最新の米国の水素戦略は改善されているが、依然として化石燃料業界にとってはおおむね有益である

Jan 03, 2024

生きている文書として、この戦略にはまだ大きな欠陥がありますが、最初の戦略ほど欠陥は少なくなっています。 DOE が 6 か月ごとに更新し、毎回同じくらいの動きがあれば、2025 年か 2026 年までには良い戦略になる可能性があります。

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11月に遡り、私は2022年9月に発表された米国の水素戦略の最初の草案を評価した。そのタイトルは、その反復の問題点をうまく要約していたと思う：「新しい米国の水素戦略：間違った部門、間違った著者」。

その結果、どのような問題が生じたのでしょうか? そうですね、1 つ目は診断が間違っていたということで、水素は産業移行ではなくエネルギー移行に不可欠であるということに基づいていました。 その結果、交通機関や工業用暖房のいたるところに飛散しました。 この戦略には、現在摂氏 3,000 度までの温度で工業用加熱に使用されている電気抵抗、誘導、放射、およびアーク炉のソリューションがある場合、摂氏 300 度を超える温度にはそれが必要になるという注目すべき記述も含まれています。

商業用および住宅用暖房も水素の対象としていたが、2022年11月の時点でさえ世界中で数十件の研究が行われ、安全性と経済性の観点からそれがひどい考えであることを考えると、これはかなりばかばかしい提案である。ヒートポンプは、はるかに低いコストとリスクプロファイルで目的に完全に適合していることがわかりました。

そしてもちろん、この戦略には炭素回収・貯蔵（CCS）を追加した化石燃料からの大量の水素製造が含まれていたが、CCSの大部分、特に米国では石油増進回収（EOR）に使用されているにもかかわらず、気候変動の解決策としてはスターターではありません。

なぜその戦略は失敗したのでしょうか? それは、ほぼすべて米国エネルギー省 (DOE) によって作成されたものであり、今日の水素の実際のエンドユースケース分野からの明らかなインプットはほとんどありません。 化石燃料ロビーには確かに意見があり、DOEの予算の大部分は商業用原子力エネルギーの規制と安全性に関するものであるが、次に大きな部分は化石燃料であり、再生可能エネルギーがスクラップを争うためである。 製油所は現在、燃料の脱硫に約33％の水素を使用しており、ベネズエラ産とアルバータ産の製品を扱うヒューストンの重質サワー油製油所が主要消費者となっているが、米国の他の小規模製油所でも大量の水素が使用されている。

明らかに、石油のピークが到来し、水素コストの上昇に伴いブレント原油に対する品質割引が増加すると、このような状況は解消され、旅行割引は維持または増加します。 ベネズエラとアルバータの製品が最初に市場に出される予定だ。

しかし、アンモニア産業は大きな注目を集めたでしょうか? 世界では、水素の約 25% が、主に肥料用のアンモニアの製造に使用されています。 確かにそれはうなずかれましたが、合理的な戦略において注目されるべき最大の注目を集めていませんでした。

鉄鋼の直接還元 (DRI) についてはどうですか? 現在の水素需要の大部分を占める合成ガスを使用して約 1 億トンの鉄鋼が製造されています。 それを掃除しますか？ 多くの化石燃料由来の分子を含む水素市場の拡大に比べれば、それほど大きな優先事項ではなく、化石燃料産業が現在の規模と収益性で存続し続けるための唯一の希望である。

今日の水素は、世界のすべての航空問題とほぼ同じ規模の地球温暖化問題です。 仕事 1 は、産業用途の脱炭素化であり、不向きな新しい市場を発明することではありませんが、米国の水素戦略の最初の草案は主に新しい市場の発明に焦点を当てていました。

では、9 か月後の更新バージョンの方が優れているのでしょうか? 確認してみましょう。

米国の水素戦略に関与する米国の機関および部門のロゴ

そうですね、私がより良い選択だと思っていた商務省ではなく、エネルギー省が依然として主導し、作成しています。 しかし、彼らは、協議には、深さや浅さに関わらず、現在および将来の主要な水素利害関係者である多くの組織が関与しており、今後も関与するであろうことを明らかにしている。 米国農務省が最後にリストされているのはやや奇妙である。肥料は米国に現在存在し、今後もなくなることのない水素誘導体の最大の需要分野である可能性が高いからだ。 しかし、それは単なる光学不良であり、必ずしも何かを示すものではありません。

前回の戦略と同様、このバージョンの戦略は、インフレ抑制法の低炭素水素に対する大規模な補助金に先行するものではなく、それに後続するものであることに注意してください。 準備万端、着火、狙いといったところだが、前米国政権がいかなる種類の気候変動対策にも激しく敵対的であったことを考えると、何もしないよりはずっとマシだ。

エグゼクティブサマリーは、水素の現在の排出による気候変動問題ではなく、機会についてのみ述べています。 それが特定する大きな機会の領域は次のとおりです。

「…クリーンな送電網を実現するための産業部門（化学、鉄鋼、精製など）、大型輸送、および長期エネルギー貯蔵。」

最初のものは良いです、そしてそれが最初のもので良いです。 合理的な世界では、大型輸送には水素を運ぶ経路がありません。 大型トラック輸送はすべて電動化され、手持ちバッテリーのエネルギー密度により、現在 500 マイルの航続距離が可能になり、1 ～ 2 年で 1,000 マイルの航続距離が可能になり、2030 年代には現在の長距離ディーゼル リグの 2 倍以上が可能になります。

米国以外の主要地域では、送電網接続を備えた鉄道の電化と、トンネルや橋用のバッテリーを満載した有蓋車両の導入が進んでいます。インドでは 85% が電化され、2025 年までに 100% 電化を目指しており、中国は 72% で電化が進んでいます。急速に増加しており、ヨーロッパでは 60% と増加しています。 米国は鉄道の脱炭素化において著しく外れており、DOE と運輸省 (DOT) は明らかにその輸送手段にとって適切な戦略が何かを理解していないか、米国鉄道協会 (AAR) の要求に怯えています。は無意味な理由で電化に積極的に反対している。 海運の場合は、水素誘導体ではなく、バッテリーとバイオ燃料になるだろう。 実際に契約がある非バイオディーゼルまたは再生可能ディーゼル以外の最大の船舶燃料代替品でさえ、水素誘導体ではなく生物由来のメタノールです。

米国の輸送計画は最初の水素戦略よりはいくらか優れているが、この点では依然として船（および鉄道とトラック）を逸脱しているため、水素戦略が依然として間違っているのも不思議ではない。

長期間のエネルギー貯蔵も魅力的です。 非効率性と資本コストのせいで、前日の備蓄や2日の市場で競争するには高すぎるため、もし建設されるとしても、全国的に風力発電が不足している非常に長期の貯蔵所に限定されるだろう。一週間の晴天。 米国の規模、HVDC 連系線への継続的な移行、再生可能エネルギーを広く普及させるための広大な土地と水域を考慮すると、これは 100 年に一度の解決策です。 イギリスのような島ではなく、モデル化によれば平均して 10 年ごとにそれが必要になると考えられます。

それでも、既存の人為起源のバイオメタンをできるだけ多く天然ガス貯蔵施設に転用することは、その目的で水素を製造するよりもはるかに賢明です。

実際に経済的に賢明な長期保存の答えは、漏れを好む高価な分子ではなく、汲み上げ水力発電と新たなレドックスフロー電池スペースです。

したがって、私は新しい戦略には感銘を受けず、まだエグゼクティブサマリーを通過していません。 続けていきましょう。

「2021年に発売される水素エネルギー・アースショット（水素ショット）は、イノベーションと規模の両方を促進し、民間部門の投資を刺激し、水素サプライチェーン全体の開発を促進し、クリーンな水素のコストを劇的に削減します。」

うーん、ダメ。 ここは大幅な値下げの対象となるスペースではありません。 熱力学の法則は希望的観測に屈しないため、電気分解によるグリーン水素のコストは依然として水素 1 トンあたり 50 MWh 以上必要です。 電解槽だけが今日コモディティ化されたコンポーネントではなく、圧縮、保管、分配、または 20 ケルビンまでの冷却を行わない、工業規模の電解プラントのおそらく 28 コンポーネントのうちの 1 つです。 その結果、より多くのトンにわたって償却できない限り、資本支出（設備投資）によってトンあたりのグリーン水素価格が上昇することになります。 それには、風力発電や太陽光発電が単独で実現できるよりもはるかに高い利用率 (60% をはるかに超える) が必要です。 そしてそれは、送電網価格で電力が確保されることを意味します。

2021 年の米国の平均産業用電力料金は MWh あたり 72.60 ドルでした。つまり、これらの 50 MWh は、それだけで 1 トンあたりのコストが 3,630 ドル、つまり 1 kg あたり 3.63 ドルになります。 設備投資はこれに簡単に 2 ～ 3 ドル追加されます。 実際の低炭素水素に対する1kgあたり最大3ドルの補助金により、二酸化炭素を回収せずに水蒸気改質を利用して安価な天然ガスから製造される水素の価格は2倍または3倍に引き下げられる。

炭素回収型のブルー水素に関しては、3.00ドルの補助金の対象となる唯一の方法は、2つの個別の炭素回収技術、35％にプロセスのエネルギー消費を加え、おそらく中国以外の世界的に存在するものを超える本格的な隔離スケールを使用することだ。 水蒸気改質プロセスからの水素 1 トンにつき 8 トンの高度に拡散する二酸化炭素が発生することを思い出してください。また、プロセスに必要な追加エネルギーとしてさらに 1 ～ 3 トン追加します。化石燃料産業は、そのエネルギーは天然ガスから来ていると主張します。 これを疑う人のために、私は 2019 年にカーボン エンジニアリングの直接空気回収ソリューションを調べましたが、そこで「回収」された二酸化炭素の 50% は、プロセスに動力を供給するために天然ガスを燃やすことによるものでした。

繰り返しになりますが、コストが大幅に増加し、世界中で CCS をソリューションにボルトで固定した実績を考慮すると、実際の排出量削減の可能性は非常に低くなります。 その時点で、補助金を最大限にしてもグリーン水素よりはまだ安い可能性が高いものの、現在の黒色や灰色の水素よりは高くなる可能性が高い。

もう一度言いますが、これは低炭素水素の製造コストです。 水素の圧縮、貯蔵、流通、汲み上げのコストは非常に高く、あまり下がることはありません。 現在、製造コストが 1 ドル未満の黒色または灰色の水素のコストは、水素燃料ステーションで 15 ～ 20 ドル、大型チューブ トラックで大量に配送されると 8 ～ 10 ドルです。 地域の水素ハブは、アンモニアプラントやグリーンスチールプラントなどの産業ユーザーにとってはある程度意味がありますが、その他のものにとってはほとんど意味がありません。 それでも、現在消費されている水素の 85% は消費時点で、プロセスに必要な量と速度で製造されているため、蒸気の代わりに消費時点で電解装置を導入する方がコスト効率が高い可能性が高くなります。天然ガスの改質プラント。

そして、何だと思いますか？ いずれにせよ、電化によってより適切に供給される小さなニッチ以外のエネルギーとして水素を使用することはありません。 IRA による 1 kg あたりの多額の補助金 (ガソリン 1 ガロンあたり 3.00 米ドル、現在の小売価格の 83% に相当) を利用しても、水素はこれまでにないほど安価です。 化石燃料よりもはるかに高価であるため、これまでにないほど安価であるにもかかわらず、私たちはそれをエネルギーとして使用しません。また、私たちが経済馬鹿でない限り、将来的にエネルギーとして使用することはありません。電化とバイオ燃料は安価です。

はっきり言っておきましょう。 最高の青色または緑色の水素は、現在の黒色または灰色の水素よりも高価になる可能性がありますが、それは 3.00 ドルの IRA 補助金があればの話です。 2034年にその補助金がなくなると、低炭素水素の価格は高騰するだろう。 エネルギーとして低炭素水素を利用する人は誰でも、10 年間で大幅な運営費の増加に巻き込まれることになります。 世界中の投資ファンドや交通機関のクライアントと話すとき、私はこのことを明確にし、今後 5 年間は顔を上げて 2035 年以降のことを考えてもらうようにしています。 電化とバイオ燃料ではこの問題は発生しません。

わかりました、まだ続きます。 立法用語のセクションを見てみましょう。 なぜこれが依然として破綻した戦略であるのかが明らかになり始めます。

(b)(i) 天然ガス、石炭、再生可能エネルギー源、原子力、バイオマスからのクリーンな水素の製造と使用、(c)(i) クリーンな水素の製造、加工、輸送、貯蔵、および使用のための経済的機会米国の主要なシェール天然ガス生産地域に存在するもの；(e) 天然ガスインフラシステム、二酸化炭素パイプラインインフラシステムのすべてのコンポーネントを含む既存のインフラを使用する機会と使用に対する障壁を特定する。 - クリーンな水素の導入のために、地域の配電網、最終用途の発電機、LNG基地、その他の天然ガス利用者を利用する。

はい、まず焦点は、天然ガスと石炭からのクリーンな水素と、老朽化し​​たインフラに第二の命を与えることにあります。 その後、他のことが続きます。 その順序は、法案の立案者や業界のロビイストがそれを位置づけた通りになる可能性が高いでしょうか? はい、私の意見では。 それは適切な順序ですか？ いいえ、ブルー水素は、実際の解決策ではなく、継続的な気候変動問題となるでしょう。 実際に合理的な炭素水素を適用するには、最良の、低漏洩、高炭素回収ソリューションのみが必要ですが、米国にはそのようなソリューションは存在しません。 シェールオイル、水圧破砕法、数百万マイルのパイプによる上流のメタン排出問題はロシアやウズベキスタンよりもマシだが、それはリードで頭を殴られるよりソフトボールのバットで頭を殴られるほうがマシだと言っているようなものだ。パイプ。

再生可能電力については、法律で一度だけ言及されています。 この法律は主に化石燃料からの水素の取り出しに関するもので、再生可能水素よりも核水素に重点を置いている。

これは、実際に米国で化石由来の水素が大量に発生するということを意味するのでしょうか? 最も可能性が高い。

序文はこの調子で続きますが、少なくとも電気分解に傾いています。

「…水素の90パーセント以上が電気分解によって生成される場合、2030年には、この生成には最大200ギガワットの新たな再生可能エネルギー、または約50～70ギガワットの原子力の使用が必要となる可能性がある。」

これは、2030年までに輸送と貯蔵のための水素需要が大幅に増加すると想定しており、経済的ではなく、より高い効率で直接利用できる低炭素電力の3分の2以上を廃棄することが良い考えであるかのように聞こえます。自殺であり、実際の気候変動対策とは相反するものであり、達成不可能です。

繰り返します。 水素は気候変動問題であり、第一の仕事はそれを解消することです。 米国では、水素の唯一の実質的な成長市場である低炭素鋼の製造が増加するだろうが、すでに年間需要の70％を新品の鉄鋼ではなくスクラップから得ており、国内には大量の錆びた鉄鋼が転がっている。その割合は今後数年間で 75% にまで上昇する可能性があります。 この問題領域に再生可能エネルギーと原子力エネルギーを利用した電解装置を導入することは、非常に理にかなっています。 そうは言っても、私が見つけた原子力電気分解の良い使用例は 1 つだけです。それは、数百キログラムの黒鉛をトラックで輸送するのではなく、原子炉の発電量のごく一部を吸い上げてタービンの潤滑剤として水素を現場で製造することです。または灰色の水素を毎日反応器に送ります。

しかし、既存のクリーンな電力を不適切な用途に転用することは無意味であり、米国の原子力発電所は、1兆ドルに近いコストをかけて50～70基の新しい原子炉を増設することはできず、2035年までにほぼ廃止されるだろう。

次に進みます。 信じられないかもしれませんが、まだ前置きから抜け出せていません。

燃料電池電気自動車（FCEV）を含むクリーンな車両を製造するための自動車製造施設に対する補助金および融資、燃料電池自動車および燃料供給インフラを含む、水素および燃料電池技術を製造する施設に対する競争力のある税額控除FCEVを含むクリーンな大型車両に対する補助金;

そうだ、国内メーカーに資金を与えて、誰も買わない、乗らない燃料電池と燃料電池車を作ろう。 それは純粋な豚肉です。 そして、水素トラックが実現するわけではない。 ケンブリッジ持続可能な道路交通センターのデビッド・セボン氏が指摘するように、大手ベンダーの水素トラックはバッテリー駆動の代替車両よりも依然としてはるかに高価で、燃料費は電気だけを使用する場合の3倍になるだろう。 設備投資と運用コストが高いということは、フリート購入者がそれらを代替品として考慮しないことを意味します。 ライトの法則は、軽自動車のバッテリー、モーター、電力制御システムを活用できるため、電気トラックにはるかに多く適用される一方、水素トラックは台数による拡張の利点がほとんど得られません。

念のために言っておきますが、交通機関の脱炭素化への道をすでに大きく前進させている国があり、米国はそこから得た教訓に注意を払うべきです。 その国は110万台の電気バスと電気トラックを道路に走らせ、年間販売される電気軽自動車の60％を購入し、その大部分も同様に製造し、過去16年間に25,000マイルの高速電化貨物・旅客鉄道を建設した。はさらに 6,000 マイルを建設中ですが、道路を走っている燃料電池車は 10,000 台未満です。 その国が中国であるということは、自然実験と経験的現実の明快さを少しでも説得力を弱めるものではなく、むしろそれをより説得力のあるものにするはずです。 米国が21世紀に中国と競争したいのであれば、化石燃料産業だけを満足させる経済的な行き詰まりではなく、理にかなった現実的な選択でそうしなければならない。

大気汚染物質や人為的な温室効果ガスの排出を回避、削減、利用、または隔離するためのエネルギーインフラの改修、再出力、再利用、または置き換えを支援する融資。

そのうちのいくつかは良いものですが、その多くは化石燃料発電所での二酸化炭素回収の試みの失敗によって廃棄されることになります。このアプローチは米国内外で失敗であることが何度も証明されています。 二酸化炭素の回収と隔離に費やされる資金は、より多くの再生可能エネルギーを建設することでさらに効果が期待できます。

持続可能な航空燃料の製造に対する税額控除と、製造プロセスに水素原料を含めることができるクリーン燃料に対する技術中立の税額控除。

現在、持続可能な航空バイオ燃料には、出力を向上させるための水素化処理を含むいくつかの経路が含まれているため、これは良いことです。 悪いのは、補助金がなくなると埋没費用が高価な水素を必要とする経路に偏ってしまうことだ。 私の予想では、世界中でバイオ燃料の改良に使用される水素は 2100 年には年間約 400 万トンに過ぎないが、米国は今後数年間でそれを超えると予想している。

港湾における排出量を削減するための助成金。燃料電池の導入に資金を提供できる可能性がある

主要な例として、港湾はすでに大規模な電化が進んでおり、巨大クレーンのほとんどが電化されています。 空港が地上サービス機器のためにその方向に猛スピードで走っているのと同じように、誰もが電気港の地上車両にも向かって走っています。 港では燃料電池の役割はありません。

二酸化炭素の回収、利用、貯留の導入に対する奨励金

もちろん。

化学的特性に加えて、水素は、高温熱を必要とする分野、つまり通電が困難な用途において天然ガスを置き換えることにより、脱炭素化を支援することができます。高温熱 (>550°C)

DOEは、産業用熱には可燃性物質が必要であるという誤った声明を出し続けているが、9月の戦略での率直に恥ずかしい発言である摂氏300度から、温度は低いがそれでも恥ずかしいとされる摂氏550度に引き上げた。 理由は不明です。

電気を供給できない工業用熱要件はありません。 電化に資本が集中する場合、水素への移行にも資本が集中するでしょう。 一例として、セメント クリンカー ドラム内の長さ 10 メートル、幅 5 メートルの天然ガス炎の噴流には、新しいドラムとプロセスを使用して電気プラズマに移行するか、新しいドラムとプロセスを使用して水素に移行する必要があります。運用コストが大幅に高くなります。 資本支出と既存資産の価値が存在し、今後 20 年以内に交換するユースケースでは、現在大気中に強制的に排出されている人為起源のバイオメタンをより多く捕捉し、天然のバイオメタンの代わりにクリンカードラムで燃焼させる方が効果的です。ガス。 しかし、そのようなユースケースは稀であり、電動化のユースケースが主流となるでしょう。

では、この最新版の米国の水素戦略については一体どうなっているのでしょうか? そうですね、これは明らかに化石燃料業界が気に入る文書です。 水素と炭素回収のユースケースに多額の政府資金が投じられるが、失敗し、地球を犠牲にしてビジネスモデルをさらに10年か20年存続させることになる。 輸送、産業用暖房、エネルギー貯蔵の予測は明らかに経済的自殺行為である。 補助金なしの水素1キログラムあたり1ドルの約束を信じ、それに基づいて多額の資金を投資する組織は、せいぜい引き渡し価格がはるかに高くなって足を引きずり、IRAのPTCが消滅すると破産することになるだろう。

しかし、オリジナルよりも改善されています。 より多くの利害関係者が明らかに呼びかけられており、オリジナルには欠けていた政府全体のアプローチが明確に存在します。 DOE が突撃のリーダーであり、戦略にとって依然として間違った位置付けであり、結果として誤った方向に導かれていると私は考えていますが、多少は緩和されています。

中でも顕著な低炭素水素、アンモニア、鉄鋼の実際の使用例に焦点が当てられ、明確になっています。 そして、水素による住宅用および商業用暖房の可能性はすべて消滅しました。 それはいい。 彼らはついにそのメモを手に入れました。

生きている文書として、この戦略にはまだ大きな欠陥がありますが、最初の戦略ほど欠陥は少なくなっています。 DOE が 9 か月ごとに更新し、毎回同じくらいの動きがあれば、2026 年か 2027 年までにそれは良い戦略になる可能性があります。 しかしそれには、化石燃料ロビーの動きを抑制し、より広範な解決策を検討し、世界の先進的な実践を現実的に検討する必要があるが、これは米国が明らかに嫌がることだ。

電気航空スタートアップ FLIMAX の諮問委員会のメンバーであり、TFIE Strategy のチーフ ストラテジストであり、distnc technology の共同創設者です。 彼は、受賞歴のある Redefining Energy チームの一員として、「Redefining Energy - Tech」ポッドキャスト (https://shorturl.at/tuEF5) を主催しています。 彼は、40 ～ 80 年後の脱炭素化のシナリオを予測し、経営陣、取締役会、投資家が今日賢明な選択をできるよう支援することに時間を費やしています。 航空燃料補給、電力系統貯蔵、車両間電力供給、または水素需要のいずれであっても、彼の仕事は物理学、経済学、人間性の基礎に基づいており、脱炭素化の要件と複数の領域の革新によって情報を得ています。 北米、アジア、ラテンアメリカにおける彼の指導的地位は、彼の世界的な視点を強化しました。 彼は、イノベーション、ビジネス、テクノロジー、政策に関する複数の媒体で定期的に出版しています。取締役会、戦略アドバイザー、講演活動などにも利用できます。

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