Apa yang terjadi jika ada kebocoran gas?
Energy

Para peneliti membangun model rantai pasokan untuk mendukung ekonomi hidrogen


Kredit: Unsplash/CC0 Domain Publik

Selama beberapa dekade terakhir, kebutuhan energi bebas karbon telah mendorong meningkatnya minat pada hidrogen sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan. Tetapi mengalihkan ekonomi dari bahan bakar fosil ke hidrogen yang membakar bersih akan membutuhkan penyesuaian yang signifikan dalam rantai pasokan saat ini. Untuk memfasilitasi transisi ini, tim peneliti yang dipimpin MIT telah mengembangkan model perencanaan rantai pasokan hidrogen baru.

“Kami mengusulkan penjadwalan yang fleksibel untuk truk dan saluran pipa, yang memungkinkan mereka berfungsi sebagai penyimpanan dan transmisi,” kata Guannan He, seorang postdoc di MIT Energy Initiative (MITEI) dan penulis utama makalah baru-baru ini yang diterbitkan oleh Transaksi IEEE tentang Energi Berkelanjutan. “Ini sangat penting untuk hidrogen hijau yang dihasilkan dari energi terbarukan, karena ini dapat memberikan fleksibilitas ekstra untuk memenuhi variabilitas dalam penawaran dan permintaan.”

Hidrogen telah diakui secara luas sebagai jalan yang menjanjikan untuk mendekarbonisasi banyak sektor ekonomi karena mengandung lebih banyak energi menurut beratnya daripada bensin atau gas alam, namun menghasilkan nol emisi ketika digunakan sebagai sumber energi. Memproduksi hidrogen, bagaimanapun, dapat menghasilkan emisi yang signifikan. Menurut Kantor Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan AS, 95 persen hidrogen yang dihasilkan saat ini dihasilkan melalui steam methane reforming (SMR), sebuah proses intensif energi di mana metana bereaksi dengan air untuk menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida. Bagian sekunder dari proses ini menambahkan uap ke gas yang didinginkan untuk mengubah karbon monoksida menjadi karbon dioksida (CO2) dan menghasilkan lebih banyak hidrogen.

Pada akhirnya, produksi hidrogen saat ini menyumbang sekitar 4 persen CO2 emisi global, kata He, dan jumlah itu akan meningkat secara signifikan jika hidrogen menjadi populer sebagai bahan bakar untuk kendaraan listrik dan proses industri seperti pemurnian baja dan produksi amonia. Oleh karena itu, mewujudkan visi menciptakan ekonomi hidrogen yang sepenuhnya terdekarbonisasi bergantung pada penggunaan energi terbarukan untuk menghasilkan hidrogen, tugas yang sering diselesaikan melalui elektrolisis, suatu proses yang mengekstraksi hidrogen dari air secara elektrokimia.

Namun, menggunakan energi terbarukan memerlukan penyimpanan untuk memindahkan energi dari waktu dan tempat dengan pembangkitan puncak ke tempat dengan permintaan puncak. Dan, penyimpanan itu mahal.

Para peneliti memperluas pemikiran mereka tentang penyimpanan untuk mengatasi masalah utama ini: Mereka menggunakan truk dalam model mereka baik sebagai sarana transmisi bahan bakar dan penyimpanan—karena hidrogen dapat dengan mudah disimpan di truk yang tidak digunakan. Taktik ini mengurangi biaya dalam rantai pasokan hidrogen sekitar 9 persen dengan mengurangi kebutuhan akan solusi penyimpanan lainnya, kata He. “Kami merasa sangat penting untuk menggunakan truk dengan cara ini,” kata He. “Ini dapat mengurangi biaya sistem dan mendorong produksi hidrogen berbasis terbarukan, bukan produksi berbasis gas.”

Mengembangkan model

Studi sebelumnya telah mencoba untuk menilai manfaat potensial dari penyimpanan hidrogen dalam sistem tenaga, tetapi mereka belum mempertimbangkan kebutuhan investasi infrastruktur dari perspektif rantai pasokan hidrogen secara keseluruhan, kata He. Dan pekerjaan seperti itu sangat penting untuk memungkinkan ekonomi hidrogen.

Untuk model baru, tim peneliti—He; ilmuwan peneliti MITEI Emre Gençer dan Dharik Mallapragada; Abhishek Bose, seorang mahasiswa master MIT di bidang teknologi dan kebijakan; dan Clara F. Heuberger, seorang peneliti di Shell Global Solutions International BV—mengadopsi perspektif perencana pusat yang tertarik untuk meminimalkan biaya sistem dan memaksimalkan manfaat sosial. Para peneliti melihat biaya yang terkait dengan empat langkah utama dalam rantai pasokan hidrogen: produksi, penyimpanan, kompresi, dan transmisi. “Kecuali kita mengambil pendekatan holistik untuk menganalisis seluruh rantai pasokan, sulit untuk menentukan prospek hidrogen. Pekerjaan ini mengisi kesenjangan dalam literatur,” kata Gençer.

Untuk memastikan model mereka sekomprehensif mungkin, para peneliti memasukkan berbagai teknologi terkait hidrogen, termasuk SMR dengan dan tanpa penangkapan dan penyimpanan karbon, transportasi hidrogen sebagai gas atau cair, dan transmisi melalui pipa dan truk. “Kami telah mengembangkan pemodelan skalabel dan alat pengambilan keputusan untuk rantai pasokan hidrogen yang sepenuhnya menangkap fleksibilitas berbagai sumber daya serta komponen,” kata Gençer.

Sambil mempertimbangkan semua opsi, pada akhirnya para peneliti menemukan bahwa jalur pipa merupakan opsi yang kurang fleksibel dibandingkan truk untuk transmisi (walaupun perkuatan jalur pipa gas dapat membuat jalur pipa hidrogen hemat biaya untuk beberapa penggunaan), dan truk gas hidrogen lebih murah daripada truk hidrogen di bentuk cair, karena pencairan memiliki konsumsi energi dan biaya modal yang jauh lebih tinggi daripada kompresi gas.

Mereka kemudian mengusulkan model penjadwalan dan perutean yang fleksibel untuk truk hidrogen yang memungkinkan kendaraan digunakan sebagai transmisi dan penyimpanan, sesuai kebutuhan. Secara komputasi, ini adalah langkah yang sangat menantang, menurut He. “Ini adalah model optimasi yang sangat kompleks,” katanya. “Kami mengusulkan beberapa teknik untuk mengurangi kompleksitas model.”

Tim memilih untuk menggunakan perkiraan yang bijaksana untuk jumlah truk dalam sistem dan komitmen yang diperlukan dari unit SMR, menerapkan teknik pengelompokan dan relaksasi bilangan bulat. Ini memungkinkan mereka untuk sangat meningkatkan kinerja komputasi program mereka tanpa mempengaruhi hasil secara signifikan dalam hal biaya dan hasil investasi.

Studi kasus Timur Laut

Setelah model dibangun, para peneliti mengujinya dengan mengeksplorasi kebutuhan infrastruktur hidrogen masa depan di Timur Laut AS di bawah berbagai skenario kebijakan karbon dan permintaan hidrogen. Menggunakan 20 minggu perwakilan dari tujuh tahun data, mereka mensimulasikan operasi tahunan dan menentukan campuran optimal dari jenis infrastruktur hidrogen dengan harga karbon yang berbeda dan biaya modal elektroliser.

“Kami menunjukkan bahwa reformasi uap metana dari gas alam dengan penangkapan karbon akan merupakan bagian yang signifikan dari produksi hidrogen dan kapasitas produksi bahkan di bawah skenario harga karbon yang sangat tinggi,” kata Gençer.

Namun, Dia mengatakan hasil juga menunjukkan ada sinergi nyata antara penggunaan elektrolisis untuk pembangkitan hidrogen dan penggunaan truk gas terkompresi untuk transmisi dan penyimpanan. Temuan ini penting, jelasnya, karena “sekali kita berinvestasi dalam aset ini, kita tidak dapat dengan mudah beralih ke orang lain.”

Dia menambahkan bahwa truk merupakan investasi yang jauh lebih fleksibel daripada infrastruktur stasioner, seperti pipa dan saluran transmisi; truk dapat dengan mudah dialihkan untuk melayani fasilitas pembangkit energi baru dan area permintaan baru, atau bahkan dibiarkan duduk untuk menyediakan penyimpanan hingga kapasitas transmisi lebih banyak diperlukan. Sebagai perbandingan, membangun jalur transmisi listrik atau jaringan pipa baru membutuhkan waktu—dan tidak dapat dengan cepat disesuaikan dengan perubahan kebutuhan.

“Anda memiliki lebih banyak energi terbarukan yang terintegrasi ke dalam sistem setiap hari. Orang-orang memasang panel surya di atap, jadi Anda membutuhkan lebih banyak aset untuk mengirimkan energi ke bagian lain dari sistem,” katanya, menjelaskan bahwa rantai pasokan yang fleksibel dapat memanfaatkan energi terbarukan secara maksimal. generasi. “Sebuah saluran transmisi dapat memakan waktu 10 tahun untuk dibangun, selama waktu itu energi terbarukan tersebut tidak dapat digunakan juga. Menggunakan penyimpanan portabel atau penyimpanan seluler berskala lebih kecil, terdistribusi, dapat memecahkan masalah ini secara tepat waktu.”

Memang, Dia dan rekan lainnya baru-baru ini melakukan penelitian terkait tentang aplikasi potensial penyimpanan energi portabel skala utilitas di California. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Joule pada bulan Februari, mereka menunjukkan bahwa memobilisasi penyimpanan energi dapat secara signifikan meningkatkan pendapatan dari penyimpanan di banyak wilayah dan meningkatkan integrasi energi terbarukan. “Ini lebih fleksibel” daripada solusi stasioner seperti kapasitas jaringan tambahan, katanya. “Saat Anda tidak membutuhkan penyimpanan seluler lagi, Anda dapat mengubahnya menjadi penyimpanan stasioner.”

Sekarang He dan rekan-rekannya telah membuat model perencanaan rantai pasokan hidrogen mereka, langkah selanjutnya, menurut He, adalah memberi perencana akses luas ke alat tersebut. “Kami sedang mengembangkan kode sumber terbuka sehingga orang dapat menggunakannya untuk mengembangkan aset yang optimal untuk berbagai sektor,” katanya. “Kami mencoba membuat modelnya lebih baik.”


Para ilmuwan menimbang manfaat dari peningkatan produksi hidrogen


Informasi lebih lanjut:
Guannan He et al, Perencanaan Rantai Pasokan Hidrogen dengan Penjadwalan Transmisi dan Penyimpanan Fleksibel, Transaksi IEEE tentang Energi Berkelanjutan (2021). DOI: 10.1109 / TSTE.2021.3064015

Guannan He dkk, Sistem Penyimpanan Energi Portabel Skala Utilitas, Joule (2020). DOI: 10.1016 / j.joule.2020.12.005

Informasi jurnal:
Joule

Disediakan oleh Massachusetts Institute of Technology

Cerita ini diterbitkan ulang oleh MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), situs populer yang meliput berita tentang penelitian, inovasi, dan pengajaran MIT.

Kutipan: Peneliti membangun model rantai pasokan untuk mendukung ekonomi hidrogen (2021, 9 Juni) diambil 9 Juni 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-06-chain-hydrogen-economy.html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HK