211service.com
Levné obnovitelné zdroje by mohly ze zeleného vodíku udělat praktickou náhradu za fosilní paliva
Vodík vyrobený pomocí elektřiny vyrobené z větrné nebo solární energie by mohl poskytnout čistý a uhlíkově neutrální zdroj energie. Evropa vede cestu.
Franziska Barczyková
24. února 202110 Průlomové technologie 2021: Zelený vodík
Proč na tom záleží:Zelený vodík může nahradit zemní plyn, naftu a benzín používané v lodích, kamionech, autobusech a autech.
Klíčoví hráči:•ThyssenKrupp
• Získejte H2 Nucleus Nowega
• Ve vodíku
• Siemens
Dostupnost:Nyní
Vodík je atraktivní palivo. Kilogram vodíku má asi třikrát více energie než srovnatelné množství nafty nebo benzínu. Pokud to lze vyrobit čistě a levně, mohlo by to být klíčem k vyčištění řady složitých životně důležitých sektorů.
Dnes se většina vyráběného vodíku vyrábí spojením zemního plynu s párou při vysokých teplotách. Je to energeticky náročný proces, který uvolňuje značné množství oxidu uhličitého, hlavního skleníkového plynu, který řídí změnu klimatu. Ale malé a rostoucí procento se vyrábí štěpením vody na její základní prvky tím, že ji nabije elektřinou, což je proces známý jako elektrolýza. To také vyžaduje hodně energie, ale pokud elektřina pochází z obnovitelných zdrojů, jako je větrná nebo solární energie, produkuje minimální škodlivé emise.
Tento příběh byl součástí našeho vydání z března 2021
- Viz zbytek čísla
- předplatit
Výroba tohoto takzvaného zeleného vodíku je dnes asi třikrát dražší než výroba vodíku ze zemního plynu (což je většinou metan, jehož molekuly se skládají z jednoho atomu uhlíku vázaného na čtyři atomy vodíku). Ale to je polovina toho, co stálo před 10 lety. A protože náklady na větrnou a solární energii stále klesají a nastupují úspory z rozsahu kolem výroby zeleného vodíku, mohla by být mnohem levnější. Pokud k tomu dojde, zelený vodík má potenciál stát se hlavním palivem pro dekarbonizovanou budoucnost. Souběžně s tím, jak se zlepšují techniky zachycování uhlíku, může být vodík extrahován ze zemního plynu, aniž by se do atmosféry uvolnilo tolik oxidu uhličitého.
Vodík je cenný částečně kvůli jeho všestrannosti. Může být spalován jako náhrada za fosilní paliva, jako je uhlí, ropa a zemní plyn. Všechna tato paliva při spalování produkují oxid uhličitý, zatímco při spalování čistého vodíku v turbíně vzniká pouze vodní pára. Kvůli vysokým teplotám však také katalyzuje produkci škodlivých oxidů dusíku. Dalším způsobem využití vodíku jsou palivové články, které spojují vodík s kyslíkem za vzniku vody a elektřiny – opak elektrolýzy – bez produkování oxidů dusíku.
Související příběh
Jak klesající náklady na solární energii obnovily naděje na čistý vodík Jak národy tvrdě počítají, jak splnit své klimatické cíle, zelený vodík se stále více jeví jako nezbytný.Vodík může pohánět vozidla včetně automobilů, autobusů, vlaků a letadel, a to buď prostřednictvím palivových článků, nebo jeho přímým spalováním. Spalování vodíku může také dodávat teplo s nulovým obsahem uhlíku pro použití v ocelárnách, cementárnách a dalších průmyslových odvětvích. A zelený vodík může nahradit vodík, který se již používá jako surovina ve všem, od rafinerií po závody na výrobu hnojiv, a snížit tak jejich emise oxidu uhličitého. Některá průmyslová zařízení, jako jsou ocelárny a chemické továrny, mohou také využívat produkovaný kyslík jako vedlejší produkt.
Bez ohledu na to, jak se vyrábí, je bezpečné a dostupné skladování a přeprava vodíku stále obtížné, zejména pro některé slibné aplikace, jako je letectví. To je důvod, proč další možností je kombinovat vodík s uhlíkem – který lze zachytit z atmosféry v procesu zvaném zachycování vzduchu nebo z komínů – za účelem výroby kapalných syntetických uhlovodíkových paliv, se kterými se manipuluje snadněji než s vodíkem. Tato kapalná paliva mohou být čistší, podobnou náhradou za benzín nebo naftu.
Vodík lze také použít k ukládání energie z obnovitelných elektráren, kterou lze poté přeměnit zpět na elektřinu a dodávat do sítě, pokud vítr utichne, přijdou mraky nebo stoupne poptávka.
S tolika možnostmi použití, Mezinárodní energetická agentura (IEA) předpovídá, že do roku 2050 by vodík mohl zajišťovat více než 10 % globálních energetických potřeb a vyrábět více než 11 milionů gigawatthodin energie ročně. To si vyžádá více než 4 biliony dolarů v infrastruktuře pro výrobu, skladování a přepravu vodíku.
Samotná Evropa se zaměřuje na 40 gigawattů kapacity elektrolýzy do roku 2030. (To by odpovídalo asi 2 % předpovědi IEA pro rok 2050.) Od začátku roku [2020] se objevila vlna příležitostí tsunami. Je neuvěřitelné, kolik velkých a realistických projektů přichází, říká Christoph Noeres, který vede obchod se zeleným vodíkem pro Uhde Chlorine Engineers, dceřinou společnost německého konglomerátu ThyssenKrupp.
Jak zelené bylo mé údolí
Vodíková údolí – v celé Evropě vznikají regionální projekty, které umísťují elektrolýzy tam, kde mohou sloužit různým průmyslovým účelům. Poblíž Hamburku v severním Německu je ThyssenKrupp součástí konsorcia zeleného vodíku v hodnotě 89 milionů EUR (107 milionů USD) podporovaného grantem německé vlády ve výši 30 milionů EUR. Plánovaný projekt zahrnuje rafinerii, cementárnu, elektrocentrály a pobřežní větrnou farmu.
Zpočátku jeho zelený vodík nahradí nějaký šedý vodík – jak se vodíku odvozenému od zemního plynu někdy říká – používaný v rafinerii. Německá skupina poté plánuje zreagovat vodík s oxidem uhličitým zachyceným z cementárny za účelem výroby methanolu, chemické suroviny a syntetického leteckého paliva.
Asi 240 kilometrů (150 mil) na jihozápad další zelené vodíkové konsorcium přemění vyřazené plynovody na přepravu vodíku. Konsorcium plánuje postavit 100megawattový elektrolyzér. Odtamtud doufá, že vodík povede 130kilometrovou sítí v průmyslovém Porúří.
Dva typy elektrolyzérů vyrábějí většinu zeleného vodíku. Alkalické elektrolyzéry ponořují elektrody do vody s přídavkem louhu nebo potaše; Elektrolyzéry PEM využívají pevnou membránu, kterou mohou proudit jádra vodíku.
Pokud by tato přeměna potrubí fungovala, elektrolyzéry napojené na stará potrubí by nakonec mohly sloužit zelenému vodíku téměř všem hlavním německým průmyslovým odvětvím. To zmírní tlak na přetíženou německou elektrickou síť a také poskytne připravenou zásobu záložní energie pro temná období bez větru.
202110 Průlomové technologie
Další velké projekty začínají v Nizozemsku, Itálii, Španělsku, Francii, Británii, Kanadě, Austrálii, Japonsku a Číně. Zpočátku bude vodík, který tyto projekty produkují, drahý. Poradenská společnost McKinsey však odhaduje, že do roku 2030 bude zelený vodík stejně levný jako šedý vodík, a to díky levnější elektrolýze a výrobě elektřiny z obnovitelných zdrojů a také díky rostoucím nákladům na uhlík.
Slunce jasně svítí
Má-li vodík naplnit svůj potenciál, bude zásadní veřejná politika. Pro začátek budou muset regulátoři nebo zákonodárci zavést politiky, které umožní stávajícím plynovodům přepravovat také vodík – známé jako mísení – a nařídit snížení emisí uhlíku, aby se vytvořila poptávka po vodíku.
Něco z toho se již děje. Německo provedla koncem minulého roku důležitou změnu a osvobodila výrobce zeleného vodíku od placení určitých přirážek za elektřinu. To bylo ve skutečnosti uznáním vlády, že zelený vodík je rozšířením obnovitelné větrné a solární energie. Další předpisy, o kterých se diskutuje v Německu a v celé Evropě, by vyžadovaly snížení uhlíku v rafineriích a ocelárnách a v dalších těžkých průmyslových odvětvích podle směrnice Evropské komise o obnovitelných zdrojích energie.
Jack Brouwer, přidružený ředitel programu Advanced Power and Energy na Kalifornské univerzitě v Irvine, říká, že podobné politiky jsou zapotřebí k tomu, aby se v USA začal používat zelený vodík, ale diskuse sotva začaly.
Zatímco evropské vlády nařizují, aby plynovody přijímaly zelený vodík – v Nizozemí v množství až 12 % objemu – američtí provozovatelé plynu se často staví proti mísení.
Blokování míšení vodíku je podle Brouwera vážnou překážkou. Kalifornie již má pravidlo, že třetina vodíku čerpaného na čerpacích stanicích pro vozidla na palivové články pochází z obnovitelných zdrojů. Ale v současné době je těžké získat zelený vodík. Brouwer říká, že pokud by producenti mohli využít stávající plynovody jako distribuční síť, mohli by se ziskem postavit další elektrolyzéry v odlehlých oblastech, které jsou zvláště větrné nebo slunečné.
Stále je také potřeba překonat spoustu technických překážek. Rozsah větrné a solární energie potřebné pro provoz globální sítě elektrolýzních závodů je obrovský. Brouwer dělá případ že udržitelná budoucnost je prostě nemožná bez velkého spoléhání na vodík. Možná má pravdu.