzuwandeln.

Lithium-Ionen-, Redox-Flow- und Pump-Hydro-Speicher liegen bei über 80%, was häufig zu niedrigeren Kapitalkosten führt. Wasserstoff ist als Stromspeicher unglaublich verlustbehaftet, und es gibt keine Möglichkeit, diesen Kreis zu quadrieren. Redox Flow und Pumped Hydro skalieren beide massiv und dominieren die Speicherung über das 4-8-Stunden-Fenster von Lithium-Ionen hinaus. Ich bin mit einer Firma mit einem Redox-Flow-Lösung Mit Kapitalkosten pro MW, die etwa die Hälfte des aktuellen LCOE von Lazard für den Redoxfluss ausmachen, weiß ich, dass der Raum erheblich verbessert werden kann.

Wasserstoff in bestehenden Erdgasleitungen macht keinen Sinn.

Wasserstoff versprödet harten Stahl. Infolgedessen ist es in europäischen Gasleitungen auf etwa 20% des Volumens und in nordamerikanischen auf etwa 4% begrenzt. Die Energiedichte nach Volumen ist jedoch viel geringer, wie Paul Martin kürzlich in erklärte CleanTechnicaDie tatsächliche Energie, die an das andere Ende gelangt, ist also ein Bruchteil der 20% oder der 4%. Hier geht es nicht darum, 20% oder 4% der CO2-Emissionen durch die Verwendung von Erdgas zu senken, sondern darum, eine winzige Handvoll zu reduzieren. Es ist Greenwashing.

Es macht keinen Sinn, reinen Wasserstoff in Häuser zu leiten.

Wie Martin erklärt, benötigt Wasserstoff das Dreifache der Energie, um Wasserstoff als Erdgas zu bewegen. Wasserstoff ist auch bei elektrischen Geräten ein viel heikleres Gas. Grundsätzlich sind keine vorhandenen Pipelines zweckmäßig und neue sind viel teurer. Dies bedeutet, dass alle Erdgasverteilungsleitungen herausgerissen und durch teurere Wasserstoffleitungen ersetzt werden müssten.

Stattdessen sind Induktionsherde und Wärmepumpen der Weg nach vorne. Elektrische Anschlüsse in Haushalten sind viel billiger und sicherer, Elektrogeräte nutzen erneuerbaren Strom viel effizienter als die Umwandlung in Wasserstoff, und es gibt keine im Handel erhältlichen Wasserstoffgeräte. SGN in Schottland wird kläglich scheitern eine Stadt in Wasserstoff umzuwandeln, um einen Grund für ihren Fortbestand zu finden, aber es ist der letzte Graben. Gasversorger werden den Weg des Dodo-Vogels gehen und nicht in H2-Versorger umwandeln.

Der Transport von Wasserstoff als Energiespeicher zwischen Ländern macht keinen Sinn.

Die HGÜ-Übertragung von Elektrizität wird der dominierende Energiepfad sein. Es gibt bereits einen Major In Australien wird ein Solarpark gebaut, der seine Stromerzeugung mit Unterwasser-HGÜ-Kabeln nach Singapur lieferteine Entfernung von rund 4.400 Kilometern. Nordafrikanische Sonnenenergie könnte das Mittelmeer unter Wasser unglaublich billig überqueren oder unter der Märtyrerbrücke vom 15. Juli am Bosporus aufgereiht werden. China hat ernsthaft vorgeschlagen ein globales HGÜ-Netz.

Das Komprimieren brennbarer physikalischer Substanzen und das Einbringen in Schiffe hat eine begrenzte Landebahn. Die globale LNG-Schifffahrt stößt bereits auf großen Gegenwind, sodass die globale Wasserstoffschifffahrt keine Zukunft hat.

Wasserstoff für den Bodentransport hat bereits verloren.

Wasserstoffautos sind bei ihrer Ankunft tot, da sie von Elektroautos weit übertroffen wurden. Wasserstoffbusse fielen aus, und Batterie-Elektrobusse dominieren. Tesla ist im S & P 500 und Nikola ist fest entschlossen, eine völlige Täuschung zu sein. Jede Form von Straßenfahrzeugen mit Rädern wird batterieelektrisch sein, nicht Wasserstoff.

Die Schiene ist bereits stark elektrifiziert. Jedes städtische Schienensystem, die überwiegende Mehrheit der regionalen Schienensysteme, alle Hochgeschwindigkeits-Personenzüge und ein Großteil des Güterverkehrs sind bereits mit Netzstrom elektrifiziert. 30.000 Kilometer Hochgeschwindigkeitszug in China sind vollelektrisch, weitere 8.000 stehen noch aus. Wasserstofffans verweisen gerne auf einen in Europa verkehrenden Wasserstoffzug, ignorieren jedoch die große Anzahl bereits existierender vollelektrischer Züge und das starke Wachstum batterieelektrischer Züge. Es ist trivial, einen oder drei Güterwagen hinter einer Lokomotive anzubringen, wenn Güterzüge bereits bis zu 2,8 Kilometer lang sind.

Wasserstoffbrennstoffzellenstapler machen <1% des globalen Gabelstaplermarktes aus und Batterieelektrische Modelle dominieren und wird weiterhin Marktanteile von Diesel essen.

Es gibt einige Behauptungen, dass ein Platz für Wasserstoffantriebe im Bodentransport für schwere Fahrzeuge mit sehr schweren Lastzyklen ist, die rund um die Uhr oder in der Nähe davon fahren. Ich persönlich sehe es nicht beim Hochgeschwindigkeitsladen, aber es besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass ein Marktsegment existiert. Das ist etwas Skeptisches, aber offen für zumindest die Möglichkeit, dass es realisierbar ist.

Warum stehen Regierungen hinter offensichtlich fehlgeschlagenen Wasserstoffwirtschaftsmodellen?

CleanTechnica berichteten über eine große Studie außerhalb Europas, die deutlich zeigt, woher die Impulse kommen: Lobbyarbeit in der Industrie für fossile Brennstoffe und PR-Bemühungen. Dies ist jedem rationalen Beobachter der Anstrengung klar. Gasversorger wie Fortis in BC und SGN in Schottland versuchen verzweifelt, einen Grund zu finden, um weiter zu existieren. Unternehmen für fossile Brennstoffe wollen immer mehr Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen verkaufen, unter dem Vorwand, dass die damit verbundenen massiven CO2-Emissionen erfasst und gebunden werden, ein Modell, das als „blauer Wasserstoff“ bekannt ist.

Schauen wir uns jedoch einige Zahlen an. Jedes Kilogramm Wasserstoff, das bei der Dampfreformierung von Erdgas entsteht, stößt 8-12 Kilogramm CO2 aus. Kohlevergasung schafft 18-20 Kilogramm CO2 für ein Kilogramm Wasserstoff. Es gibt keinen Ort, an dem dieses CO2 gespeichert werden kann. Ein Kilogramm Wasserstoff entspricht einer Gallone Benzin, das beim Verbrennen 9 kg CO2 erzeugt. Die fossile Brennstoffindustrie will Diesel, Benzin und Erdgas durch Wasserstoff ersetzen, der ebenso kohlenstoffintensiv ist.

Es gibt keine industriellen Prozesse, die dieses CO2 benötigen. Weltweit werden Projekte zur Kohlenstoffabscheidung und -bindung von der Industrie für fossile Brennstoffe finanziert, um eine soziale Lizenz für ihre fortgesetzte Betriebsfähigkeit zu erhalten und die Oberfläche ihrer Emissionen kaum zu zerkratzen. Die weltweit beste Anlage zur Kohlenstoffabscheidung und -bindung führt zu einer 25-fachen CO2-Emission wie das gebundene CO2, und das CO2 wird nur deshalb abgefangen, weil es in dem Erdgas enthalten ist, das sie abpumpen, und Norwegen hat etwa 1,7 Milliarden US-Dollar an Steuervergünstigungen bereitgestellt, um dies nicht zu tun Entlüften Sie es einfach. Die Industrie für fossile Brennstoffe gibt etwa 0,03% ihres Jahresumsatzes für die Kohlenstoffabscheidung aus. Das gesamte Geld, das für die Kohlenstoffabscheidung ausgegeben wurde, hätte viel größere CO2-Reduktionsemissionen verursacht, wenn es stattdessen für Wind und Sonne ausgegeben worden wäre. Die überwiegende Mehrheit der Kohlenstoffbindung dient der verbesserten Ölrückgewinnung, was zu einer 2-3-fachen CO2-Emission bei Nettogewinnung und -verbrennung führt.

Das ist "blauer Wasserstoff". Es ist genauso schwarz und schmutzig wie Öl, Gas und Kohle. Es kommt nicht sofort heraus. Der derzeitige Drang nach einer „Wasserstoffwirtschaft“ ist eher ein Versuch der Industrie für fossile Brennstoffe, sich selbst zu verewigen.

Was sollte die Richtlinie von CleanTechnica für die Berichterstattung über Wasserstoff sein?

• Stark bei der Verdrängung von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen für bestehende industrielle Zwecke mit grünem Wasserstoff, der durch erneuerbare Energien betrieben wird.
• Stark für neue industrielle Anwendungen, die Prozesse mit hoher CO2e-Intensität wie die Stahlherstellung aus Eisenerz verdrängen.
• Offen für die Langstreckenluftfahrt, aber etwas skeptisch.
• Offen, aber etwas skeptisch gegenüber der Langstrecken-Seeschifffahrt.
• Tief skeptisch gegenüber allem anderen im Wasserstoffraum.
• Verweisen Sie niemals auf die „Wasserstoffwirtschaft“ ohne Anführungszeichen, die auf ihre absichtliche Verwendung in den 2020er Jahren als PR-Artikel hinweisen.
• Verweisen Sie niemals auf "blauen Wasserstoff" ohne Anführungszeichen und einen Satz, der darauf hinweist, dass es sich um einen Greenwashing-Begriff handelt, der von der Industrie für fossile Brennstoffe verwendet wird.

Es gibt eine globale Wasserstoffindustrie im Wert von 120 Milliarden US-Dollar, aus der wir die Unternehmen für fossile Brennstoffe herauswerfen müssen. 3-4% des weltweiten Erdölverbrauchs entfallen auf die Langstreckenschifffahrt und die Luftfahrt. Weltweit stammen rund 8% der CO2e-Emissionen aus der Stahlerzeugung. Das ist mehr als genug für CleanTechnica zu berichten. Boosterismus für Wasserstoff außerhalb dieser Räume verewigt nur die falsche Industrie.

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