Apakah Elon Musk Benar Atau Salah Menolak Penggunaan Hidrogen Untuk Penyimpanan Energi Rendah Karbon?

Konteksnya adalah transisi dari energi fosil ke energi terbarukan. Salah satu aspek kuncinya adalah transportasi melalui kendaraan bensin atau diesel dan transisinya ke motor listrik yang digerakkan oleh baterai atau hidrogen. Industri bahan bakar fosil harus memperhatikan efisiensi dan biaya transportasi yang berkelanjutan, karena itu akan menentukan kecepatan transisi yang kemungkinan besar akan mempengaruhi penurunan produksi minyak dan mungkin industri minyak dan gas itu sendiri.

Elon Musk tahu baterai. Dia membangunnya: untuk mendorong mobil dan truk, di satu ujung buku, ke raksasa skala grid yang menyimpan dan menstabilkan daya listrik untuk ratusan rumah dan perusahaan komersial, di ujung lainnya.

Minggu lalu, 12 Mei 2022, Musk mengatakan hidrogen "adalah hal paling bodoh yang bisa saya bayangkan untuk penyimpanan energi." Ini bukan pertama kalinya, karena Musk telah membuat komentar negatif serupa dalam beberapa tahun terakhir. Beberapa tahun yang lalu, Musk mengatakan kepada wartawan bahwa sel bahan bakar hidrogen "sangat konyol."

Komentar penyimpanan hidrogen yang bodoh adalah pernyataan yang luas. Apakah Musk mengacu pada penyimpanan listrik skala jaringan? Atau ke penyimpanan di kendaraan listrik — EV seperti mobil truk dan bus? Atau keduanya?

Mari kita lihat lebih dalam aplikasi energi hidrogen dan perannya dalam menyimpan listrik dibandingkan dengan baterai.

Penyimpanan hidrogen skala grid.

Pada pandangan pertama, tampaknya Musk berbicara tentang penyimpanan listrik pada skala jaringan, karena dia berbicara tentang tangki besar bahan bakar hidrogen cair atau gas yang akan dibutuhkan untuk penyimpanan hidrogen. Laporan lain mendukung ini.

Tapi jangan lupa baterai besar yang dimiliki Tesla
TSLA
membangun di grid-skala besar juga. Pada saat itu, baterai besar terbesar di dunia dibangun oleh Tesla pada tahun 2017, di Hornsdale, Australia untuk menyimpan 100 Mega Watt (MW) listrik. Pada tahun 2020 ditingkatkan menjadi 150 MW.

Baterai menyimpan dan menstabilkan daya dari ladang angin yang membuat listrik di Australia Selatan hampir bebas karbon. Baterai dapat memberi daya 8,000 rumah selama 24 jam atau lebih dari 30,000 rumah selama satu jam.

Tapi Musk mungkin berbicara tentang hidrogen sebagai sumber tenaga di mobil dan truk…

Energi hidrogen untuk mobil dan truk EV.

Sejauh ini sumber daya yang paling umum untuk EV adalah listrik yang disimpan dalam baterai.

Tapi listrik dapat bersumber dari sel bahan bakar kimia di mana hidrogen bereaksi dengan oksigen dalam sel seperti baterai untuk menghasilkan listrik dan air. Ada banyak jenis sel bahan bakar yang berbeda. Tetapi hidrogen mudah terbakar dan dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan. Sel bahan bakar bisa berbahaya, terutama jika EV mogok.

Sel bahan bakar hidrogen memiliki keunggulan tertentu: (1) kerapatan penyimpanan energi yang jauh lebih besar daripada baterai lithium-ion, (2) jangkauan mengemudi yang lebih besar, (3) lebih ringan dan menempati lebih sedikit ruang, dan (4) waktu pengisian ulang yang jauh lebih singkat.

Dalam komentar twitter yang membingungkan, pada 1 April tahun ini, Musk mengumumkan bahwa ia akan memperkenalkan mobil Tesla yang menggunakan sel bahan bakar hidrogen. Ini tampaknya menjadi lelucon April Mop yang cerdas.

Pro dan kontra penting dari baterai EV versus sel bahan bakar hidrogen telah didokumentasikan. Berikut ringkasannya:

“Baterai mobil modern dapat menyimpan energi 250 watt-jam untuk setiap kilogram lithium-ion. Satu kilogram hidrogen, sementara itu, memiliki 33,200 watt-jam per kilo. Tidak, itu bukan kesalahan. Ya, hidrogen lebih dari 100 kali lebih padat energinya daripada baterai li-ion.”

“Kendaraan listrik bertenaga baterai sangat efisien. Tergantung pada modelnya, mereka dapat membanggakan efisiensi roda sekitar 70 hingga 80 persen. Sebagai perbandingan, kendaraan listrik bertenaga sel bahan bakar hidrogen (FCEV) sangat hemat, dengan efisiensi keseluruhan sekitar 30 hingga 35 persen… Faktanya tetap bahwa mengubah listrik menjadi hidrogen hanya untuk kemudian mengubahnya kembali tidak akan pernah terjadi. seefisien langsung memberi makan baterai.”

Menurut laporan ini, waktu pengisian bahan bakar yang lebih pendek adalah yang menghemat sel bahan bakar hidrogen. Stasiun pengisian saat ini membutuhkan sekitar 6 jam untuk mengisi bahan bakar semi-trailer yang digerakkan oleh baterai jarak 500 mil. Namun Toyota dan Kenworth sudah memiliki semi-trailer hidrogen yang dapat diisi ulang dalam waktu 15 menit. Ini adalah pengubah permainan untuk truk jarak jauh tanpa karbon.

Truk hidrogen oleh Hyzon.

Meskipun baterai lithium-ion adalah pasar komersial untuk penumpang dan EV ringan lainnya, tenaga hidrogen sedang diuji untuk transportasi jarak jauh dengan sistem propulsi yang lebih ringan.

Hyzon Motors adalah sebuah perusahaan di Rochester, New York, yang mengembangkan sel bahan bakar dan membuat truk. Setelah meneliti selama 20 tahun, Hyzon telah menemukan tumpukan sel bahan bakar yang memiliki kekuatan tertinggi di dunia, lebih ringan sekitar setengahnya, dan lebih murah setengahnya.

Truk percontohan diharapkan sudah ada di jalan pada tahun 2022. Untuk truk terkecil, 5 silinder hidrogen dapat disimpan di satu rak. Versi kedua dirancang untuk menampung 10 silinder hidrogen untuk perjalanan yang lebih lama.

Kebutuhan lain untuk bahan bakar hidrogen.

Dalam transisi dari energi fosil menuju energi terbarukan, ada apa yang disebut sektor yang sulit dikurangi yang tidak dapat dengan mudah dialiri listrik untuk menggunakan listrik hijau.

Selain truk jarak jauh, pesawat dan kapal adalah kasus di mana baterai terlalu besar atau terlalu berat untuk dibawa. Hidrogen mengandung sekitar tiga kali energi per kilogram solar atau bensin.

Tungku berbahan bakar batubara industri terlalu panas atau terlalu mahal untuk dipanaskan dengan listrik ramah lingkungan. Sebagai pengganti batu bara, minyak, atau gas alam, hidrogen dapat bekerja sebagai bahan bakar untuk menyediakan panas yang sangat besar yang dibutuhkan dalam tanur tinggi untuk membuat baja hijau. Pembuat baja Swedia SSAB AB bekerja sama dengan Volvo Cars untuk mengembangkan baja bebas fosil. Volvo akan menjadi perusahaan mobil pertama yang menguji dan menggunakan baja hijau dalam mobil konsep. Produksi komersial baja hijau direncanakan akan dimulai pada tahun 2026.

Hidrogen hijau versus biru.

Hidrogen hijau dibuat dengan elektrolisis air tetapi ini tidak efisien. Menurut Musk, jumlah energi yang dibutuhkan – listrik yang idealnya harus hijau ditambah energi untuk mengompres dan mencairkan hidrogen – sangat mengejutkan.

Hidrogen biru adalah bentuk alternatif yang terbuat dari gas metana. 99% hidrogen yang diproduksi saat ini adalah hidrogen biru karena harganya jauh lebih murah daripada hidrogen hijau. Tapi itu adalah premis yang salah ketika ditawarkan sebagai solusi bebas karbon untuk penyimpanan bahan bakar atau energi.

Gas metana digunakan sebagai bahan baku dalam proses pembuatan hidrogen biru. Metana berasal dari pengeboran dan fracking sumur gas atau minyak, di mana gas flaring dan kebocoran metana di sumur dan pipa dapat menambah pemanasan global secara signifikan. Jadi, satu energi fosil berkarbonasi digunakan untuk menghasilkan hidrogen bebas karbon dari energi.

Tapi itu tidak benar-benar bebas karbon karena dekomposisi kimia metana menghasilkan hidrogen dan produk ganda, CO2, yang merupakan gas rumah kaca (GRK) utama yang harus dibuang.

Di antara dua negatif ini terletak bahan bakar bebas karbon yang terbakar hanya untuk menghasilkan air. Salah satu cara proses dapat ditingkatkan adalah dengan memperoleh bahan baku metana dari sumber biogas seperti tempat pembuangan sampah atau kotoran sapi, misalnya.

Hidrogen portabel.

Badan Energi Internasional (IEA) menunjuk ke keuntungan lain dari penyimpanan hidrogen. Ini kompak seperti cairan dan dapat diangkut dengan hati-hati dalam jarak jauh. Misalnya, negara-negara seperti Australia dengan sumber energi terbarukan matahari dan angin dapat menghasilkan hidrogen dengan elektrolisis dan mengangkutnya dengan kapal tanker ke kota-kota yang kekurangan energi di Asia Tenggara.

Produksi hidrogen di New Mexico

BayoTech adalah perusahaan yang benar-benar menghasilkan bahan bakar hidrogen di Meksiko Baru. Hub BayoGas mengklaim generator yang lebih kecil dan lebih efisien yang membuat hidrogen lebih murah dan dengan jejak karbon lebih rendah daripada pabrik terpusat besar yang mengirimkan hidrogen ke pembuat dan kilang kimia.

Bahan baku dapat berupa gas alam bersih atau sumber biogas terbarukan lainnya yang dapat menghasilkan hidrogen yang bersifat karbon-negatif.

Tiga hub hidrogen sedang digunakan di AS pada tahun 2022, dengan rencana untuk memperluas jaringan ke Inggris dan secara global. Setiap hub hidrogen di jaringan BayoTech menghasilkan 1-5 ton hidrogen setiap hari. Hidrogen dikirim secara lokal di trailer transportasi bertekanan tinggi yang membawa tabung gas.

Untuk rencana angkutan massal mereka, kota Champaign-Urbana di Illinois memiliki armada bus listrik sel bahan bakar hibrida dan hidrogen yang terus berkembang. Kota ini mengerahkan dua bus sel bahan bakar hidrogen pada tahun 2021.

Sebelum generator hidrogen di lokasi selesai dibangun. BayoTech dipanggil untuk memberikan hidrogen portabel di truk pengangkut bertekanan tinggi, yang mengisi sel bahan bakar sehingga karyawan dapat menguji bus.

Menurut BayoTech, bus sel bahan bakar hidrogen berkinerja sebaik bus diesel konvensional tetapi tanpa emisi gas rumah kaca knalpot. Keunggulan dibandingkan motor listrik yang digerakkan baterai termasuk jangkauan 300 mil, waktu pengisian bahan bakar hanya 10 menit, dan stasiun pengisian bahan bakar yang dapat menampung hingga 100 bus.

Patut dicatat bahwa sebagian besar uang — $ 8 miliar — dialokasikan dalam Undang-Undang Infrastruktur tahun 2021 untuk membersihkan hub hidrogen, minimal empat di antaranya, di seluruh AS.

Visi hidrogen BP di Teesside, Inggris.

Pada tahun 2020, bp menemukan kembali dirinya sebagai perusahaan yang terintegrasi sebagaimana dirangkum dalam Energy Outlook 2020.

Usaha terbarukan mereka adalah hidrogen Teesside, mengacu pada pusat industri di pantai timur laut Inggris.

Grafik visi adalah untuk Teesside menjadi pusat hidrogen utama untuk transportasi dalam penerbangan, perkapalan, dan truk berat – semua sektor yang sulit menggunakan daya baterai. Tetapi konsep tersebut juga akan mencakup kekuatan untuk industri yang sulit dikurangi seperti pembuatan semen dan baja.

Rencana awal, yang disebut H2Teesside, adalah untuk menghasilkan hidrogen biru oleh dekomposisi metana, CH4, sedangkan produk sampingan CO2 akan ditangkap dan dikubur di bawah laut melalui proses yang disebut CCS.

Penambahan HyGreen baru-baru ini akan mengelektrolisis air menjadi hidrogen hijau dan oksigen. Ini lebih mahal karena biaya elektrolisis dan listrik bersih jika digunakan.

Bp punya menandatangani kesepahaman dengan Dai
DAI
mler Truck untuk memulai infrastruktur yang diperlukan untuk truk hidrogen sel bahan bakar di Inggris.

Proyek Teesside bp mesh dengan tujuan pemerintah Inggris. Gabungan, HyGreen dan H2Teesside dapat menghasilkan 1.5 GW produksi hidrogen dan memberikan 30% dari target pemerintah sebesar 5 GW pada tahun 2030.

Takeaway.

Ada dua hal negatif besar yang menghambat manfaat hidrogen biru dan meninggalkannya dengan jejak karbon yang signifikan. Hidrogen hijau terlalu mahal sekarang.

Menurut Energi Rystad, industri bahan bakar hidrogen yang terjangkau dan lebih ramah lingkungan, yang sekarang mahal, akan terlambat. Pada tahun 2050, hanya 7% dari energi global akan menjadi hidrogen untuk melayani industri khusus untuk bahan bakar penerbangan, pengiriman, dan pabrik logam dan bahan kimia.

Terlepas dari proyeksi terbatas Rystad untuk masa depan hidrogen, dan kecaman Elon Musk tentang hidrogen sebagai penyimpan energi, tampaknya hidrogen akan memainkan peran aktif dalam penyimpanan energi.

Proyek hidrogen skala kecil dan besar sedang dalam tahap perencanaan, atau sudah beroperasi, dan inovasi lebih lanjut akan memperkuat nilai hidrogen sebagai komponen khusus masa depan rendah karbon.