Adakah Hidrogen Tenaga Bersih Masa Depan?

Hidrogen adalah alternatif bersih kepada bahan api fosil kerana ia tidak mengeluarkan gas rumah hijau atau bahan pencemar. Walau bagaimanapun, menghasilkan hidrogen secara besar-besaran dan melaksanakannya dalam pelbagai sektor adalah tugas yang panjang dan mencabar. Tatal ke bawah untuk mengetahui tentang pasaran tenaga hidrogen, aplikasinya yang pelbagai dan unjuran masa hadapan.

Jadual Kandungan
Pasaran penjanaan hidrogen global
Kegunaan hidrogen
Masa depan hidrogen

Pasaran penjanaan hidrogen global

The global hidrogen pasaran penjanaan dijangka berkembang pada CAGR sebanyak 10.5% kepada USD 263.5 bilion menjelang 2027. Permintaan yang semakin meningkat untuk hidrogen bagi sel bahan api dalam kenderaan elektrik dan roket dalam industri aeroangkasa memacu pasaran ke hadapan.

Tambahan pula, dasar ekonomi di mana negara berikrar untuk mencapai penyahkarbonan global menjelang 2050 telah meningkatkan pertumbuhan pasaran. Pada tahun 2020, Kesatuan Eropah telah menubuhkan unik hidrogen dasar yang menyokong inisiatif pengeluaran hidrogen hijau.

Asia Pasifik dianggarkan sebagai pasaran terbesar untuk hidrogen generasi pada 2022, dengan China menyumbang bahagian terbesar. Siemens Energy (Jerman), ENGIE (Perancis), dan Linde plc (Ireland) ialah pemain global utama dalam ruang ini.

Artikel ini merangkumi semua yang pelabur perlu tahu tentang hidrogen sebagai sumber tenaga, aplikasinya dan masa depannya.

Apakah hidrogen?

Hidrogen ialah gas semula jadi dan salah satu unsur kimia yang paling banyak, menyumbang 75% daripada jisim alam semesta. Ia adalah alternatif yang lebih mesra alam kepada metana. Air, haiwan, tumbuhan, dan manusia semuanya mengandungi hidrogen atom. Walaupun ia ditemui dalam hampir semua makhluk hidup, hidrogen sebagai gas sangat terhad.

Hidrogen boleh dihasilkan daripada sumber yang berbeza, termasuk tenaga nuklear, biogas, gas asli, dan tenaga boleh diperbaharui seperti solar dan angin. Tetapi cabaran terbesar ialah memanfaatkan hidrogen sebagai gas secara besar-besaran untuk memacu perniagaan.

Mengapa hidrogen dianggap penting untuk masa depan?

Selama bertahun-tahun, gas asli digunakan untuk menjana haba dan elektrik di rumah dan perniagaan. Di AS, 47% rumah bergantung kepada gas asli dan 36% kepada elektrik, manakala 85% isi rumah di UK bergantung kepada gas.

Metana ialah konstituen utama gas asli yang diperoleh daripada medan minyak dan gas. Industri terus menggunakan gas asli kerana ia mudah didapati, kos efektif dan alternatif yang lebih bersih kepada arang batu, bahan api fosil paling kotor yang banyak negara bergantung pada sejarah untuk memanaskan dan menjana elektrik.

Apabila gas asli dibakar, ia menghasilkan tenaga yang berharga; bagaimanapun, ia mengeluarkan karbon dioksida ke atmosfera, menyumbang kepada perubahan iklim. Sebaliknya, hidrogen hanya mengeluarkan wap air sebagai hasil sampingan.

Bagaimanakah hidrogen hijau berbeza daripada hidrogen kelabu dan biru?

Hidrogen biru dihasilkan menggunakan sumber yang tidak boleh diperbaharui melalui dua kaedah berbeza. Kaedah yang paling biasa ialah reformasi metana wap, yang menghasilkan hidrogen pukal dan menyumbang kepada kebanyakan pengeluaran global. Pembaharu digunakan dalam kaedah ini untuk bertindak balas stim pada suhu dan tekanan tinggi dengan metana dan mangkin nikel.

Kaedah kedua ialah reformasi auto-terma, di mana oksigen, karbon dioksida, atau wap bertindak balas dengan metana untuk menghasilkan hidrogen. Kelemahan kedua-dua kaedah ini ialah ia mempunyai karbon sebagai hasil sampingan, yang memerlukan penangkapan dan penyimpanan karbon untuk memerangkap dan menyimpan karbon ini.

Sebagai alternatif, hidrogen hijau juga boleh dihasilkan dengan menggunakan elektrik untuk menggerakkan elektrolisis, yang memisahkan hidrogen daripada molekul air. Ini menghasilkan hidrogen tulen dan tidak mengeluarkan sebarang hasil sampingan. Faedah tambahan menggunakan elektrik ialah ia membolehkan untuk mengalihkan lebihan elektrik kepada elektrolisis, jadi ia digunakan untuk menghasilkan gas hidrogen yang boleh disimpan untuk keperluan tenaga masa hadapan.

Akhir sekali, hidrogen kelabu dihasilkan daripada bahan api fosil, agak murah, dan biasanya digunakan untuk membuat baja. Malangnya, bagi setiap 1 kg hidrogen kelabu yang dihasilkan, 10kg karbon dioksida dibebaskan ke atmosfera. Akibatnya, ia dianggap sebagai bentuk hidrogen yang paling tidak boleh diperbaharui.

Kegunaan hidrogen

Hidrogen mempunyai pelbagai aplikasi dan digunakan dalam proses perindustrian yang berbeza. Di Amerika Syarikat, hampir semua hidrogen digunakan untuk menapis petroleum, memproses makanan, menghasilkan baja, dan merawat logam. Loji penapisan petroleum di negara ini menggunakan hidrogen untuk mengurangkan kandungan sulfur bahan api.

Digunakan untuk penerokaan angkasa lepas

Pentadbiran Aeronautik dan Angkasa Lepas Kebangsaan (NASA) telah menggunakan hidrogen sebagai bahan api roket sejak 1950-an. NASA adalah yang pertama menjana sistem elektrik kapal angkasa dengan sel bahan api hidrogen.

Sel bahan api hidrogen menjana elektrik

Dengan menggabungkan atom oksigen dan hidrogen, hidrogen sel bahan api menjana elektrik. Seperti bateri, hidrogen bertindak balas dengan oksigen dalam sel elektrokimia untuk menjana elektrik. Terdapat pelbagai jenis sel bahan api yang tersedia untuk aplikasi yang berbeza.

Sel bahan api kecil boleh kuasa telefon mudah alih dan komputer. Sebaliknya, sel bahan api yang besar boleh menggerakkan grid elektrik, menyediakan kuasa kecemasan dalam bangunan dan membekalkan elektrik di kawasan yang tidak disambungkan ke grid kuasa.

Sehingga 2021, terdapat kira-kira 166 penjana kuasa elektrik sel bahan api yang beroperasi di 113 cawangan di Amerika Syarikat, dengan jumlah kapasiti kira-kira 260 megawatt (MW). Dengan kapasiti penjanaan sekitar 16 MW, Sel Bahan Api Bridgeport (Connecticut) ialah kemudahan penjanaan sel bahan api tunggal terbesar.

Kemudahan terbesar seterusnya, Pusat Tenaga Red Lion di Delaware, mempunyai kapasiti penjanaan elektrik sebanyak 6 MW. Hampir semua sel bahan api yang beroperasi ini menggunakan gas asli saluran paip sebagai sumber hidrogen, manakala yang lain menggunakan gas tapak pelupusan dan biogas.

Digunakan dalam loji kuasa

Terdapat minat yang semakin meningkat untuk menggunakan hidrogen dalam loji kuasa di Amerika Syarikat. Beberapa loji kuasa telah mengumumkan keinginan mereka untuk beroperasi pada campuran bahan api gas asli-hidrogen dalam turbin gas pembakaran. Sebagai contoh, kemudahan Penjanaan Tenaga Long Ridge 485 MW di Ohio, yang mempunyai turbin pembakaran gas-api yang berjalan pada campuran bahan api hidrogen 95% gas asli/5%, merancang untuk menggunakan 100% hidrogen hijau yang dihasilkan menggunakan sumber boleh diperbaharui.

Contoh lain ialah loji Agensi Tenaga Intermountain di Utah, yang merancang untuk menukar kemudahan kuasa arang batu sedia ada kepada kemudahan gabungan gas yang pada mulanya akan menggunakan sehingga 30% hidrogen dan akhirnya menggunakan 100% hidrogen hijau.

Digunakan dalam kenderaan

Di bawah Akta Dasar Tenaga 1992, hidrogen dianggap sebagai alternatif kepada bahan api kenderaan. Terdapat minat yang semakin meningkat dalam hidrogen kerana ia boleh menggerakkan sel bahan api dalam kenderaan sifar pelepasan, mempunyai potensi untuk kecekapan tinggi, dan mempunyai potensi yang menjanjikan untuk pengeluaran domestik.

Sel bahan api boleh menjadi 2 hingga 3 kali lebih berkesan daripada enjin pembakaran dalaman yang dikuasakan oleh bahan api fosil. Hidrogen juga boleh digunakan untuk bahan api enjin pembakaran dalaman, tetapi ia membebaskan nitrogen oksida.

Kenderaan bahan api hidrogen lebih sedikit hari ini kerana sel bahan api adalah mahal, dan terdapat bilangan stesen minyak hidrogen yang terhad. Terdapat kira-kira 48 stesen hidrogen tersedia di Amerika Syarikat, dan hampir semuanya berada di California.

Negara yang beralih kepada ekonomi hidrogen hijau

Australia: Walaupun mempunyai kehadiran yang boleh diabaikan dalam pasaran hidrogen hijau, Australia telah bekerjasama dengan pelbagai organisasi untuk membangunkan projek solar dan angin yang menggalakkan pengeluaran hidrogen boleh diperbaharui.

Kanada: Kanada mempunyai segmen hidrogen dan sel bahan api yang berkembang maju berkat perkongsian dan pelaburan bersama daripada sektor swasta dan awam. Pemain global dalam segmen ini, seperti Ballard Power Systems dan Hydrogenics, juga berpangkalan di Kanada.

China: Kenderaan hidrogen dikecualikan cukai di negara ini, dan hidrogen dilihat sebagai cara pengangkutan yang berpotensi untuk menyahkarbon. Selanjutnya, Wuhan dianggap sebagai bandar hidrogen kerana ia merancang untuk membuka sekurang-kurangnya 100 bahan api stesen untuk kenderaan sel bahan api oleh 2025.

Jepun: Jepun adalah peneraju dunia dalam pembuatan sel bahan api hidrogen terima kasih kepada pengeluar kereta Toyota dan Honda. Negara ini juga tidak sabar-sabar untuk beralih daripada gas asli cair kepada hidrogen hijau.

Masa depan hidrogen

Permintaan hidrogen

Dalam jangka masa pendek, hidrogen akan digunakan dalam sektor yang mempunyai tekanan masyarakat untuk menyahkarbon. Syarikat barangan pengguna di EU semakin berminat dengan sumber tenaga boleh diperbaharui.

Hidrogen dijangka menyahkarbon bahan mentah industri dan penjanaan elektrik dalam masa terdekat. Dalam jangka masa panjang, pengeluaran ammonia dan bahan api hidrokarbon sintetik yang diperoleh daripada hidrogen akan membolehkan penyahkarbonan sektor yang paling sukar dihentikan, seperti penerbangan.

Bekalan hidrogen

Penggunaan hidrogen hanya akan menjadi lebih biasa jika kos hidrogen hijau jatuh dengan ketara. Hidrogen biru kemungkinan besar akan digunakan untuk memenuhi permintaan jika harganya tinggi dalam jangka pendek.

Pengagihan hidrogen

Sistem pengedaran yang cekap akan disediakan untuk membekalkan hidrogen, termasuk saluran paip dan kapal serta trak yang disambungkan dengan baik. Kerana berdedikasi hidrogen rangkaian tidak akan diedarkan secara meluas seperti rangkaian gas asli semasa, pengedaran hidrogen melalui trak akan diperlukan. Import melalui saluran paip dan kapal akan menjadi kritikal dalam memenuhi permintaan domestik.

Memandangkan kos pengangkutan yang tinggi, hidrogen tempatan yang dihasilkan daripada elektrik boleh diperbaharui kos rendah akan kekal bersaing dengan hidrogen yang diimport. Apabila permintaan untuk hidrogen meningkat, pengeluaran terpusat melalui struktur saluran paip ke penyimpanan berskala besar akan menjadi lebih menarik.

Perspektif dasar

Eropah berkemungkinan besar akan memacu industri hidrogen, membuka peluang baharu di rantau lain, seperti menghasilkan elektrolisis dan sel bahan api di Asia dan mengeksport sumber boleh diperbaharui dari Timur Tengah dan Amerika Utara.

Kos elektrolisis dan sel bahan api mesti dikurangkan untuk bekalan hidrogen jangka pendek. Walau bagaimanapun, hidrogen akan sentiasa lebih mahal daripada bahan api fosil, memerlukan insentif dasar untuk berdaya saing.