The Econmist - USA (2021-10-09)

(Antfer) #1

24 Briefing The hydrogen economy The Economist October 9th 2021


Airbus, a European aeroplane­maker, is
giving  hydrogen  its  full­throated  support.
In September, it confirmed a plan to power
planes using hydrogen by 2035. Guillaume
Faury, the company’s boss, extolled its vir­
tues:  “Hydrogen  has  an  energy  density
three  times  that  of  kerosene...[it]  is  made
for aviation.” 
On the basis of weight, that is true. On
the basis of volume, alas, it is not. At room
temperature and pressure, hydrogen is the
least dense gas in the universe. So although
by  the  kilogram  it  may  carry  three  times
more  energy  than  kerosene,  by  the  litre  it
carries  3,000  times  less.  The  gas  can  be
pressurised,  which  helps,  especially  for
applications where big tanks are not a pro­
blem. But to get to within a factor of three
of kerosene’s performance per litre hydro­
gen has to be liquefied. That requires chill­
ing it down to ­253°C (­423°F). 
Little  surprise,  then,  that  Boeing,  Air­
bus’s  American  rival,  is  more  guarded.  Its
boffins agree that “hydrogen is fundamen­
tal  to  all  sustainable  aviation  fuels”.  But
they reckon that flying a 747 across the At­
lantic using liquid hydrogen would require
filling  all  its  passenger  and  cargo  space
with fuel. That is why for longer journeys,
planes may end up using clean­hydrogen­
based ammonia (as many large ships may
do, too) or, more likely, synthetic hydrocar­
bons. In aviation, those synthetic fuels will
have to be able to compete with advanced
biofuels, the obvious alternative. 
Michael Liebreich, a clean­energy guru,
notes that, as one moves away from appli­
cations where hydrogen has clear benefits
over  renewable  electricity,  it  becomes
harder  to  see  serious  markets  for  the  gas.
To  illustrate  his  point  he  has  developed  a
“hydrogen  ladder”  which  ranks  uses  from
indispensable  to  unaffordable  (see  dia­
gram on previous page).
An intriguing borderline case is afford­
ed  by  domestic  heating.  On  an  efficiency
basis,  electrically  powered  heat  pumps
beat  domestic  boilers  fired  by  hydrogen

quite handily. But retrofitting urban hous­
ing  already  equipped  with  boilers  to  burn
hydrogen  may  be  more  attractive  in  some
places than trying to fit heat pumps on to
every building. Britain is likely to be a test
case  for  this  trade­off.  In  August,  its  gov­
ernment  unveiled  plans  for  5gwof  low­
carbon  hydrogen  production  capacity  by
2030 to replace natural gas in domestic and
industrial applications. 

Stairway to heaven
Near  the  bottom  of  Mr  Liebreich’s  ladder
are fuel­cell electric vehicles (fcevs) used
as  cars.  Toyota,  a  Japanese  automobile
giant,  has  longed  to  build  them  since  the
early 1990s, investing billions in the tech­
nology.  Official  visitors  were  ferried
around  Tokyo  in  such  vehicles  during  the
recent  Olympic  games,  and  the  Japanese
government has plans to expand the coun­
try’s  fleet  of  fcevs,  which  numbered  just
3,600 in 2019, to 200,000 by 2025. The Chi­
nese  government  says  it  wants  1m  of  the
things by 2030.
But  as  Mr  Liebreich  and  many  others
point  out,  this  does  not  seem  sensible  if
the competition is a battery­powered elec­
tric  car.  Fuel  cells  add  to  an  electric  car's
price  and  complexity  while  offering  no
benefit in performance. They are also inef­
ficient.  About  four­fifths  of  the  power  fed
into a battery­powered electric vehicle gets
used; conversion losses mean that an fcev
is likely to manage only half that level of ef­
ficiency.  A  veteran  Japanese  utility  execu­
tive  whispers  that  Toyota’s  stance  makes
no  sense:  “Millions  of  fuel­cell  cars  won’t
happen. Even Honda gave up. Pride is why
Toyota is sticking with it.”
That  does  not  rule  out  other  forms  of
road transport. Many of the world’s big lor­
ry­makers,  including  Europe’s  Volvo  and
Daimler,  are  racing  against  startups  like
Hyzon  to  bring  hydrogen­fuelled  heavy
lorries  to  market  on  the  basis  that  the
weight  and  recharging  time  of  batteries
means they are not able to be used. Accord­

ing to dhl, a logistics company, when lor­
ries with heavy loads need to travel farther
than  200km  (120  miles)  batteries  become
unattractive.
America’s  Cummins,  known  for  dec­
ades  for  its  conventional  engines,  is  bet­
ting  big  on  hydrogen,  having  acquired
firms  making  electrolysers,  fuel  cells  and
hydrogen  tanks.  Tom  Linebarger,  its  chief
executive, says he is highly confident that
hydrogen  lorries  will  be  “even  money”
with  diesel  lorries  on  total  cost  of  owner­
ship by 2030. Customers, he says, are wor­
ried  about  the  reliability  of  vehicles  with
batteries.  “If  I  am  a  distribution  company
and  have  fuel­cell  vehicles  using  hydro­
gen, I don’t need to depend on the grid.” 
As on road so, perhaps, on rail. France’s
Alstom, the biggest rail manufacturer out­
side  China,  is  already  running  hydrogen­
powered  trains  in  Germany.  Compared
with  diesel  trains,  these  whizzy  locomo­
tives emit no local air pollution, make very
little  noise  and  offer  a  ride  as  smooth  as
that  of  conventional  electric  trains.  The
firm thinks many of the 5,000 diesel trains
to be retired in Europe by 2035 could eco­
nomically be replaced by hydrogen trains.
By 2030, hydrogen trains could make up a
tenth of those not already electrified.
The  Boston  Consulting  Group  (bcg)
reckons  that  hydrogen  could  be  competi­
tive  on  price  with  other  ways  of  fuelling
trains by 2030 even with no carbon pricing.
The other big early market it sees is in con­
struction  equipment  and  other  applica­
tions  where  the  high  torque  provided  by
electric  motors  is  useful  and  the  long
charging  time  for  batteries  a  frustration
(fork­lift trucks have proved to be one such
niche).  bcgexpects  heavy  lorries,  ships
and applications in the chemicals industry
will be close behind, and predicts an annu­
al  $200bn  market  for  hydrogen­related
machinery and components by 2050.
But this makes sense only if supply and
demand  grow  in  tandem.  A  business­as­
usual  approach  in  which  supply  was  not
stimulated would lead companies to dou­
ble  down  on  incumbent  dirty  technol­
ogies,  particularly  in  industrial  applica­
tions, as they update ageing capital equip­
ment,  leading  to  a  pernicious  lock­in  of
legacy equipment. But stimulating supply
will generate resistance, both from incum­
bents in other fields and from finance min­
istries, unless demand is visibly increasing
alongside  it  and  delivering  things  which
people want.
Comparing it to the renewables indus­
try,  which  could  feed  in  to  existing  grids,
Mr Heid of McKinsey likens the hydrogen
economy  to  a  heavy  flywheel:  “It  takes
more to get it spinning, but once it’s going
it really goes.” He might also add that spin­
ning up a flywheelisa tricky business; let it
go  even  a  little  offbalance  and  you  risk
having it tear apart.n
Free download pdf