Šta je zeleni vodonik i zašto nam je potreban

Pravo je vrijeme da se iskoristi potencijal vodonika da igra ključnu ulogu u rješavanju kritičnih energetskih izazova. Nedavni uspjesi tehnologija obnovljivih izvora energije i električnih vozila pokazali su da politika i tehnološke inovacije imaju moć da izgrade globalne industrije čiste energije.

Vodonik se pojavljuje kao jedna od vodećih opcija za skladištenje energije iz obnovljivih izvora sa gorivima na bazi vodika koja potencijalno transportuju energiju iz obnovljivih izvora na velike udaljenosti – od regiona sa obilnim energetskim resursima, do energetski gladnih područja hiljadama kilometara udaljenih.

Zeleni vodonik predstavljen je u brojnim obećanjima o smanjenju emisija na klimatskoj konferenciji UN-a, COP26, kao sredstvo za dekarbonizaciju teške industrije, dugolinijskog tereta, brodarstva i avijacije. Vlade i industrija su priznale vodonik kao važan stub neto nulte ekonomije.

Green Hydrogen Catapult, inicijativa Ujedinjenih naroda za smanjenje cijene zelenog vodonika, objavila je da gotovo udvostručuje svoj cilj za zelene elektrolizere sa 25 gigavata postavljenih prošle godine na 45 gigavata do 2027. godine. Evropska komisija usvojila je set zakonodavnih prijedlozi za dekarbonizaciju tržišta plina EU olakšavanjem preuzimanja obnovljivih i niskougljičnih plinova, uključujući vodonik, i za osiguranje energetske sigurnosti za sve građane u Europi. Ujedinjeni Arapski Emirati također podižu ambicije, s novom strategijom o vodiku zemlje koja ima za cilj zadržati četvrtinu globalnog tržišta vodonika s niskim udjelom ugljika do 2030. godine, a Japan je nedavno najavio da će uložiti 3,4 milijarde dolara iz svog fonda za zelene inovacije kako bi ubrzao istraživanje i razvoj i promicanje korištenja vodonika u narednih 10 godina.

Možda ćete naići na termine 'sivo', 'plavo', 'zeleno' koji se povezuju kada opisujete vodonične tehnologije. Sve se svodi na način na koji se proizvodi. Vodonik emituje samo vodu kada se sagorijeva, ali njeno stvaranje može biti intenzivno ugljiko. Ovisno o proizvodnim metodama, vodonik može biti siv, plavi ili zeleni – a ponekad čak i ružičasti, žuti ili tirkizni. Međutim, zeleni vodonik je jedina vrsta koja se proizvodi na klimatski neutralan način, zbog čega je kritično dostići neto nulu do 2050. godine.

Zamolili smo dr Emanuela Taibija, šefa Strategije transformacije energetskog sektora, Međunarodne agencije za obnovljivu energiju (IRENA) da objasni šta je zeleni vodonik i kako bi mogao utrti put ka neto nultim emisijama. Trenutno radi u IRENA Inovacijsko-tehnološkom centru u Bonu, Njemačka, gdje je odgovoran za pomoć zemljama članicama u osmišljavanju strategija za transformaciju energetskog sektora, te trenutno upravlja radom na fleksibilnosti elektroenergetskog sistema, vodiku i skladištenju kao ključnim pokretači energetske tranzicije. Dr Taibi je također kokustos platforme Strategic Intelligence Svjetskog ekonomskog foruma, gdje je njegov tim razvio mapu transformacije vodonika.

Zelene tehnologije vodonika

Šta Vas je motivisalo da razvijete svoju stručnost u energetskim tehnologijama i kako Vaš rad u IRENI tome doprinosi?

Bilo je to tokom moje magistarske teze. Stažirao sam u Italijanskoj nacionalnoj agenciji za energiju i životnu sredinu (ENEA), gdje sam naučio o održivom razvoju i energiji, te povezanosti između njih. Napisao sam svoju tezu iz inženjeringa menadžmenta o tome i odlučio da je to oblast na koju želim da fokusiram svoj radni život. Premotavajući skoro 20 godina iskustva u energetici i međunarodnoj saradnji, doktorat iz energetske tehnologije i vrijeme provedeno u privatnom sektoru, istraživanjima i međuvladinim agencijama, trenutno vodim tim za transformaciju energetskog sektora u IRENA-i od 2017.

Moj rad u IRENA-i je da sa svojim timom i u bliskoj saradnji sa kolegama iz agencije i vanjskim partnerima, kao što je Svjetski ekonomski forum, doprinesem podršci naših 166 zemalja članica u energetskoj tranziciji, s fokusom na opskrbu električnom energijom iz obnovljivih izvora i njeno koristiti za dekarbonizaciju energetskog sektora kroz zelene elektrone, kao i zelene molekule poput vodonika i njegovih derivata.

Šta je zeleni vodonik? Po čemu se razlikuje od tradicionalnih emisija 'sivog' vodonika i plavog vodonika?

Vodik je najjednostavniji i najmanji element u periodnom sistemu. Bez obzira na to kako se proizvodi, završava s istom molekulom bez ugljika. Međutim, putevi za njegovu proizvodnju su vrlo raznoliki, kao i emisije stakleničkih plinova poput ugljičnog dioksida (CO2) i metana (CH4).

Zeleni vodonik je definiran kao vodik koji se proizvodi cijepanjem vode na vodik i kisik korištenjem obnovljive električne energije. Ovo je veoma različit put u poređenju sa sivim i plavim.

Sivi vodonik se tradicionalno proizvodi iz metana (CH4), koji se parom dijeli na CO2 – glavnog krivca za klimatske promjene – i H2, vodonik. Sivi vodonik se sve više proizvodi i iz uglja, sa znatno većom emisijom CO2 po jedinici proizvedenog vodonika, toliko da se često naziva smeđim ili crnim vodonikom umjesto sivim. Danas se proizvodi u industrijskim razmjerima, s povezanim emisijama uporedivim s kombiniranim emisijama UK i Indonezije. On nema vrijednost prijelaza energije, upravo suprotno.

Plavi vodonik prati isti proces kao i sivi, sa dodatnim tehnologijama potrebnim za hvatanje CO2 proizvedenog kada se vodonik odvoji od metana (ili iz uglja) i skladištenje na dugi rok. Ne radi se o jednoj boji, već o vrlo širokoj gradaciji, jer se ne može uhvatiti 100 posto proizvedenog CO2, a nisu svi načini skladištenja jednako efikasni na duži rok. Glavna stvar je da se hvatanjem velikog dijela CO2, klimatski utjecaj proizvodnje vodika može značajno smanjiti.

Postoje tehnologije (npr. piroliza metana) koje obećavaju visoke stope hvatanja (90-95 posto) i efikasno dugotrajno skladištenje CO2 u čvrstom obliku, potencijalno mnogo bolje od plave da zaslužuju svoju boju u " taksonomija vodonika duga", tirkizni vodonik. Međutim, piroliza metana je još uvijek u pilot fazi, dok se zeleni vodonik ubrzano širi na osnovu dvije ključne tehnologije - obnovljive energije (posebno iz solarne PV i vjetra, ali ne samo) i elektrolize.

Za razliku od obnovljive energije, koja je danas najjeftiniji izvor električne energije u većini zemalja i regiona, elektroliza za proizvodnju zelenog vodonika treba značajno da se poveća i smanji svoju cenu za najmanje tri puta u narednu deceniju ili dve. Međutim, za razliku od CCS i pirolize metana, elektroliza je danas komercijalno dostupna i može se nabaviti odviše međunarodnih dobavljača trenutno.

Energijska rješenja zelene vodikove

Koje su prednosti rješenja energetske tranzicije ka „zelenoj“ ekonomiji vodonika? Kako bismo mogli da pređemo na ekonomiju zelenog vodonika sa mesta gde smo trenutno sa sivim vodonikom?

Zeleni vodonik je važan dio energetske tranzicije. To nije sljedeći neposredan korak, jer prvo moramo dodatno ubrzati primjenu obnovljive električne energije kako bismo dekarbonizirali postojeće elektroenergetske sisteme, ubrzali elektrifikaciju energetskog sektora kako bismo iskoristili jeftinu obnovljivu električnu energiju, prije nego što konačno dekarboniziramo sektore koje je teško elektrificirati – poput teške industrije, brodarstva i avijacije – kroz zeleni vodonik.

Važno je napomenuti da danas proizvodimo značajnu količinu sivog vodonika, sa visokim emisijama CO2 (i metana): prioritet bi bio početak dekarbonizacije postojeće potražnje za vodonikom, na primjer zamjenom amonijaka iz prirodnog plina zelenim amonijakom.

Nedavne studije pokrenule su debatu o konceptu plavog vodonika kao goriva u tranziciji dok zeleni vodonik ne postane troškovno konkurentan. Kako bi zeleni vodonik postao troškovno konkurentan u odnosu na plavi vodonik? Koje vrste strateških ulaganja treba da se dese u procesu razvoja tehnologije?

Prvi korak je da se obezbedi signal da plavi vodonik zameni sivi, jer bez cene za emisiju CO2, nema poslovnog razloga za kompanije da investiraju u složen i skup sistem za hvatanje ugljenika (CCS) i geološka skladištenja CO2. Kada je okvir takav da je vodonik s niskim udjelom ugljika (plavi, zeleni, tirkizni) konkurentan sivom vodoniku, onda se postavlja pitanje: trebamo li ulagati u CCS ako postoji rizik da imamo nasukanu imovinu i koliko brzo će zeleni postati jeftiniji od plava.

Odgovor će se naravno razlikovati ovisno o regiji. U neto nultom svijetu, što je cilj kojem se sve više zemalja obavezuje, preostale emisije iz plavog vodonika bi morale biti nadoknađene negativnim emisijama. Ovo će koštati. Paralelno, cijene plina su u posljednje vrijeme bile vrlo nestabilne, ostavljajući cijenu plavog vodonika u velikoj korelaciji s cijenom plina i izloženu ne samo neizvjesnosti cijene CO2, već i volatilnosti cijene prirodnog plina.

Za zeleni vodonik, međutim, mogli bismo svjedočiti sličnoj priči onoj o solarnoj PV. Kapitalno je intenzivan, stoga moramo smanjiti troškove ulaganja, kao i troškove ulaganja, kroz skaliranje proizvodnje obnovljivih tehnologija i elektrolizera, dok istovremeno stvaramo niskorizični otkup za smanjenje troškova kapitala za investicije zelenog vodonika. To će dovesti do stabilne, sve manje cijene zelenog vodonika, za razliku od nestabilne i potencijalno rastuće cijene plavog vodonika.

Tehnologije obnovljive energije su već danas dostigle nivo zrelosti koji omogućava konkurentnu proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora širom sveta, što je preduslov za konkurentnu proizvodnju zelenog vodonika. Međutim, elektrolizatori se još uvijek koriste u vrlo malom obimu, potrebno im je povećanje od tri reda veličine u naredne tri decenije kako bi se trostruko smanjio njihov trošak.

Danas je cjevovod za projekte zelenog vodonika na putu za prepolovljenje troškova elektrolizera prije 2030. Ovo, u kombinaciji s velikim projektima lociranim tamo gdje su najbolji obnovljivi resursi, može dovesti do toga da konkurentan zeleni vodonik bude dostupan u velikom obimu u sljedećem {{1 }} godina. Ovo ne ostavlja mnogo vremena plavom vodoniku – koji je danas još u pilot fazi – da se poveća s pilot na komercijalnu skalu, implementira složene projekte (npr. dugoročno geološko skladištenje CO2) u komercijalnom obimu i konkurentnim troškovima, te povrati ulaganja uložena u sljedećih 10-15 godina.

Nekoliko vlada je sada uključilo tehnologije vodoničnog goriva u svoje nacionalne strategije. S obzirom na rastuće zahtjeve za tranzicijom ka dekarbonizaciji ekonomije i omogućavanju tehnologija s većim stopama hvatanja ugljika, koji bi bio vaš savjet kreatorima politike i donosiocima odluka koji procjenjuju prednosti i nedostatke zelenog vodonika?

Biće nam potreban zeleni vodonik da postignemo neto nulte emisije, posebno za industriju, brodarstvo i avijaciju. Međutim, ono što nam je najhitnije potrebno je:

1) energetska efikasnost;

2) elektrifikacija;

3) ubrzan rast proizvodnje energije iz obnovljivih izvora.

Kada se to postigne, ostaje nam ca. 40 posto potražnje treba dekarbonizirati, a tu nam je potreban zeleni vodonik, moderna bioenergija i direktna upotreba obnovljivih izvora energije. Kada dodatno povećamo obnovljivu energiju za dekarbonizaciju električne energije, bit ćemo u poziciji da dodatno proširimo kapacitete obnovljive energije za proizvodnju konkurentnog zelenog vodonika i dekarboniziramo sektore koje je teško smanjiti uz minimalne dodatne troškove.

Gdje vidite da se energetske tehnologije koje se odnose na vodonik razvijaju do 2030. godine? Možemo li predvidjeti komercijalna vozila na vodonik?

Vidimo priliku za brzo usvajanje zelenog vodonika u narednoj deceniji u kojoj potražnja za vodonikom već postoji: dekarbonizacija amonijaka, gvožđa i drugih postojećih proizvoda. Mnogi industrijski procesi koji koriste vodonik mogu zamijeniti sivo zelenom ili plavom, pod uvjetom da CO2 ima adekvatnu cijenu ili da se uspostave drugi mehanizmi za dekarbonizaciju tih sektora.

Za brodarstvo i avijaciju situacija je malo drugačija. Drop-in goriva, bazirana na zelenom vodoniku, ali u suštini identična mlaznom gorivu i metanolu proizvedenom iz nafte, mogu se koristiti u postojećim avionima i brodovima, uz minimalne ili nikakve prilagodbe. Međutim, ta goriva sadrže CO2, koji se mora odnekud uhvatiti i dodati vodiku, da bi se ponovo oslobodio tokom sagorijevanja: to smanjuje, ali ne rješava problem emisije CO2. Sintetička goriva mogu se koristiti prije 2030. godine, ako postoje pravi poticaji da se opravdaju dodatni troškovi smanjenih (ne eliminiranih) emisija.

U narednim godinama brodovi mogu preći na zeleni amonijak, gorivo proizvedeno od zelenog vodika i dušika iz zraka, koje ne sadrži CO2, ali će biti potrebna ulaganja u zamjenu motora i rezervoara, a zeleni amonijak je trenutno mnogo skuplji od lož ulje.

Avioni na vodik (ili amonijak) su dalje, i to će u suštini biti novi avioni koji će se morati dizajnirati, izgraditi i prodati avio-kompanijama kako bi zamijenili postojeće avione na mlazno gorivo – očito nije izvodljivo do 2030.: u tom smislu, zeleni mlaznjak gorivo – proizvedeno kombinacijom zelenog vodonika i održive bioenergije – je rješenje koje se može primijeniti u bliskoj budućnosti.

Zaključno, glavne akcije za ubrzavanje dekarbonizacije od sada do 2030. su 1) energetska efikasnost 2) elektrifikacija obnovljivim izvorima energije 3) brzo ubrzanje proizvodnje energije iz obnovljivih izvora (što će dodatno smanjiti ionako niske troškove obnovljive električne energije) 4) povećanje održivog , moderna bioenergija, potrebna - između ostalog - za proizvodnju zelenih goriva koja zahtijevaju CO2 5) dekarbonizaciju sivog vodonika sa zelenim vodonikom, što bi dovelo do razmjera i smanjilo troškove elektrolize, čineći zeleni vodonik konkurentnim i spremnim za daljnje povećati u 2030-ima, prema cilju postizanja neto nulte emisije do 2050. godine.

Svjetski ekonomski forum je dugogodišnji pobornik agende čistog vodika od 2017. godine, pomažući, između ostalog, u stvaranju Vijeća za vodonik, uspostavljanju izazova za inovacije u vodiku u partnerstvu sa Mission Innovation i stvaranju, zajedno sa Komisija za tranziciju energije, platforme Mission Possible koja će pomoći u tranziciji sektora koje je teško smanjiti na neto nulte emisije do 2050. Više o Inicijativi za ubrzavanje čistog vodonika pročitajte ovdje.