Κατανόηση των σταθμών ανεφοδιασμού υδρογόνου: Ένας ολοκληρωμένος οδηγός

Το καύσιμο υδρογόνου έχει γίνει ένα αποδεκτό υποκατάστατο καθώς ο πλανήτης μεταβαίνει σε καθαρότερες πηγές ενέργειας. Αυτό το άρθρο αναφέρεται στους σταθμούς ανεφοδιασμού υδρογόνου, στις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν και στις πιθανές χρήσεις τους για μεταφορές.

Τι είναι ένας σταθμός ανεφοδιασμού υδρογόνου;

Οι κυψέλες καυσίμου για ηλεκτρικά αυτοκίνητα μπορούν να λαμβάνουν καύσιμο υδρογόνου από συγκεκριμένες τοποθεσίες που ονομάζονται σταθμοί ανεφοδιασμού υδρογόνου (HRS). Αν και είναι κατασκευασμένες για την επεξεργασία υδρογόνου, ενός αερίου που απαιτεί συγκεκριμένα μέτρα ασφαλείας και ειδικά μηχανήματα, αυτοί οι σταθμοί είναι αισθητικά παρόμοιοι με τα κανονικά βενζινάδικα.

Ένα σύστημα παραγωγής ή παράδοσης υδρογόνου, οι δεξαμενές ψύξης και αποθήκευσης και οι διανομείς είναι τα τρία κύρια μέρη ενός σταθμού ανεφοδιασμού υδρογόνου. Το υδρογόνο μπορεί να παραδοθεί στην εγκατάσταση μέσω σωλήνων ή σωληνωτών ρυμουλκούμενων ή μπορεί να παραχθεί επί τόπου χρησιμοποιώντας αναμόρφωση μεθανίου με ατμό ή ηλεκτρόλυση για την παραγωγή του.

Βασικά στοιχεία ενός σταθμού ανεφοδιασμού υδρογόνου:

l Εξοπλισμός για την παραγωγή ή τη μεταφορά υδρογόνου σε δοχεία

μονάδες συμπίεσης για την αύξηση της πίεσης των δεξαμενών υδρογόνου που αποθηκεύουν υδρογόνο εξαιρετικά υψηλής πίεσης

l Διανομείς με ειδικά ακροφύσια FCEV

λειτουργίες ασφαλείας όπως εύρεση διαρροών και διακοπή λειτουργίας σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης

Ποιο είναι το μεγαλύτερο πρόβλημα με το καύσιμο υδρογόνου;

Εξοπλισμός για την κατασκευή ή τη μεταφορά υδρογόνου σε δοχεία που συμπιέζουν μονάδες για την αύξηση της πίεσης των δεξαμενών υδρογόνου που αποθηκεύουν υδρογόνο εξαιρετικά υψηλής πίεσηςdψεκαστήρες με ειδικές λειτουργίες ασφαλείας ακροφυσίων FCEV, όπως εύρεση διαρροών και διακοπή λειτουργίας σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.Το κόστος παραγωγής και η ενεργειακή απόδοση είναι τα κύρια ζητήματα που αντιμετωπίζει το καύσιμο υδρογόνου. Σήμερα, η αναμόρφωση μεθανίου με ατμό —η οποία χρησιμοποιεί φυσικό αέριο και παράγει εκπομπές άνθρακα— χρησιμοποιείται για την παραγωγή του μεγαλύτερου μέρους του υδρογόνου. Παρόλο που το «πράσινο υδρογόνο» που παράγεται με ηλεκτρόλυση με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι καθαρότερο, το κόστος εξακολουθεί να είναι πολύ υψηλότερο.

Αυτές είναι ακόμη πιο σημαντικές προκλήσεις: Η Μεταφορά και Αποθήκευση: Επειδή το υδρογόνο διαθέτει μικρή ποσότητα ενέργειας για τον όγκο του, μπορεί να συμπιεστεί ή να ψυχθεί μόνο σε υψηλές ατμοσφαιρικές πιέσεις, προκαλώντας πολυπλοκότητα και κόστος.

Βελτίωση Εγκαταστάσεων: Η κατασκευή ενός μεγάλου αριθμού σταθμών ανεφοδιασμού απαιτεί πολλούς πόρους.

Απώλεια ισχύος: Λόγω των απωλειών ενέργειας κατά την παραγωγή, την αναγωγή και την ανταλλαγή, τα κυψέλες καυσίμου που κατασκευάζονται από υδρογόνο έχουν μειωμένη απόδοση «από το πηγάδι στον τροχό» σε σχέση με τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα που είναι εξοπλισμένα με μπαταρίες.

Παρά τις δυσκολίες αυτές, η κρατική υποστήριξη και η συνεχιζόμενη έρευνα ωθούν τις τεχνολογικές εξελίξεις που θα μπορούσαν να αυξήσουν την οικονομική σκοπιμότητα του υδρογόνου.

Είναι το καύσιμο υδρογόνου καλύτερο από το ηλεκτρικό;

Η επιλογή μεταξύ ηλεκτρικών αυτοκινήτων με μπαταρία (BEV) και αυτοκινήτων που τροφοδοτούνται από κυψέλες καυσίμου υδρογόνου είναι δύσκολη επειδή, με βάση το πρόβλημα χρήσης, κάθε τύπος τεχνολογίας προσφέρει συγκεκριμένα πλεονεκτήματα.

Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με μπαταρίες είναι πιο χρήσιμα για καθημερινές μεταφορές και χρήση στις πόλεις, ενώ τα αυτοκίνητα που κινούνται με υδρογόνο λειτουργούν καλά για εφαρμογές που απαιτούν μεγάλες αποστάσεις και γρήγορο ανεφοδιασμό, όπως τα λεωφορεία και τα φορτηγά.

Πόσοι σταθμοί ανεφοδιασμού υδρογόνου υπάρχουν στον κόσμο;

Περισσότεροι από 1.000 σταθμοί ανεφοδιασμού υδρογόνου λειτουργούσαν παγκοσμίως από το 2026 και θα προγραμματιστεί μεγάλη ανάπτυξη τα επόμενα χρόνια. Υπάρχουν αρκετοί συγκεκριμένοι τομείς όπου τοσταθμός ανεφοδιασμού υδρογόνουείναιμετεγκαταστάθηκε:

Με πάνω από fiπέντε εκατοντάδεςσταθμών, η Ασία κατακτά την αγορά, αποτελούμενη κυρίως από τις χώρες της Νότιας Κορέας (περισσότεροι από 100 σταθμοί) και της Ιαπωνίας (περισσότεροι από 160 σταθμοί). Η Κίνααγοράαναπτύσσεται ραγδαία επειδή η κυβέρνηση έχει φιλόδοξους στόχους.

Με σχεδόν 100 σταθμούς, η Γερμανία βρίσκεται μπροστά από την Ευρώπη, με περίπου διακόσιους σταθμούς. Μέχρι το 2030, η Ευρωπαϊκή Ένωση σχεδιάζει να αυξήσει τον αριθμό των σταθμών σε χιλιάδες.

Περισσότεροι από 80 σταθμοί έχουν πρατήρια στη Βόρεια Αμερική, κυρίως από την Καλιφόρνια, με μερικούς ακόμη στον Καναδά και τη βορειοανατολική περιοχή των Ηνωμένων Πολιτειών.

Με προβλέψεις που υποδηλώνουν ότι μπορεί να υπάρχουν περισσότεροι από 5.000 σταθμοί σε όλο τον κόσμο έως το 2030, τα κράτη παντού έχουν φέρει στο τραπέζι πολιτικές που έχουν σχεδιαστεί για να ενθαρρύνουν την κατασκευή σταθμών υδρογόνου.

Γιατί το υδρογόνο είναι καλύτερο από τη βενζίνη;

Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά καύσιμα που παράγονται από πετρέλαιο, το υδρογόνο έχει πολλά διαφορετικά πλεονεκτήματα:

Μηδενική ατμοσφαιρική ρύπανση: οι κυψέλες καυσίμου που τροφοδοτούνται με υδρογόνο αποφεύγουν τις επιβλαβείς εκπομπές καυσαερίων που τροφοδοτούν την ατμοσφαιρική ρύπανση και την αύξηση της θερμοκρασίας, παράγοντας μόνο υδρατμούς ως παρενέργεια.

Ζήτηση Πράσινης Ενέργειας: Ένας κύκλος καθαρής ενέργειας μπορεί να δημιουργηθεί με την παραγωγή υδρογόνου χρησιμοποιώντας φυσικές πηγές όπως το ηλιακό φως και η αιολική ενέργεια.

Ενεργειακή Ασφάλεια: η εθνική παραγωγή υδρογόνου από διάφορες πηγές μειώνει την εξάρτηση από το ξένο πετρέλαιο.

Υψηλότερη απόδοση: Σε σύγκριση με οχήματα που τροφοδοτούνται από κινητήρες που καίνε βενζίνη, τα οχήματα κυψελών καυσίμου είναι περίπου δύο έως τρεις φορές πιο αποδοτικά.

Αθόρυβη Λειτουργία: Επειδή τα αυτοκίνητα υδρογόνου λειτουργούν αποτελεσματικά, μειώνουν την ηχορύπανση στις πόλεις.

Τα πράσινα οφέλη του υδρογόνου το καθιστούν ελκυστική επιλογή για την αντικατάσταση καυσίμων κατά τη μετάβαση σε καθαρότερες μεταφορές, ωστόσο εξακολουθούν να υπάρχουν προβλήματα στην κατασκευή και τη μεταφορά.

Πόσος χρόνος χρειάζεται για να κατασκευαστεί ένας σταθμός ανεφοδιασμού υδρογόνου;

Το χρονοδιάγραμμα κατασκευής ενός σταθμού ανεφοδιασμού υδρογόνου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από διάφορους παράγοντες, όπως οι διαστάσεις του σταθμού, ο τόπος λειτουργίας, οι κανόνες αδειοδότησης και το εάν το υδρογόνο παρέχεται ή παράγεται επιτόπου.

Για λιγότερους σταθμούς με προκατασκευασμένα εξαρτήματα και μειωμένους σχεδιασμούς, τα τυπικά χρονοδιαγράμματα είναι εντός έξι και δώδεκα μηνών.

Για μεγαλύτερους και πιο περίπλοκους σταθμούς με εγκαταστάσεις παραγωγής στις εγκαταστάσεις τους, χρειάζονται 12 έως 24 μήνες.

Οι ακόλουθοι παράγοντες είναι σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν τον χρόνο κατασκευής: επιλογή τοποθεσίας και σχεδιασμός

Απαιτούμενες εγκρίσεις και άδειες

Εύρεση και προμήθεια εξοπλισμού

Κατασκευή και εγκατάσταση

Εγκατάσταση και αξιολογήσεις ασφάλειας

Η ανάπτυξη μονάδων παραγωγής ενέργειας από υδρογόνο είναι πλέον πιο αποτελεσματική χάρη στις νέες εξελίξεις στον σχεδιασμό αρθρωτών σταθμών που έχουν συμπιεσμένα χρονοδιαγράμματα σχεδιασμού.

Πόση ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από 1 κιλό υδρογόνου;

Η απόδοση του συστήματος κυψελών καυσίμου εξαρτάται από την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας ένα κιλό υδρογόνου. Σε καθημερινές εφαρμογές:

Ένα κιλό υδρογόνου μπορεί να τροφοδοτήσει ένα τυπικό όχημα που τροφοδοτείται με κυψέλες καυσίμου για περίπου 60-70 μίλια.

Ένα κιλό υδρογόνου έχει σχεδόν 33,6 kWh ενέργειας.

Ένα κιλό υδρογόνου θα μπορούσε να παράγει περίπου 15-20 kWh ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία είναι αξιοποιήσιμη αφού ληφθεί υπόψη η αξιοπιστία των κυψελών καυσίμου (συνήθως 40-60%).

Για να το θέσουμε αυτό στο σωστό πλαίσιο, ένα κανονικό αμερικανικό νοικοκυριό χρησιμοποιεί σχεδόν τριάντα kWh ηλεκτρικής ενέργειας την ημέρα, πράγμα που δείχνει ότι, εάν η μετατροπή γίνει με επιτυχία, 2 κιλά υδρογόνου θα μπορούσαν να λειτουργήσουν για μια κατοικία για μια ημέρα.

Απόδοση Μετατροπής Ενέργειας:

Τα οχήματα που τροφοδοτούνται από κυψέλες καυσίμου υδρογόνου έχουν γενικά μια απόδοση «από το well to wheel» μεταξύ 25-35%, ενώ τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με μπαταρία έχουν συνήθως απόδοση 70-90%. Η απώλεια ενέργειας κατά την παραγωγή υδρογόνου, την αποσυμπίεση, τη μεταφορά και τη μετατροπή κυψελών καυσίμου είναι οι κύριες αιτίες αυτής της διαφοράς.