Estações de hidrogênio da Califórnia sendo consertadas por mais horas do que bombeando com 15% de Capex ao ano – CleanTechnica

Registe-se para atualizações diárias de notícias da CleanTechnica no e-mail. Ou siga-nos no Google Notícias!

---

Recentemente estive revisando estudos relacionados ao transporte rodoviário de hidrogênio, pois é um dos poucos lugares onde organizações sérias de pesquisa em transporte ainda têm esperança para o transportador de energia. Analisei estudos de vários países da Europa e da América do Norte desde 2010.

Mais recentemente, fiz parte do grupo de revisão por pares de um estudo europeu que realizou outra simulação do custo total de propriedade através de hidrogénio, sistemas rodoviários eléctricos e eléctricos de bateria, biocombustíveis e diesel como base. Uma coisa que me chamou a atenção foi que as suposições de manutenção de veículos a hidrogênio pareciam muito baixas, com o estudo mostrando que seria pouco mais do que bateria elétrica.

Eu estava ciente de evidências anedóticas de custos mais elevados de manutenção da frota e os primeiros princípios relacionados com altas pressões, faixas extremas de temperatura, requisitos de pureza do ar e as características do hidrogénio sugeriram que também deveria ser maior. Então procurei mais dados.

Os relatórios de manutenção da frota da Califórnia mostraram que os ônibus com células de combustível de hidrogênio em três organizações de transporte público e um total de oito anos de operação tiveram custos de manutenção superiores a 50% maior que os ônibus a diesel, em média para as mesmas distâncias percorridas. Enquanto pesquisava e escrevia sobre isso, me perguntei brevemente se os complexos postos de reabastecimento apresentavam desafios de manutenção semelhantes, mas deixei isso para outro dia. Hoje é aparentemente esse dia.

Após a publicação, um engenheiro químico conhecido me disse que os custos de manutenção eram geralmente apresentados em estudos de custo total de propriedade como sendo 3% das despesas de capital por ano, mas que as citações de reabastecedores que ele recebeu enquanto considerava uma solução de reabastecimento com pressão atmosférica de 350 indicavam que deveria ser 10% das despesas de capital. Infelizmente, ele não foi capaz de compartilhá-los.

Com certeza, quando fui analisar as suposições do Conselho Internacional de Transportes Limpos sobre estações de reabastecimento de hidrogênio, descobri isto:

Assumimos que o custo operacional fixo anual de manutenção e mão de obra é de 4% do custo de capital do sistema, semelhante a estudos anteriores (Brynolf et al., 2018; Matute et al., 2019).

Curiosamente, parece que este é outro polegar na escala que beneficia os custos totais de propriedade sistêmicos do reabastecimento de caminhões a hidrogênio. Mas será que é realmente verdade? Existem dados disponíveis que o ICCT e outros deveriam considerar?

Demorou um pouco para localizar uma fonte, mas mais uma vez a Califórnia e o NREL dos EUA conseguiram. Encontrei um relatório de 2022, Análise de Estação de Hidrogênio de Próxima Geração, apresentado como parte do Programa DOE Hidrogênio em uma Reunião Anual de Revisão de Mérito e Avaliação por Pares. Incluía dados de seis anos de manutenção das bombas de célula de combustível no estado. Os dados terminaram após o segundo trimestre de 2, mas isso foi suficiente para ver um aumento pós-COVID e, claro, houve dados pré-COVID.

Os dados abrangeram 55 estações de retalho, principalmente para veículos ligeiros, bombeando hidrogénio a 700 atmosferas para Toyota Mirais, Hyundai Nexos e similares. Muitos têm apenas uma bomba porque não há demanda por mais. Havia também algumas estações de veículos pesados, mas não foram divididas separadamente, o que é lamentável, pois a complexidade adicional sem dúvida aumenta os custos de manutenção. As 110 novas estações que o estado pretendia construir nunca se concretizaram e a contagem actual permanece em 55 alguns anos depois.

Por que maior complexidade? Bem, as bombas de reabastecimento para veículos leves são lentas, dispensando em média 0.93 kg de hidrogênio por minuto, de acordo com o relatório do NREL sobre as taxas reais, o que significa que leva cerca de cinco minutos para encher um Toyota Mirai vazio. Isso se compara às bombas de gasolina que funcionam a 10 galões por minuto nos EUA, sendo um galão a energia equivalente a um quilograma de hidrogênio. Os carros com célula de combustível são mais eficientes do que os carros de combustão interna, então equivalem a dez galões para um carro em cinco minutos.

Isto é, obviamente, completamente inadequado para camiões pesados, que necessitariam de 50 a 100 quilogramas ou mais de hidrogénio para reabastecer, levando a tempos de reabastecimento mais longos do que os tempos de carregamento para camiões eléctricos a bateria, até 90 minutos. E também é inadequado para veículos de entrega de médio porte, porque essas estações de veículos leves são otimizadas para entregar cerca de cinco quilos antes de terem que passar por um longo ciclo de recompressão. Isso faz parte do relatório de um estudo sobre um teste de van de entrega de médio porte no Reino Unido, onde o reabastecimento demorou três vezes mais tempo, cerca de 15 minutos, apenas para obter 10 quilos de hidrogénio.

Portanto, um monte de equipamentos adicionais de maior qualidade e maior custo são adicionados aos postos de reabastecimento de veículos pesados ​​para torná-los um pouco melhores. Ainda não é ótimo. O NREL, em um ambiente de teste, conseguiu aproximar as taxas de bombeamento de diesel com hidrogênio pressurizado, mas essa é uma instalação de teste sob medida e não há garantia de que seria remotamente econômica ou comercializável.

Os gráficos na página oito do relatório deixam claro que há uma correlação linear forte, razoavelmente preditiva, entre a quantidade de hidrogênio bombeado e os requisitos de manutenção, algo que é o mesmo que acontece com os estudos de postos de gasolina que examinei. Bombeie quatro vezes mais hidrogênio e faça quatro vezes mais manutenção.

Mas eles não deixam claro quanta manutenção é necessária nas estações de reabastecimento de hidrogênio. Isso exigia matemática com números apresentados em diferentes páginas do relatório.

O primeiro número foram os quilogramas de hidrogênio bombeado. Escolhi o primeiro semestre de 2021, seis meses de dados após a COVID, quando as tonelagens de hidrogénio bombeado foram as maiores da história do programa e cinco anos de melhorias nas bombas de hidrogénio e programas de excelência operacional tiveram tempo de terminar.

Nas 55 estações, 540,000 quilogramas de hidrogênio foram distribuídos para mais de 13,000 veículos a hidrogênio na Califórnia. Sim, esse estado dos EUA tem mais veículos a hidrogénio nas suas estradas do que qualquer outro país do mundo, incluindo a China. Mas ainda são apenas 236 veículos por estação, em média.

Alguns postos distribuíam até 300 quilos por dia, o que significa uma pequena fração do número de galões de gasolina que uma bomba média entrega diariamente. É claro que demoraram 10 vezes mais para entregar esses quilos, então as estações parecem mais ocupadas do que realmente estão.

55 estações e 540,000 quilogramas nos últimos dois trimestres de dados são apenas 54 quilogramas por estação por dia, em média. Supondo 3 quilos – 60% – de reabastecimento por veículo, cada estação atende apenas 18 veículos por dia. Isso significa que eles reabastecem a cada 13 dias, em média. Isso significa que o veículo médio com célula de combustível percorre cerca de 15 quilômetros por dia, muito abaixo da média de 37 quilômetros por dia dos EUA.

No mesmo período, foram registrados 3,250 eventos de manutenção, entre eventos programados e não programados, manutenções preventivas e consertos de erros. O relatório não possui horas de manutenção por evento para esse período, mas tem a média histórica de cinco anos de 3.6 horas por evento em outra página.

Muito pouca matemática indica que as 55 estações parecem ter visto 11,700 horas de manutenção em seis meses, cerca de 212 por estação ou cerca de 1.2 horas por dia. Pelo que sei, nada disso é inspeção diária e aperto de parafusos, mas sim eventos de manutenção programados e não programados que tiram a bomba de serviço. 27% dos eventos de manutenção demoraram uma hora ou menos para serem resolvidos, com a mediana sendo bastante alta de 2.5 horas e muitos eventos demorando mais de uma dúzia de horas ou até 24 para serem corrigidos.

Isso é alto? Parecia que sim. Fui procurar dados equivalentes para postos de gasolina. Encontrei um estudo de 2013, Análise e Programação de Operações de Manutenção de uma Rede de Postos de Combustível, com dados de 570 bombas em 40 estações. Descobriu-se que as estações com falhas médias tiveram 0.002 falhas por hora por dispensador. Com uma média de 14 bombas por estação, estas não eram estações poeirentas de baixo volume, mas sim muito movimentadas. Não consegui determinar se 'horas' eram horas usadas ativamente ou o total de horas, mas mesmo uma diferença de ordem de magnitude não representaria muitas falhas por hora.

O estudo focou no tempo médio entre falhas que requerem manutenção e nos benefícios da manutenção preventiva, portanto não teve duração das atividades de manutenção, mas deixou claro que com uma manutenção preventiva média, uma estação com 14 bombas apresentava uma falha a cada 550 horas ou algo assim, ou qualquer bomba parada e funcionando durante um terço do ano sem mais do que inspeção, limpeza e aperto de parafusos.

Então, como são as estações de reabastecimento de hidrogênio na Califórnia? Lembre-se de que a maioria deles tem apenas uma ou duas bombas no estacionamento de um posto de gasolina.

Bem, dada a vazão média de 0.93 quilogramas, essas estações pareciam exigir 3.6 horas de manutenção para cada 46 quilogramas de hidrogênio bombeados.

O total de horas de manutenção - mais uma vez derivado da duração média declarada e do número de eventos, mas não declarado explicitamente no relatório NREL - foi 11,700 horas nas 55 estações nos primeiros seis meses de 2021. 

O tempo total de bombeamento de hidrogênio na vazão de 0.93 foi 9,677 horas.

As estações de reabastecimento de hidrogênio da Califórnia gastaram 2,000 horas a mais em consertos e manutenção do que no bombeamento de hidrogênio no primeiro semestre de 2021.

Se eu tivesse escrito este relatório, esta primeira descoberta teria sido destacada em letras grandes e gritantes. Em vez disso, tive que cavar muito para encontrá-lo. Mas e os custos?

Dado que estamos lidando com pressões atmosféricas de 700, equivalentes a estar mais de seis quilômetros abaixo da superfície do oceano, não estamos falando de técnicos baratos da Joe's Gas Station Maintenance.

Na página 14 do relatório anuncia, sem contexto, que o custo por manutenção foi superior a 10,000 dólares por estação por trimestre, ou mais de 40,000 dólares por ano. Pesquisei mais sobre isso e descobri o conjunto de dados subjacente que mostrava que os custos de manutenção estavam aumentando linearmente com o uso, e o uso permanecia muito baixo. Os últimos quatro trimestres de seus dados mostravam cerca de US$ 50,000 por estação por ano.

Durante dois trimestres para as 55 estações, a despesa total foi de $1,375,000. Isso coloca o custo por hora de manutenção em US$ 118. 

Quão baixo é o uso em comparação com postos de gasolina? A bomba média é projetada para movimentar mais de 300,000 galões por ano em uso normal, cerca de 900 galões por dia. O posto de gasolina médio no relatório sobre postos de gasolina tinha 14 bombas, ou seja, mais de 10,000 galões por dia. Os 300 quilogramas por dia para o maior posto de abastecimento de hidrogénio é uma quantidade homeopática, com custos de capital muito elevados, variando entre 1,200 e 3,000 dólares por quilograma de hidrogénio fornecido por dia por ano. Relatório do Programa de Hidrogênio DOE 2020, não sendo amortizado em muitos quilos.

Esse relatório indicou que as estações adquiridas tinham capacidade de 770 kg/dia a 1,620 kg/dia, quando as estações mais movimentadas de toda a Califórnia atingiam apenas 300 kg. Para ser claro, os postos de abastecimento existentes eram capazes de fornecer mais hidrogénio, mas não estavam a ser chamados a fazê-lo porque havia tão poucos veículos a hidrogénio e eram tão pouco conduzidos.

Vamos fazer algumas suposições de custos. O estudo sobre os custos do hidrogénio deixou claro que os custos tinham diminuído. Vamos supor que as 55 estações existentes estivessem no limite máximo da faixa, US$ 3,000 por quilograma de hidrogênio distribuído. Vamos supor que eles foram dimensionados para muito mais do que entregam, e claramente mais de 300 quilos por dia. Vamos assumir o limite inferior da faixa de 770 kg/dia. Isso faz com que os custos de capital da estação média sejam de US$ 2.3 milhões, com 55 delas custando cerca de US$ 130 milhões.

A despesa de manutenção de 4% do capex sugere que eles gastariam cerca de US$ 5 milhões por ano, mas gastam apenas US$ 1,375,000 por ano. Parece bom.

Mas eles estão bombeando apenas 54 quilogramas por estação por dia e, como mostram os dados, a manutenção aumenta linearmente com os quilogramas entregues. Aumentar a média de 54 quilogramas para 770 quilogramas sugere que o custo real de manutenção se as estações funcionassem à capacidade planeada seria de 20 milhões de dólares por ano.

Isso representa 15% do capex, não 4% do capex. E não são 10% do investimento que aparentemente é o que os vendedores de postos de abastecimento de hidrogênio estão prometendo. É evidente que o que estão a fazer nas licitações é preparar os compradores para a realidade ainda pior do reabastecimento de hidrogénio.

Vamos fazer uma breve digressão na Previsão de Classes de Referência. É o método de estimativa que o professor Bent Flyvbjerg e sua equipe desenvolveram ao longo dos quase 30 anos que passaram coletando dados sobre megaprojetos.

Aqui está o RCF em poucas palavras. Obtenha todos os dados que puder sobre o que você está tentando fazer. Encontre a média. Use isso em suas estimativas. Se você estiver construindo uma ponte, obtenha todos os custos reais das pontes que foram construídas que puder encontrar. Média. Comece com isso. Ajuste para cima ou para baixo somente se você tiver um motivo realmente forte para acreditar que é especial.

Se você leu o livro de Flyvbjerg e do co-autor Dan Gardner, Como grandes coisas são feitas, que está na lista de todos os melhores livros de negócios de 2023, muitas vezes no topo, você leu sobre o RCF e como aplicá-lo. E se você ainda não leu Big Things, leia agora.

O que isso significa para os estudos de custo total de propriedade de caminhões? Se eles estão custeando as estações, e deveriam, deveriam custar a manutenção em 15% do capex, e não em 4% do capex.

Se eu estivesse relatando a reunião anual do DOE e apresentando o relatório que encontrei, isso teria sido pouco menos de 2,000 horas a mais de manutenção do que de bombeamento, em letras ainda maiores.

Ok, quantas desculpas podemos dar para esses dados explicarem isso? Isso ajuda a pré-carregar os argumentos.

#1: A tecnologia não está madura e as coisas vão melhorar! 

As estações de reabastecimento de hidrogénio têm sido implantadas globalmente há mais de 25 anos, a Califórnia tem mais delas do que qualquer outro país, e este é o último trimestre de seis anos de dados, por isso houve tempo para abandonar os limões e optimizar a manutenção.

#2: Aumentar os custos reais de manutenção não é justo!

O ajuste da curva em quilogramas bombeados versus eventos de manutenção é linear a partir de seus próprios dados e apoiado por estudos de manutenção de bombeamento de postos de gasolina. Dei-lhes o benefício da dúvida relativamente aos custos e à capacidade de descerem para 15%. Os números iniciais foram piores, então estive verificando e refazendo três vezes. Sugira uma metodologia melhor e aplique-a aos dados.

#3: Esses dados são para estações de veículos leves e as estações de veículos mais pesados ​​serão mais confiáveis!

Não, a complexidade e os requisitos adicionais para a transferência de hidrogénio em alta velocidade tornam mais difícil, e não menos, alcançar a fiabilidade. A probabilidade é que esta conclusão de 15% seja demasiado baixa para camiões. Como lembrete, os dados anedóticos de 10% referem-se a sistemas de bombeamento com pressão atmosférica de 350 atmosferas.

#4: Não importa porque em vez disso usaremos hidrogênio líquido!

Não, armazenar e bombear hidrogênio a 20° acima do zero absoluto é muito mais complexo do que gás com pressão de 700 atmosferas. Os desafios com o gerenciamento térmico e de pressão são multiplicados, assim como os perigos. O hidrogénio líquido é tão difícil de utilizar que a indústria espacial está a migrar para o metano e a afastar-se do hidrogénio líquido.

# 5: Eles estão desmoronando porque ninguém os está usando e ficarão melhores com mais uso!

Isso realmente não significa que um defensor do hidrogênio realmente queira defender, e veja o ponto 2.

#6: Os dados são ruins, apenas elaborados pelo autor!

Os dados são todos provenientes de relatórios do programa de hidrogénio NREL sobre descobertas reais em postos de gasolina reais.

#7: Identifiquei um erro imaterial, por isso estou me dando permissão para invalidar toda a avaliação!

Não seja essa pessoa.

#8: Não gosto dos resultados!

Nesse caso, você realmente precisa ler este outro artigo meu - Ver soluções climáticas claramente através de preconceitos e dados ausentes é um desafio - por um tempo e reflita sobre suas escolhas de vida.

---

Assim, para resumir, as estações de reabastecimento de hidrogénio no maior conjunto de dados públicos, abrangendo 55 estações ao longo de seis anos com milhões de quilogramas de hidrogénio entregues, mostram que as estações de hidrogénio ficam fora de serviço 20% mais tempo do que bombeiam hidrogénio e que os custos anuais de manutenção representam 15% do investimento, e não 4%.

Espero que o ICCT, a Daimler, os fornecedores de reabastecimento de hidrogénio e o DOE dos EUA comecem agora a usar 15%? Não, espero que recriem o estudo que acabei de fazer, utilizando dados da Califórnia e dados mais reais sobre despesas de capital, e cheguem a um número muito mais realista do que 4%. Pessoalmente, estou confortável com 15% e irei usá-lo e recomendar aos grupos com os quais me envolvo que o utilizem.

• Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
• PlatoData.Network Gerativa Vertical Ai. Capacite-se. Acesse aqui.
• PlatoAiStream. Inteligência Web3. Conhecimento Amplificado. Acesse aqui.
• PlatãoESG. Carbono Tecnologia Limpa, Energia, Ambiente, Solar, Gestão de resíduos. Acesse aqui.
• PlatoHealth. Inteligência em Biotecnologia e Ensaios Clínicos. Acesse aqui.
• Fonte: https://cleantechnica.com/2024/01/27/californias-hydrogen-stations-being-fixed-more-hours-than-pumping-at-15-capex-per-year/