211service.com
Tanie odnawialne źródła energii mogą sprawić, że ekologiczny wodór będzie praktycznym zamiennikiem paliw kopalnych
Wodór wytwarzany przy użyciu energii elektrycznej wytwarzanej z wiatru lub energii słonecznej może stanowić czyste i neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla źródło energii. Europa jest liderem.
Franziska Barczyk
24 lutego 202110 przełomowych technologii 2021: Zielony wodór
Dlaczego jest to ważne:Zielony wodór może zastąpić gaz ziemny, olej napędowy i benzynę używane w statkach, ciężarówkach, autobusach i samochodach.
Kluczowi gracze:• ThyssenKrupp
• Zdobądź jądro H2 Nucleus Nowega
• W wodorze
• Siemens
Dostępność:Ale już
Wodór to atrakcyjne paliwo. Kilogram wodoru ma około trzy razy więcej energii niż porównywalna ilość oleju napędowego lub benzyny. Jeśli można to zrobić czysto i tanio, może to być klucz do oczyszczenia szeregu trudnych, kluczowych sektorów.
Obecnie większość produkowanego wodoru powstaje w wyniku połączenia gazu ziemnego z parą wodną w wysokich temperaturach. Jest to energochłonny proces, który emituje znaczne ilości dwutlenku węgla, głównego gazu cieplarnianego napędzającego zmiany klimatyczne. Ale niewielki i rosnący procent powstaje w wyniku rozbicia wody na elementy składowe przez załączenie jej elektrycznością, proces znany jako elektroliza. To również wymaga dużej ilości energii, ale jeśli energia elektryczna pochodzi z odnawialnego źródła, takiego jak energia wiatrowa lub słoneczna, wytwarza minimalną ilość szkodliwych emisji.
Ta historia była częścią naszego wydania z marca 2021 r.
- Zobacz resztę numeru
- Subskrybuj
Ten tak zwany zielony wodór jest obecnie około trzy razy droższy w produkcji niż wodór pochodzący z gazu ziemnego (którym jest głównie metan, którego cząsteczki składają się z jednego atomu węgla związanego z czterema atomami wodoru). Ale to o połowę mniej niż 10 lat temu. A ponieważ koszty energii wiatrowej i słonecznej nadal spadają, a także pojawiają się korzyści skali związane z produkcją ekologicznego wodoru, może to stać się znacznie tańsze. Jeśli tak się stanie, zielony wodór może stać się podstawowym paliwem w zdekarbonizowanej przyszłości. Równolegle, wraz z udoskonalaniem technik wychwytywania węgla, wodór można pozyskiwać z gazu ziemnego bez uwalniania do atmosfery tak dużej ilości dwutlenku węgla.
Wodór jest cenny po części ze względu na swoją wszechstronność. Może być spalany jako substytut paliw kopalnych, takich jak węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny. Wszystkie te paliwa podczas spalania wytwarzają dwutlenek węgla, podczas gdy spalanie czystego wodoru w turbinie wytwarza tylko parę wodną. Katalizuje jednak również wytwarzanie szkodliwych tlenków azotu ze względu na występujące wysokie temperatury. Innym sposobem wykorzystania wodoru są ogniwa paliwowe, które łączą wodór z tlenem w celu wytworzenia wody i elektryczności — odwrotności elektrolizy — bez wytwarzania tlenków azotu.
Powiązana historia
Jak spadające koszty energii słonecznej odnowiły nadzieje na czysty wodór W miarę jak narody wykonują trudną matematykę, aby osiągnąć swoje cele klimatyczne, zielony wodór staje się coraz bardziej niezbędny.Wodór może zasilać pojazdy, w tym samochody, autobusy, pociągi i samoloty, poprzez ogniwa paliwowe lub poprzez bezpośrednie spalanie. Spalanie wodoru może również dostarczać ciepło o zerowej emisji węgla do wykorzystania w hutach, cementowniach i innych gałęziach przemysłu. A zielony wodór może zastąpić wodór już używany jako surowiec we wszystkim, od rafinerii po zakłady nawozowe, zmniejszając emisje dwutlenku węgla. Niektóre zakłady przemysłowe, takie jak huty i zakłady chemiczne, mogą również wykorzystywać tlen wytwarzany jako produkt uboczny.
Bez względu na sposób wytwarzania, bezpieczne i niedrogie przechowywanie i transport wodoru pozostaje trudne, zwłaszcza w przypadku niektórych obiecujących zastosowań, takich jak lotnictwo. Dlatego inną opcją jest połączenie wodoru z węglem – który można wychwycić z atmosfery w procesie zwanym wychwytywaniem powietrza lub z kominów – w celu wytworzenia ciekłych syntetycznych paliw węglowodorowych, które są łatwiejsze w obsłudze niż wodór. Te paliwa płynne mogą być czystszym, podobnym do tego zamiennikiem benzyny lub oleju napędowego.
Wodór można również wykorzystać do przechowywania energii z elektrowni odnawialnych, która następnie może zostać przekształcona z powrotem w energię elektryczną i przekazana do sieci, jeśli wiatr ucichnie, nadejdą chmury lub wzrośnie zapotrzebowanie.
Przy tak wielu możliwych zastosowaniach, Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) przewiduje, że do 2050 r. wodór może zaspokoić ponad 10% globalnego zapotrzebowania na energię, wytwarzając ponad 11 milionów gigawatogodzin energii rocznie. Będzie to wymagało ponad 4 bilionów dolarów na infrastrukturę do produkcji, przechowywania i transportu wodoru.
Sama Europa stawia sobie za cel 40 gigawatów zdolności elektrolizy do 2030 r. (To byłoby około 2% drogi do prognozy IEA na 2050 r.) Od początku [2020 r.] istnieje fala szans na tsunami. To niewiarygodna liczba nadchodzących dużych i realistycznych projektów, mówi Christoph Noeres, który kieruje biznesem zielonego wodoru w Uhde Chlorine Engineers, spółce zależnej niemieckiego konglomeratu ThyssenKrupp.
Jak zielona była moja dolina
Doliny wodorowe —w całej Europie powstają projekty regionalne, które umieszczają zakłady elektrolizy w miejscach, w których mogą one służyć różnym celom przemysłowym. Niedaleko Hamburga w północnych Niemczech ThyssenKrupp jest częścią konsorcjum zielonego wodoru o wartości 89 mln euro (107 mln USD) wspieranego 30-milionową dotacją rządu niemieckiego. Planowany projekt obejmuje rafinerię, cementownię, generatory prądu oraz morską farmę wiatrową.
Początkowo zielony wodór zastąpi część szarego wodoru – jak czasami nazywa się wodór pochodzący z gazu ziemnego – używanego w rafinerii. Niemiecka grupa planuje następnie przereagować wodór z dwutlenkiem węgla wychwyconym z cementowni w celu wytworzenia zarówno metanolu, surowca chemicznego, jak i syntetycznego paliwa do silników odrzutowych.
Około 240 kilometrów (150 mil) na południowy zachód, inne konsorcjum zielonego wodoru zmieni przeznaczenie wycofanych z eksploatacji gazociągów do transportu gazu wodorowego. Konsorcjum planuje budowę 100-megawatowego elektrolizera. Stamtąd ma nadzieję poprowadzić wodór przez 130-kilometrową sieć w przemysłowym Zagłębiu Ruhry.
Dwa rodzaje elektrolizerów wytwarzają większość zielonego wodoru. Elektrolizery alkaliczne zanurzają elektrody w wodzie z domieszką ługu lub potażu; Elektrolizery PEM wykorzystują stałą membranę, przez którą mogą przepływać jądra wodoru.
Jeśli ta zmiana przeznaczenia rurociągu zadziała, elektrolizery podłączone do starych rur mogą ostatecznie służyć zielonym wodór do prawie wszystkich głównych gałęzi przemysłu w Niemczech. Zmniejszy to presję na przeciążoną niemiecką sieć energetyczną, a także zapewni gotowe dostawy energii zapasowej na ciemne, bezwietrzne okresy.
202110 przełomowych technologii
Inne duże projekty rozpoczynają się w Holandii, Włoszech, Hiszpanii, Francji, Wielkiej Brytanii, Kanadzie, Australii, Japonii i Chinach. Początkowo wodór wytwarzany przez te projekty będzie kosztowny. Jednak firma konsultingowa McKinsey szacuje, że do 2030 r. zielony wodór będzie tak tani jak szary wodór, dzięki tańszej elektrolizie i wytwarzaniu energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, a także rosnącym kosztom emisji dwutlenku węgla.
Słońce świeci jasno
Jeśli wodór ma wykorzystać swój potencjał, kluczowa będzie polityka publiczna. Na początek, regulatorzy lub ustawodawcy będą musieli ustanowić politykę umożliwiającą istniejącym rurociągom gazu ziemnego również transport wodoru – znane jako mieszanie – i nakazać ograniczenie emisji dwutlenku węgla w celu wygenerowania popytu na wodór.
Część z tego już się dzieje. Niemcy dokonał ważnej zmiany pod koniec zeszłego roku, uwalniając producentów zielonego wodoru od płacenia pewnych dopłat za energię elektryczną. Było to w rzeczywistości uznanie przez rząd, że zielony wodór jest rozszerzeniem odnawialnej energii wiatrowej i słonecznej. Inne regulacje będące przedmiotem dyskusji w Niemczech i w całej Europie wymagałyby redukcji emisji dwutlenku węgla w rafineriach i hutach oraz w innych gałęziach przemysłu ciężkiego, zgodnie z dyrektywą Komisji Europejskiej w sprawie odnawialnych źródeł energii.
Jack Brouwer, zastępca dyrektora programu Advanced Power and Energy na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine, mówi, że podobna polityka jest potrzebna, aby wprowadzić w USA ekologiczny wodór, ale dyskusje ledwo się rozpoczęły.
Podczas gdy rządy europejskie nakazują, aby rurociągi gazu ziemnego przyjmowały zielony wodór – w ilościach sięgających nawet 12% objętości w Holandii – operatorzy gazu w USA często sprzeciwiają się mieszaniu.
Według Brouwera zablokowanie mieszania wodoru jest poważną przeszkodą. Kalifornia ma już przepis nakazujący, aby jedna trzecia wodoru pompowanego na stacjach paliw dla pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi pochodziła ze źródeł odnawialnych. Ale obecnie trudno jest uzyskać zielony wodór. Brouwer mówi, że gdyby producenci mogli wykorzystać istniejące rurociągi gazu ziemnego jako sieć dystrybucyjną, mogliby z zyskiem zbudować więcej elektrolizerów w odległych obszarach, które są szczególnie wietrzne lub słoneczne.
Do pokonania jest jeszcze wiele przeszkód technicznych. Skala energii wiatrowej i słonecznej potrzebna do prowadzenia globalnej sieci elektrolizerów jest ogromna. Brouwer robi sprawę że zrównoważona przyszłość jest po prostu niemożliwa bez silnego polegania na wodorze. Po prostu może mieć rację.