Mis on roheline vesinik ja miks me seda vajame

On õige aeg kasutada ära vesiniku potentsiaali, et mängida võtmerolli kriitiliste energiaprobleemide lahendamisel. Taastuvenergia tehnoloogiate ja elektrisõidukite hiljutised edusammud on näidanud, et poliitikal ja tehnoloogilisel innovatsioonil on võim luua ülemaailmseid puhta energia tööstusi.

Vesinik on kujunemas üheks juhtivaks võimaluseks taastuvatest energiaallikatest toodetud energia salvestamiseks vesinikupõhiste kütustega, mis võib taastuvatest energiaallikatest saadavat energiat transportida pikkade vahemaade taha – rikkalike energiaressurssidega piirkondadest tuhandete kilomeetrite kaugusel asuvatesse energianäljastesse piirkondadesse.

Rohelist vesinikku käsitleti ÜRO kliimakonverentsil COP26 mitmetes heitkoguste vähendamise lubadustes, et vähendada rasketööstuse, pikamaakaubaveo, laevanduse ja lennunduse süsinikdioksiidi. Valitsused ja tööstus on mõlemad tunnistanud vesinikku nullmajanduse oluliseks alustalaks.

Rohelise vesiniku katapult, ÜRO algatus rohelise vesiniku hindade alandamiseks, teatas, et peaaegu kahekordistab roheliste elektrolüsaatorite eesmärki eelmisel aastal seatud 25 gigavatilt 2027. aastaks 45 gigavatile. Euroopa Komisjon on vastu võtnud rea seadusandlikke akte. ettepanekud ELi gaasituru dekarboniseerimiseks, hõlbustades taastuvate ja vähese CO2-heitega gaaside, sealhulgas vesiniku kasutuselevõttu, ning tagada energiajulgeolek kõigile Euroopa kodanikele. Araabia Ühendemiraadid tõstavad samuti ambitsioone: riigi uue vesinikustrateegia eesmärk on hoida 2030. aastaks enda käes neljandik ülemaailmsest vähese süsinikdioksiidiheitega vesinikuturust ning Jaapan teatas hiljuti, et investeerib oma rohelise innovatsiooni fondist 3,4 miljardit dollarit, et kiirendada teadus- ja arendustegevust ning vesiniku kasutamise edendamine järgmise 10 aasta jooksul.

Vesinikutehnoloogiate kirjeldamisel võite kohata mõisteid "hall", "sinine", "roheline". Kõik taandub tootmisviisile. Vesinik eraldab põlemisel ainult vett, kuid selle loomine võib olla süsinikumahukas. Sõltuvalt tootmismeetoditest võib vesinik olla hall, sinine või roheline – ja mõnikord isegi roosa, kollane või türkiissinine. Roheline vesinik on aga ainus tüüp, mida toodetakse kliimaneutraalselt, mistõttu on oluline jõuda 2050. aastaks nullini.

Palusime Rahvusvahelise Taastuvenergia Agentuuri (IRENA) elektrisektori ümberkujundamise strateegiate juhil dr Emanuele Taibil selgitada, mis on roheline vesinik ja kuidas see võiks sillutada teed nullheitmete poole. Praegu töötab ta Saksamaal Bonnis asuvas IRENA innovatsiooni- ja tehnoloogiakeskuses, kus ta vastutab liikmesriikide abistamise eest energiasektori ümberkujundamise strateegiate väljatöötamisel ning juhib praegu tööd elektrisüsteemide paindlikkuse, vesiniku ja salvestuse kui võtmetähtsusega süsteemide alal. energia ülemineku võimaldajad. Dr Taibi on ka Maailma Majandusfoorumi strateegilise luure platvormi kaaskuraator, kus tema meeskond töötas välja vesiniku ümberkujundamise kaardi.

Rohelised vesinikutehnoloogiad

Mis ajendas teid arendama oma teadmisi energiatehnoloogiate vallas ja kuidas teie töö IRENA-s sellele kaasa aitab?

See oli minu magistritöö ajal. Käisin praktikal Itaalia riiklikus energia- ja keskkonnaagentuuris (ENEA), kus õppisin säästvat arengut ja energiat ning nende omavahelist seost. Kirjutasin sellest oma lõputöö juhtimistehnika erialal ja otsustasin, et see on valdkond, kuhu tahan oma tööelu keskenduda. Peaaegu 20-aastane kogemus energeetika ja rahvusvahelise koostöö vallas, doktorikraad energiatehnoloogia alal ning erasektoris, teadusuuringutes ja valitsustevahelistes agentuurides veedetud aeg, juhin praegu IRENA energiasektori ümberkujundamise meeskonda alates 2017. aastast.

Minu töö IRENA-s on aidata koos oma meeskonnaga ja tihedas koostöös kolleegidega agentuurist ja välispartneritega, nagu Maailma Majandusfoorum, toetada meie 166 liikmesriiki energia üleminekul, keskendudes taastuvelektrivarustusele ja selle energiavarustusele. kasutada energiasektori dekarboniseerimiseks roheliste elektronide ja roheliste molekulide, nagu vesinik ja selle derivaadid, kaudu.

Mis on roheline vesinik? Mille poolest see erineb traditsioonilisest emissioonimahukast hallist vesinikust ja sinisest vesinikust?

Vesinik on perioodilisuse tabeli lihtsaim ja väikseim element. Olenemata sellest, kuidas seda toodetakse, saab see sama süsinikuvaba molekuliga. Selle tootmise viisid on aga väga erinevad, nagu ka kasvuhoonegaaside, nagu süsinikdioksiid (CO2) ja metaan (CH4), heitkogused.

Rohelist vesinikku määratletakse kui vesinikku, mis saadakse taastuva elektrienergia abil vee jagamisel vesinikuks ja hapnikuks. See on nii halli kui ka sinisega võrreldes väga erinev rada.

Halli vesinikku toodetakse traditsiooniliselt metaanist (CH4), mis jaguneb auruga CO2-ks – kliimamuutuste peamiseks süüdlaseks – ja H2-ks, vesinikuks. Halli vesinikku on üha enam toodetud ka kivisöest, kusjuures CO2 emissioon toodetud vesinikuühiku kohta on oluliselt suurem, nii palju, et halli asemel nimetatakse seda sageli pruuniks või mustaks vesinikuks. Seda toodetakse tänapäeval tööstuslikus mastaabis ning sellega seotud heitkogused on võrreldavad Ühendkuningriigi ja Indoneesia heitkogustega. Sellel puudub energia ülemineku väärtus, pigem vastupidi.

Sinine vesinik järgib sama protsessi, mis hall, koos täiendavate tehnoloogiatega, mis on vajalikud vesiniku eraldamisel metaanist (või kivisöest) tekkiva CO2 kogumiseks ja selle pikaajaliseks säilitamiseks. See ei ole ühevärviline, vaid väga laia gradatsiooniga, kuna 100 protsenti toodetud CO2-st ei ole võimalik kinni püüda ja kõik selle säilitamise vahendid ei ole pikas perspektiivis võrdselt tõhusad. Põhimõte on selles, et suure osa CO2 sidumisega saab vesiniku tootmise mõju kliimale oluliselt vähendada.

On tehnoloogiaid (st metaani pürolüüs), mis lubavad saavutada kõrget sidumismäära (90-95 protsenti) ja süsinikdioksiidi tõhusat pikaajalist säilitamist tahkel kujul, mis on potentsiaalselt palju parem kui sinine, et väärivad oma värvi. vesiniku taksonoomia vikerkaar", türkiissinine vesinik. Metaani pürolüüs on aga endiselt katsestaadiumis, samal ajal kui roheline vesinik kasvab kiiresti, tuginedes kahele võtmetehnoloogiale – taastuvenergiale (eelkõige päikeseenergiast ja tuulest, kuid mitte ainult) ja elektrolüüsist.

Erinevalt taastuvenergiast, mis on tänapäeval enamikus riikides ja piirkondades odavaim elektrienergia allikas, peab rohelise vesiniku tootmise elektrolüüs järgmise kümnendi või kahe aasta jooksul märkimisväärselt suurenema ja selle kulusid vähendama vähemalt kolm korda. Kuid erinevalt CCS-ist ja metaanpürolüüsist on elektrolüüs tänapäeval kaubanduslikult saadaval ja seda saab hankidapraegu mitu rahvusvahelist tarnijat.

Rohelised vesinikuenergia lahendused

Millised on energia ülemineku lahenduste eelised „rohelise” vesinikumajanduse suunas? Kuidas saaksime minna üle rohelisele vesinikumajandusele, kus praegu oleme halli vesinikuga?

Roheline vesinik on energia ülemineku oluline osa. See ei ole järgmine vahetu samm, sest esmalt peame veelgi kiirendama taastuvelektri kasutuselevõttu, et dekarboniseerida olemasolevad elektrisüsteemid, kiirendada energiasektori elektrifitseerimist, et võimendada odavat taastuvelektrit, enne kui lõpuks dekarboniseerida sektorid, mida on raske elektrifitseerida. nagu rasketööstus, laevandus ja lennundus – rohelise vesiniku kaudu.

Oluline on märkida, et täna toodame märkimisväärses koguses halli vesinikku, mille CO2 (ja metaani) emissioon on kõrge: prioriteet oleks alustada olemasoleva vesinikuvajaduse dekarboniseerimist, näiteks asendades maagaasist saadava ammoniaagi rohelise ammoniaagiga.

Hiljutised uuringud on tekitanud arutelu sinise vesiniku kui üleminekukütuse kontseptsiooni üle, kuni roheline vesinik muutub kulutõhusaks. Kuidas muutuks roheline vesinik sinise vesinikuga võrreldes konkurentsivõimeliseks? Milliseid strateegilisi investeeringuid on vaja tehnoloogia arendusprotsessi?

Esimene samm on anda signaal sinise vesiniku asendamiseks halli värviga, sest ilma CO2 heitkoguste hinnata ei ole ettevõtetel äriliselt mõtet investeerida keerulistesse ja kulukatesse süsinikdioksiidi kogumissüsteemi (CCS) ja süsinikdioksiidi geoloogilistesse hoidlatesse. Kui raamistik on selline, et vähese süsinikusisaldusega vesinik (sinine, roheline, türkiis) on halli vesinikuga konkureeriv, tekib küsimus: kas peaksime investeerima süsinikdioksiidi kogumisse ja säilitamisse, kui on oht luhtunud varade tekkeks ja kui kiiresti muutub roheline odavamaks. sinine.

Vastus on loomulikult olenevalt piirkonnast erinev. Neto-nullmaailmas, mille poole kohustub üha rohkem riike, tuleks sinise vesiniku ülejäänud heitkogused kompenseerida negatiivsete heitkogustega. See läheb maksma. Samal ajal on gaasihinnad viimasel ajal olnud väga kõikuvad, jättes sinise vesiniku hinna tugevas korrelatsioonis gaasihinnaga ning lisaks CO2 hinna ebakindlusele, vaid ka maagaasi hinna kõikumisele.

Rohelise vesiniku puhul võime aga olla tunnistajaks samasugusele loole nagu päikeseenergia puhul. See on kapitalimahukas, seetõttu peame vähendama nii investeerimiskulusid kui ka investeeringukulusid, suurendades taastuvenergia tehnoloogiate ja elektrolüüsaatorite tootmist, luues samal ajal madala riskitaseme, et vähendada rohelise vesiniku investeeringute kapitalikulusid. See toob kaasa rohelise vesiniku stabiilse ja väheneva hinna, erinevalt sinise vesiniku muutlikust ja potentsiaalselt kasvavast hinnast.

Taastuvenergia tehnoloogiad saavutasid juba täna küpsusastme, mis võimaldab konkurentsivõimelist taastuvelektri tootmist kõikjal maailmas, mis on konkurentsivõimelise rohelise vesiniku tootmise eeltingimus. Elektrolüsaatoreid kasutatakse siiski väga väikeses mahus ja järgmise kolme aastakümne jooksul tuleb nende maksumuse kolmekordseks vähendamiseks suurendada kolme suurusjärku.

Tänaseks on rohelise vesiniku projektide torustik plaanis elektrolüüsiseadmete maksumuse poole võrra vähendamiseks enne 2030. aastat. See koos suurte projektidega, mis asuvad seal, kus on parimad taastuvad ressursid, võib kaasa tuua konkurentsivõimelise rohelise vesiniku kättesaadavuse järgmisel aastal {{1 }} aastat. See ei jäta palju aega sinisele vesinikule – mis on praegu veel katsestaadiumis –, et jõuda pilootmastaabist ärilisele tasemele, rakendada keerulisi projekte (nt pikaajaline CO2 säilitamine) ärilises mahus ja konkurentsivõimelise hinnaga ning taastada investeeringud, mis on tehtud järgmised 10-15 aastat.

Mitmed valitsused on nüüdseks lisanud vesinikkütuste tehnoloogiad oma riiklikesse strateegiatesse. Arvestades kasvavaid nõudmisi üleminekuks majanduse dekarboniseerimisele ja kõrgema süsiniku sidumise määraga tehnoloogiatele, mida soovitaksite poliitikakujundajatele ja otsustajatele, kes hindavad rohelise vesiniku plusse ja miinuseid?

Meil on vaja rohelist vesinikku, et saavutada puhasheide null, eelkõige tööstuses, laevanduses ja lennunduses. Kõige hädasti vajame aga järgmist:

1) energiatõhusus;

2) elektrifitseerimine;

3) taastuvenergia tootmise kiirenenud kasv.

Kui see on saavutatud, jääb meile ca. 40 protsenti nõudlusest tuleb dekarboniseerida ja see on koht, kus me vajame rohelist vesinikku, kaasaegset bioenergiat ja taastuvate energiaallikate otsest kasutamist. Kui suurendame taastuvenergiat elektri süsinikusisalduse vähendamiseks, suudame veelgi suurendada taastuvenergia võimsust, et toota konkurentsivõimelist rohelist vesinikku ja dekarboniseerida raskesti vähendatavaid sektoreid minimaalsete lisakuludega.

Kus näete vesinikuga seotud energiatehnoloogiate arengut 2030. aastaks? Kas me võiksime ette näha vesinikkütusega tarbesõidukeid?

Näeme võimalust rohelise vesiniku kiireks kasutuselevõtuks järgmisel kümnendil seal, kus vesiniku nõudlus on juba olemas: ammoniaagi, raua ja muude olemasolevate kaupade süsinikusisalduse vähendamine. Paljud vesinikku kasutavad tööstuslikud protsessid võivad halli asendada rohelise või sinisega, tingimusel et CO2 on adekvaatse hinnaga või on kasutusele võetud muud mehhanismid nendes sektorites süsinikdioksiidiheite vähendamiseks.

Laevanduse ja lennunduse puhul on olukord veidi erinev. Drop-in kütuseid, mis põhinevad rohelisel vesinikul, kuid mis on sisuliselt identsed reaktiivkütuse ja naftast toodetud metanooliga, saab kasutada olemasolevates lennukites ja laevades minimaalsete või ilma reguleerimisteta. Need kütused sisaldavad aga CO2, mis tuleb kuskilt kinni püüda ja vesinikule lisada, et põlemisel uuesti vabaneda: see vähendab, kuid ei lahenda CO2 emissiooni probleemi. Sünteetilisi kütuseid saab kasutusele võtta enne 2030. aastat, kui on olemas õiged stiimulid, mis õigustavad heitkoguste vähendamise (mitte kõrvaldatud) lisakulusid.

Lähiaastatel võivad laevad minna üle rohelisest vesinikust ja õhust saadavast lämmastikust toodetavale rohelisele ammoniaagile, mis ei sisalda CO2, kuid mootorite ja paakide väljavahetamiseks on vaja investeeringuid ning roheline ammoniaak on praegu tunduvalt kallim kui kütteõli.

Vesinik- (või ammoniaagi) lennukid on kaugemal ja need on sisuliselt uued lennukid, mis tuleb kavandada, ehitada ja lennufirmadele müüa, et asendada olemasolevad reaktiivkütusel töötavad lennukid – ilmselgelt pole see aastaks 2030 teostatav: selles mõttes on roheline reaktiivlennuk. kütus, mis on toodetud rohelise vesiniku ja säästva bioenergia kombinatsioonist, on lahendus, mida saab lähiajal kasutusele võtta.

Kokkuvõtteks võib öelda, et peamised tegevused süsinikdioksiidi vähendamise kiirendamiseks praegusest kuni 2030. aastani on 1) energiatõhusus 2) elektrifitseerimine taastuvenergiaga 3) taastuvenergia tootmise kiire kiirendamine (mis vähendab veelgi taastuvelektri niigi madalat hinda) 4) säästva energia mastaabi suurendamine. , kaasaegne bioenergia, mis on muu hulgas vajalik CO-d nõudvate roheliste kütuste tootmiseks2 5) halli vesiniku dekarboniseerimine rohelise vesinikuga, mis tooks kaasa mastaabi ja vähendaks elektrolüüsi kulusid, muutes rohelise vesiniku konkurentsivõimeliseks ja valmis edasiseks kasutamiseks. suurendada 2030. aastatel, et saavutada eesmärk saavutada 2050. aastaks netoheitevabastus.

Maailma Majandusfoorum on puhta vesiniku tegevuskava kauaaegne toetaja alates 2017. aastast, aidanud muu hulgas luua vesinikunõukogu, luua koostöös Mission Innovationiga vesinikuinnovatsiooni väljakutse ning luua koos Võimaliku missiooni platvormi Energy Transitions Commission, mis aitab raskesti vähendatavates sektorites 2050. aastaks heitkoguseid nullida. Lisateavet puhta vesiniku algatuse kiirendamise kohta leiate siit.