Kas yra žalias vandenilis ir kodėl mums jo reikia

Pats metas išnaudoti vandenilio potencialą ir atlikti pagrindinį vaidmenį sprendžiant esminius energijos iššūkius. Pastarojo meto atsinaujinančios energijos technologijų ir elektrinių transporto priemonių sėkmė parodė, kad politika ir technologijų naujovės gali sukurti pasaulinę švarios energijos pramonę.

Vandenilis tampa viena iš pirmaujančių galimybių kaupti energiją iš atsinaujinančių šaltinių naudojant vandenilio kurą, galintį transportuoti energiją iš atsinaujinančių šaltinių dideliais atstumais – iš regionų, kuriuose gausu energijos išteklių, į energijos ištroškusias vietoves, esančias už tūkstančių kilometrų.

Žaliasis vandenilis buvo įtrauktas į daugybę įsipareigojimų sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį JT klimato konferencijoje COP26, kaip priemonė dekarbonizuoti sunkiąją pramonę, tolimųjų krovinių gabenimą, laivybą ir aviaciją. Tiek vyriausybės, tiek pramonė pripažino vandenilį svarbiu nulinės ekonomikos ramsčiu.

Žalioji vandenilio katapulta, Jungtinių Tautų iniciatyva, kuria siekiama sumažinti žaliojo vandenilio kainą, paskelbė, kad ji beveik padvigubina savo tikslą ekologiškiems elektrolizatoriams nuo 25 gigavatų, nustatytų pernai, iki 45 gigavatų iki 2027 m. Europos Komisija priėmė teisės aktų rinkinį. pasiūlymai dekarbonizuoti ES dujų rinką palengvinant atsinaujinančių ir mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančių dujų, įskaitant vandenilį, įsisavinimą ir užtikrinti energijos tiekimo saugumą visiems Europos piliečiams. Jungtiniai Arabų Emyratai taip pat kelia ambicijų – pagal naująją šalies vandenilio strategiją siekiama iki 2030 m. užimti ketvirtadalį pasaulinės mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančių vandenilio rinkos, o Japonija neseniai paskelbė, kad investuos 3,4 mlrd. USD iš savo žaliųjų inovacijų fondo, kad paspartintų mokslinius tyrimus ir plėtrą bei Vandenilio naudojimo skatinimas per ateinančius 10 metų.

Apibūdindami vandenilio technologijas galite susidurti su terminais „pilka“, „mėlyna“, „žalia“. Viskas priklauso nuo gamybos būdo. Degdamas vandenilis išskiria tik vandenį, tačiau jo kūrimas gali sukelti daug anglies. Priklausomai nuo gamybos būdų, vandenilis gali būti pilkas, mėlynas arba žalias, o kartais net rožinis, geltonas arba turkio spalvos. Tačiau žalias vandenilis yra vienintelė rūšis, pagaminta neutraliu klimato požiūriu, todėl labai svarbu iki 2050 m. pasiekti nulį.

Paprašėme dr. Emanuele Taibi, Tarptautinės atsinaujinančios energijos agentūros (IRENA) energetikos sektoriaus transformavimo strategijų vadovo, paaiškinti, kas yra žalias vandenilis ir kaip jis galėtų padėti pasiekti grynąjį nulinį išmetamųjų teršalų kiekį. Šiuo metu jis yra įsikūręs IRENA inovacijų ir technologijų centre Bonoje, Vokietijoje, kur jis yra atsakingas už pagalbą šalims narėms rengiant energetikos sektoriaus pertvarkos strategijas ir šiuo metu vadovauja darbui, susijusiam su elektros energijos sistemos lankstumu, vandeniliu ir saugojimu. energijos perėjimo įgalintojai. Dr. Taibi taip pat yra Pasaulio ekonomikos forumo Strateginio žvalgybos platformos kuratorius, kur jo komanda sukūrė vandenilio transformacijos žemėlapį.

Žaliosios vandenilio technologijos

Kas paskatino jus tobulinti savo patirtį energetikos technologijų srityje ir kaip prie to prisideda jūsų darbas IRENA?

Tai buvo mano magistro darbo metu. Atlikau stažuotę Italijos nacionalinėje energetikos ir aplinkos agentūroje (ENEA), kur sužinojau apie tvarų vystymąsi ir energetiką bei jų ryšį. Parašiau apie tai vadybos inžinerijos baigiamąjį darbą ir nusprendžiau, kad tai yra ta sritis, į kurią noriu sutelkti savo darbinį gyvenimą. Greitai į priekį turiu beveik 20 metų patirtį energetikos ir tarptautinio bendradarbiavimo srityje, energetikos technologijų mokslų daktaro laipsnį ir laiką, praleistą privačiame sektoriuje, mokslinių tyrimų ir tarpvyriausybinėse agentūrose, šiuo metu vadovauju IRENA energetikos sektoriaus pertvarkos komandai nuo 2017 m.

Mano darbas IRENA yra padėti kartu su savo komanda ir glaudžiai bendradarbiaujant su kolegomis iš agentūros ir išorės partneriais, tokiais kaip Pasaulio ekonomikos forumas, remti mūsų 166 šalis nares pereinant prie energijos, daugiausia dėmesio skiriant elektros energijos tiekimui iš atsinaujinančių šaltinių. naudoti dekarbonizuoti energetikos sektorių per žaliuosius elektronus ir žaliąsias molekules, tokias kaip vandenilis ir jo dariniai.

Kas yra žalias vandenilis? Kuo jis skiriasi nuo tradicinio daug teršalų išmetančio „pilkojo“ vandenilio ir mėlynojo vandenilio?

Vandenilis yra paprasčiausias ir mažiausias periodinės lentelės elementas. Nesvarbu, kaip jis gaminamas, jis gauna tą pačią molekulę be anglies. Tačiau jo gamybos būdai yra labai įvairūs, kaip ir šiltnamio efektą sukeliančių dujų, tokių kaip anglies dioksidas (CO2) ir metanas (CH4), išmetimas.

Žaliasis vandenilis apibrėžiamas kaip vandenilis, gaunamas skaidant vandenį į vandenilį ir deguonį naudojant atsinaujinančią elektros energiją. Tai labai skirtingas kelias, palyginti su pilka ir mėlyna.

Pilkasis vandenilis tradiciškai gaminamas iš metano (CH4), suskaldomo su garais į CO2 – pagrindinį klimato kaitos kaltininką – ir H2 – vandenilį. Pilkasis vandenilis vis dažniau gaminamas ir iš anglies, o vienam pagaminto vandenilio vienetui išmetama žymiai daugiau CO2, todėl dažnai vadinama ruduoju arba juoduoju, o ne pilkuoju. Šiandien jis gaminamas pramoniniu mastu, o su tuo susiję išmetamųjų teršalų kiekis yra panašus į JK ir Indonezijos bendrą emisiją. Jis neturi energijos pereinamosios vertės, atvirkščiai.

Mėlynam vandeniliui taikomas tas pats procesas, kaip ir pilkajam, naudojant papildomas technologijas, kurios reikalingos CO2, susidarančio atskyrus vandenilį iš metano (arba anglies), surinkimui ir ilgalaikiam saugojimui. Tai ne vienos spalvos, o labai plati gradacija, nes negalima sugauti 100 procentų pagaminto CO2, o ne visos jo saugojimo priemonės yra vienodai veiksmingos ilgalaikėje perspektyvoje. Svarbiausia, kad surinkus didelę dalį CO2, vandenilio gamybos poveikis klimatui gali būti žymiai sumažintas.

Yra technologijų (ty metano pirolizė), kurios žada didelius surinkimo rodiklius (90-95 proc.) ir veiksmingą ilgalaikį kieto CO2 saugojimą, galbūt daug geresnių nei mėlyna, kad nusipelno savo spalvos. vandenilio taksonomijos vaivorykštė“, turkio spalvos vandenilis. Tačiau metano pirolizė vis dar yra bandomajame etape, o žalias vandenilis sparčiai plečiasi, remiantis dviem pagrindinėmis technologijomis – atsinaujinančia energija (ypač iš saulės PV ir vėjo, bet ne tik) ir elektrolizės.

Skirtingai nuo atsinaujinančios energijos, kuri šiandien yra pigiausias elektros energijos šaltinis daugumoje šalių ir regionų, ekologiško vandenilio gamybos elektrolizės mastas turi būti gerokai padidintas ir bent tris kartus sumažinti išlaidas per ateinantį dešimtmetį ar du. Tačiau, skirtingai nuo CCS ir metano pirolizės, elektrolizė šiandien parduodama ir ją galima įsigyti iškeli tarptautiniai tiekėjai šiuo metu.

Žalieji vandenilio energijos sprendimai

Kokie yra energetikos perėjimo prie „žaliosios“ vandenilio ekonomikos sprendimų privalumai? Kaip galėtume pereiti prie žaliosios vandenilio ekonomikos iš ten, kur šiuo metu yra pilkasis vandenilis?

Žalias vandenilis yra svarbi energijos perėjimo dalis. Tai nėra kitas neatidėliotinas žingsnis, nes pirmiausia turime dar labiau paspartinti atsinaujinančios elektros energijos naudojimą, kad dekarbonizuoti esamas elektros energijos sistemas, paspartinti energetikos sektoriaus elektrifikavimą, kad būtų panaudota pigi atsinaujinanti elektros energija, o paskui galiausiai dekarbonizuoti sunkiai elektrifikuojamus sektorius. kaip sunkioji pramonė, laivyba ir aviacija – per žaliąjį vandenilį.

Svarbu pažymėti, kad šiandien mes gaminame didelį kiekį pilkojo vandenilio, išskiriančio daug CO2 (ir metano): prioritetas būtų pradėti dekarbonizuoti esamą vandenilio poreikį, pavyzdžiui, amoniaką iš gamtinių dujų pakeičiant žaliuoju amoniaku.

Naujausi tyrimai sukėlė diskusiją apie mėlynojo vandenilio koncepciją kaip pereinamąjį kurą, kol žalias vandenilis taps konkurencingas. Kaip žalias vandenilis taptų konkurencingas mėlynojo vandenilio atžvilgiu? Kokių strateginių investicijų reikia technologijų plėtros procese?

Pirmas žingsnis – duoti signalą, kad mėlynasis vandenilis pakeis pilką, nes nenustačius kainos už CO2 išmetimą, įmonėms nėra verslo reikalo investuoti į sudėtingą ir brangią anglies surinkimo sistemą (CCS) ir geologines CO2 saugyklas. Kai sistema yra tokia, kad mažai anglies išskiriantis vandenilis (mėlyna, žalia, turkio spalva) konkuruoja su pilkuoju vandeniliu, kyla klausimas: ar turėtume investuoti į CCS, jei rizikuojame turėti persekusį turtą, ir kaip greitai žalia spalva taps pigesnė nei mėlyna.

Žinoma, atsakymas skirsis priklausomai nuo regiono. Pasaulyje, kurio grynasis nulinis kiekis yra tikslas, kurio siekia vis daugiau šalių, likusią mėlynojo vandenilio emisiją tektų kompensuoti neigiamomis emisijomis. Tai kainuos. Tuo pat metu dujų kainos pastaruoju metu buvo labai nepastovios, todėl mėlynojo vandenilio kaina labai koreliuoja su dujų kainomis ir yra veikiama ne tik CO2 kainų neapibrėžtumo, bet ir gamtinių dujų kainų svyravimų.

Tačiau žaliojo vandenilio atveju galime pamatyti panašią istoriją kaip ir saulės fotovoltinės energijos atveju. Tai imli kapitalui, todėl turime mažinti investicijų sąnaudas ir investicijų kaštus, didinant atsinaujinančių energijos šaltinių technologijų ir elektrolizatorių gamybą, kartu sukuriant mažos rizikos pasisavinimą, siekiant sumažinti kapitalo sąnaudas investicijoms į ekologišką vandenilį. Tai lems stabilią, mažėjančią žaliojo vandenilio kainą, o ne nepastovią ir potencialiai didėjančią mėlynojo vandenilio kainą.

Atsinaujinančios energijos technologijos jau šiandien pasiekė tokį brandos lygį, kuris leidžia konkurencingai gaminti elektros energiją iš atsinaujinančių šaltinių visame pasaulyje, o tai yra būtina sąlyga konkurencingai ekologiškai vandenilio gamybai. Tačiau elektrolizatoriai vis dar naudojami labai mažu mastu, todėl per ateinančius tris dešimtmečius juos reikia padidinti trimis dydžiais, kad jų kaina būtų sumažinta tris kartus.

Šiuo metu ekologiško vandenilio projektų vamzdynas siekia perpus sumažinti elektrolizės aparato kainą iki 2030 m. Tai kartu su dideliais projektais ten, kur yra geriausi atsinaujinantys ištekliai, gali lemti konkurencingą žaliąjį vandenilį, kuris ateinančiais metais bus prieinamas plačiu mastu {{1 }} metų. Tai nepalieka daug laiko mėlynajam vandeniliui (šiuo metu vis dar bandomajame etape) pereiti nuo bandomojo iki komercinio masto, komerciniu mastu ir konkurencingomis kainomis diegti sudėtingus projektus (pvz., ilgalaikį geologinį CO2 saugojimą) ir susigrąžinti investicijas į kitus 10-15 metus.

Kelios vyriausybės dabar įtraukė vandenilio kuro technologijas į savo nacionalines strategijas. Atsižvelgdami į didėjančius poreikius pereiti prie ekonomikos dekarbonizavimo ir įgalinančių technologijų su didesniu anglies dioksido surinkimo lygiu, ką patartumėte politikos formuotojams ir sprendimų priėmėjams, kurie vertina žaliojo vandenilio privalumus ir trūkumus?

Mums reikės žalio vandenilio, kad pasiektume nulinį išmetamųjų teršalų kiekį, ypač pramonės, laivybos ir aviacijos srityse. Tačiau mums skubiausiai reikia:

1) energijos vartojimo efektyvumas;

2) elektrifikavimas;

3) spartesnis atsinaujinančios energijos gamybos augimas.

Kai tai bus pasiekta, mums belieka maždaug. 40 procentų poreikio dekarbonizuoti, ir čia mums reikia žalio vandenilio, modernios bioenergijos ir tiesioginio atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimo. Kai toliau didinsime atsinaujinančios energijos kiekį, kad sumažintume elektros energijos išmetimą, galėsime toliau plėsti atsinaujinančios energijos pajėgumus, kad būtų galima gaminti konkurencingą ekologišką vandenilį ir dekarbonizuoti sunkiai išmetamus sektorius su minimaliomis papildomomis sąnaudomis.

Kur, jūsų nuomone, iki 2030 m. vystysis su vandeniliu susijusios energetikos technologijos? Ar galime numatyti vandeniliu varomų komercinių transporto priemonių?

Matome galimybę per ateinantį dešimtmetį greitai įsisavinti žaliąjį vandenilį, kur vandenilio poreikis jau egzistuoja: dekarbonizuoti amoniaką, geležį ir kitas esamas prekes. Daugelis pramoninių procesų, kuriuose naudojamas vandenilis, gali pakeisti pilką spalvą žalia arba mėlyna, jei CO2 yra tinkamai įkainotas arba bus įdiegti kiti tų sektorių dekarbonizacijos mechanizmai.

Laivybos ir aviacijos atveju situacija šiek tiek skiriasi. Degalai, kurių pagrindą sudaro žalias vandenilis, bet iš esmės identiški reaktyviniam kurui ir metanoliui, gaminamam iš naftos, gali būti naudojami esamuose lėktuvuose ir laivuose su minimaliais koregavimais arba visai ne. Tačiau tuose kuruose yra CO2, kurį reikia iš kažkur sugauti ir pridėti prie vandenilio, kad degimo metu vėl išsiskirtų: tai sumažina, bet neišsprendžia CO2 emisijos problemos. Sintetinis kuras gali būti pradėtas naudoti iki 2030 m., jei bus sukurtos tinkamos paskatos, pateisinančios papildomas išlaidas, susijusias su sumažintu (nepašalintu) išmetamų teršalų kiekiu.

Ateinančiais metais laivai gali pereiti prie žaliojo amoniako – kuro, gaminamo iš žalio vandenilio ir azoto iš oro, kuriame nėra CO2, tačiau reikės investicijų varikliams ir bakams pakeisti, o žalias amoniakas šiuo metu yra daug brangesnis nei kuras.

Vandenilio (arba amoniako) lėktuvai yra toliau, ir tai iš esmės bus nauji lėktuvai, kurie turės būti suprojektuoti, pagaminti ir parduoti oro linijoms, kad pakeistų esamus reaktyviniu kuru varomus lėktuvus – akivaizdu, kad tai neįmanoma iki 2030 m. degalai, pagaminti iš žaliojo vandenilio ir tvarios bioenergijos derinio, yra sprendimas, kurį galima panaudoti artimiausiu metu.

Apibendrinant galima teigti, kad pagrindiniai veiksmai, skirti paspartinti dekarbonizaciją nuo dabar iki 2030 m., yra 1) energijos vartojimo efektyvumas, 2) elektrifikavimas naudojant atsinaujinančius energijos šaltinius, 3) spartus atsinaujinančios energijos gamybos spartinimas (tai dar labiau sumažins ir taip žemas atsinaujinančios elektros energijos sąnaudas) 4) tvarios energijos didinimas. , šiuolaikinė bioenergija, reikalinga, be kita ko, norint gaminti ekologišką kurą, kuriam reikia CO2 5) pilkojo vandenilio dekarbonizavimas žaliuoju vandeniliu, kuris padidintų mastą ir sumažintų elektrolizės sąnaudas, todėl žalias vandenilis taptų konkurencingas ir paruoštas tolesniam naudojimui. 2030 m., siekiant tikslo iki 2050 m. pasiekti nulinį išmetamųjų teršalų kiekį.

Pasaulio ekonomikos forumas yra ilgalaikis švaraus vandenilio darbotvarkės rėmėjas nuo 2017 m., padėjęs, inter alia, įkurti Vandenilio tarybą, sukurti vandenilio inovacijų iššūkį bendradarbiaujant su Mission Innovation ir kartu su Energijos pereinamojo laikotarpio komisija, galinti misija, padedanti sunkiai sumažinamuose sektoriuose iki 2050 m. neišmesti teršalų. Daugiau apie Švaraus vandenilio iniciatyvą skaitykite čia.