En la primera parte de esta serie, proyecté y expliqué la caída en picada de la demanda de hidrógeno proveniente de la refinación de petróleo y los fertilizantes, las mayores fuentes de demanda en la actualidad, hasta el 2100. En la segunda parte, exploré los segmentos de demanda plana y la única fuente de aumento de la demanda que veo para el hidrógeno en los próximos 20 años. En esta evaluación final, miro las grandes pero falsas esperanzas de una economía del hidrógeno: transporte, almacenamiento a largo plazo y calor.
Demanda de hidrógeno hasta 2100, por autor.
Transporte – 0 ascendiendo a 1 (un) millón de toneladas H2
Ésta es una de las grandes esperanzas de la industria actual de los combustibles fósiles y de un par de empresas automovilísticas que han logrado capturar a sus gobiernos en Corea y Japón. Sin embargo, no hay un lugar significativo para el hidrógeno o los combustibles sintéticos fabricados con él en el transporte terrestre. La electrificación es simplemente demasiado fácil, frecuente, barata y eficaz. El hidrógeno no puede competir fuera de pequeños nichos como los vehículos antiguos. Para la aviación de corta y media distancia, y el transporte marítimo de mercancías de corta y media distancia, el camino libre también es eléctrico por batería.
Eso solo deja el transporte marítimo de larga distancia y la aviación de larga distancia como áreas donde el hidrógeno podría tener un efecto. Mark Z. Jacobson y yo hablamos de esto en CleanTech Talk hace un año y medio. Su perspectiva era que para llegar a un mundo sin emisiones de carbono, el hidrógeno tendría que utilizarse para el transporte marítimo de larga distancia y la aviación.
Su perspectiva sobre el transporte marítimo era que necesitábamos eliminar el carbono negro, con su potencial de calentamiento global de 100 años de 1.055-2.240. Posteriormente, pasé un par de horas hablando con Hadi Akbari, un doctorado en ingeniería mecánica que ha pasado los últimos años de su fascinante carrera en dos continentes construyendo depuradores para embarcaciones pesadas. Así como las partículas se eliminan de las emisiones de las plantas de carbón, pueden eliminarse de las emisiones marinas, por lo que, en mi opinión, los biocombustibles con sus emisiones de carbono negro más bajas serán adecuados para su propósito. (Nota: esta es mi opinión después de hablar con Hadi e investigar más, no la opinión expresada por Hadi). Los biocombustibles utilizan la naturaleza para hacer la mayor parte del trabajo pesado y han avanzado sustancialmente durante la última década. No tiene ningún valor usarlos en el transporte terrestre, ya no consumen fuentes de alimentos y hay poca preocupación real de que compitan con la agricultura, aunque hay mucha preocupación expresada de todos modos.
En aviación, Jacobson señala acertadamente que tenemos que resolver las emisiones, pero es un problema difícil, con emisiones de CO2, emisiones de óxido nitroso (cualquier cosa que se queme en nuestra atmósfera combina el nitrógeno y el oxígeno en óxidos nitrosos) y el vapor de agua que crea estelas. . En una discusión con Paul Martin, está claro que tanto el almacenamiento de hidrógeno como las celdas de combustible tendrían que estar en el fuselaje, dejando mucho menos espacio para los pasajeros y el equipaje o agrandando el fuselaje con las consiguientes pérdidas de eficiencia, y creando una pesada carga de exceso de calor. de las pilas de combustible que las hace profundamente improbables. En su perspectiva, el hidrógeno se quemaría directamente en los motores a reacción en este modelo, y eso no eliminaría los óxidos nitrosos o el vapor de agua, por lo tanto, las estelas de condensación.
Una vez más, es probable que los biocombustibles bajos en carbono sean la solución aquí. Las versiones certificadas han existido desde 2011, después de todo, mientras que hay exactamente cero aviones de tren motriz de hidrógeno certificados en el mundo. Y las estelas requieren cambios operativos bastante mínimos, como un habitual Electronia lector que sostiene mis pies, señaló el fuego (y gracias por hacerlo, Hazel). Esos cambios operativos aún deben ser obligatorios para las aerolíneas, pero no es un problema tan significativo como había asumido originalmente.
Los biocombustibles se mejoran con algo de hidrógeno en algunos casos, y siempre habrá casos extremos en los que el hidrógeno persista, pero mi proyección para todos los modos de transporte, incluido el uso de biocombustibles, sigue siendo solo un aumento de 0 toneladas en la actualidad a un millón de toneladas al año. para 2100.
Almacenamiento a largo plazo – 0 aumentando a 1 (un) millón de toneladas
El hidrógeno también se proyecta como una solución para el dunkelflaute, largos períodos de tristeza en los que hay poco viento o sol. Sin embargo, solo se incluye en las categorías también ejecutadas de mis proyecciones para el almacenamiento en red, no en las tres tecnologías principales.
Proyección de la capacidad de almacenamiento de la red hasta 2060 por categorías principales por autor
Incluso allí, no va a ser un gran jugador en la categoría también corrió, luchando por las eliminatorias con todos los demás contendientes que están muy atrás en el pelotón. Algunas de las razones son las mismas de siempre. Es ineficaz, ineficiente y será mucho más caro. Pero más que eso, la necesidad simplemente no existe a menos que asuma que aún no se están produciendo muchas otras soluciones.
La transmisión de corriente continua de alto voltaje (HVDC) ha existido desde la década de 1950, pero en 2012 finalmente resolvieron un importante inhibidor técnico para su uso a gran escala. A pesar de la presencia de múltiples redes en los continentes que ya comparten electricidad con conexiones asíncronas HVDC entre redes sincronizadas de corriente alternativa de alto voltaje (HVAC), a pesar de los enormes proyectos de construcción de HVDC en curso, planificados y propuestos, a pesar de que la electricidad ya se transmite hoy a largas distancias con mucha Más HVAC con pérdidas, muchas personas parecen pensar que la electricidad no se transmitirá desde las energías renovables entre los extremos opuestos de los continentes e incluso a través de los continentes.
La electricidad ya fluye de África a Europa a través del Estrecho del Bósforo. Ampliar eso con grandes tuberías HVDC de instalaciones solares y parques eólicos en el norte de África es trivial, al igual que conseguir más tuberías HVDC para aliviar el atasco de la energía eólica marina del Mar del Norte en los centros de población de Europa es sencillo y se está construyendo.
Las energías renovables son baratas de construir y, al igual que con cualquier otra forma de generación eléctrica, excepto la nuclear, se construirán en exceso y funcionarán por debajo de su capacidad parte del año.
Estrategias de gestión de la demanda vs proyección V2g por autor
Y la aparición de la electrificación masiva aumenta la capacidad de gestionar la demanda a escalas mucho mayores.
La suposición de la necesidad de almacenamiento a largo plazo presupone fronteras geográficas estrechas, un concepto arcaico de independencia energética en un mundo de comercio global y vecinos activamente hostiles. Liebreich y yo comenzamos esta conversación en línea, con su salva de apertura siendo una pregunta sobre si Japón alguna vez aceptaría los enlaces HVDC propuestos con China, a lo que respondo ahora que China ya representa el 20% del comercio anual de Japón, entonces, ¿por qué la electricidad es diferente? ?
Es probable que Alemania sea el único atípico en este espacio. Tienen depósitos de sal subterráneos que pueden convertir en cavernas, también tienen una extraña historia de amor con el hidrógeno, y dunkelflaute, que es una palabra alemana, no es una coincidencia. Si alguien construye un almacenamiento de hidrógeno significativo, probablemente serán ellos.
Como resultado, mi proyección de la demanda global de hidrógeno para el almacenamiento de electricidad aumenta de efectivamente cero toneladas hoy a un millón de toneladas en 2100. Alguien desperdiciará el dinero, pero muy pocos.
Calefacción – 0 toneladas subiendo a… 0 (cero) toneladas
Y finalmente, la calefacción, la amada esperanza de las empresas de servicios públicos de gas natural en todo el mundo, todas las cuales están presionando arduamente para convencer a los gobiernos de que les permitan enviar hidrógeno a hogares y edificios para reemplazar el gas natural, y para permitirles inyectar pequeñas cantidades de hidrógeno en las plantas naturales existentes. líneas de gas para producir reducciones de emisiones cercanas a cero.
En la actualidad, no existen hornos o estufas domésticos de hidrógeno certificados. La red de distribución de gas natural existente tendría que ser reemplazada por completo para manejar hidrógeno. Los desafíos actuales con las fugas de gas natural se multiplicarían enormemente por las fugas de hidrógeno debido al pequeño tamaño de la molécula. SGN en Escocia está intentando modernizarse 300 viviendas en Fife con electrodomésticos de hidrógeno de forma gratuita, uno de los muchos esfuerzos que realizan las empresas de servicios públicos en todo el mundo, cuya vida está terminando rápidamente.
No, lo que sucederá es que toda esa infraestructura de distribución de gas natural será empujada a miniacerías eléctricas para crear acero para cosas útiles, y el mundo se convertirá en bombas de calor y estufas de inducción.
Mi proyección para la demanda global de hidrógeno para calefacción es efectivamente de cero toneladas hoy, y se mantiene por debajo de un millón de toneladas hasta 2100 que se redondea a cero.
Y esa es la proyección. Es defectuoso, por supuesto, pero no fatal en mi opinión. Es mi primera iteración de la proyección y me ha resistido escribir 4.000 palabras en tres artículos que la explican, así que ahí está. Pero al igual que con mis proyecciones sobre el almacenamiento en la red y el vehículo a la red, lo ofrezco para crear una discusión útil sobre en qué se convertirá el mundo, y le doy la bienvenida a los desafíos.
La demanda de hidrógeno en la actualidad es de dos tercios para la refinación de petróleo y la fabricación de fertilizantes. Ambos usos van a caer precipitadamente en las próximas décadas. El único área de crecimiento, el acero, no los reemplazará, en mi opinión. El hidrógeno verde solo tiene que reemplazar los dos tercios útiles de la demanda de hidrógeno que se observa hoy en día, y crecer hasta el 75% de la demanda de 2021 para 2100 para satisfacer todas las necesidades.
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