Шта је зелени водоник и зашто нам је потребан

Право је време да се искористи потенцијал водоника да игра кључну улогу у решавању критичних енергетских изазова. Недавни успеси технологија обновљивих извора енергије и електричних возила показали су да политика и технолошке иновације имају моћ да изграде глобалне индустрије чисте енергије.

Водоник се појављује као једна од водећих опција за складиштење енергије из обновљивих извора са горивима на бази водоника која потенцијално преносе енергију из обновљивих извора на велике удаљености – од региона са обилним енергетским ресурсима, до енергетски гладних подручја удаљених хиљадама километара.

Зелени водоник је представљен у бројним обећањима о смањењу емисија на Конференцији УН о клими, ЦОП26, као средство за декарбонизацију тешке индустрије, дуголинијског терета, бродарства и авијације. Владе и индустрија су признале водоник као важан стуб нето нулте економије.

Зелени водоник катапулт, иницијатива Уједињених нација за смањење трошкова зеленог водоника, објавила је да скоро удвостручује свој циљ за зелене електролизере са 25 гигавата постављених прошле године на 45 гигавата до 2027. Европска комисија је усвојила сет закона предлози за декарбонизацију тржишта гаса ЕУ олакшавањем узимања обновљивих и нискоугљеничних гасова, укључујући водоник, и да се осигура енергетска сигурност за све грађане Европе. Уједињени Арапски Емирати такође подижу амбиције, са новом стратегијом за водоник земље која има за циљ да задржи четвртину глобалног тржишта водоника са ниским садржајем угљеника до 2030. године, а Јапан је недавно најавио да ће уложити 3,4 милијарде долара из свог фонда за зелене иновације како би убрзао истраживање и развој и промовисање употребе водоника у наредних 10 година.

Можда ћете наићи на термине 'сива', 'плава', 'зелена' који се повезују када описујете водоничне технологије. Све се своди на начин на који се производи. Водоник емитује само воду када се сагорева, али њено стварање може бити интензивно угљеник. У зависности од начина производње, водоник може бити сив, плави или зелени – а понекад чак и ружичасти, жути или тиркизни. Међутим, зелени водоник је једини тип који се производи на климатски неутралан начин, због чега је критично достићи нето нулу до 2050. године.

Замолили смо др Емануела Таибија, шефа стратегије трансформације енергетског сектора, Међународне агенције за обновљиву енергију (ИРЕНА) да објасни шта је зелени водоник и како би могао да отвори пут ка нето нултим емисијама. Тренутно ради у ИРЕНА Иновационо-технолошком центру у Бону, Немачка, где је одговоран за помоћ земљама чланицама у осмишљавању стратегија за трансформацију енергетског сектора, и тренутно управља радом на флексибилности електроенергетског система, водонику и складиштењу као кључним покретачи енергетске транзиције. Др Таиби је такође кокустос платформе за стратешку обавештајну делатност Светског економског форума, где је његов тим развио мапу трансформације водоника.

Технологије зеленог водоника

Шта Вас је мотивисало да развијете своју стручност у енергетским технологијама и како Ваш рад у ИРЕНИ томе доприноси?

Било је то током моје магистарске тезе. Стажирао сам у Италијанској националној агенцији за енергију и животну средину (ЕНЕА), где сам научио о одрживом развоју и енергији, и повезаности између њих. Написао сам своју тезу из инжењерства менаџмента о томе и одлучио да је то област на коју желим да фокусирам свој радни век. Премотавајући скоро 20 година искуства у енергетици и међународној сарадњи, докторат из енергетске технологије и време проведено у приватном сектору, истраживачким и међувладиним агенцијама, тренутно водим тим за трансформацију енергетског сектора у ИРЕНА-и од 2017.

Мој рад у ИРЕНА-и је да са својим тимом и у блиској сарадњи са колегама из агенције и спољним партнерима, као што је Светски економски форум, допринесем подршци наших 166 земаља чланица у енергетској транзицији, са фокусом на снабдевање обновљивим изворима електричне енергије и њено користити за декарбонизацију енергетског сектора кроз зелене електроне, као и зелене молекуле попут водоника и његових деривата.

Шта је зелени водоник? По чему се разликује од традиционалног 'сивог' водоника са интензивним емисијама и плавог водоника?

Водоник је најједноставнији и најмањи елемент у периодном систему. Без обзира на то како се производи, завршава са истим молекулом без угљеника. Међутим, путеви за његову производњу су веома разнолики, као и емисије гасова стаклене баште попут угљен-диоксида (ЦО2) и метана (ЦХ4).

Зелени водоник је дефинисан као водоник који се производи цепањем воде на водоник и кисеоник коришћењем обновљиве електричне енергије. Ово је веома другачији пут у поређењу са сивим и плавим.

Сиви водоник се традиционално производи од метана (ЦХ4), који се паром дели на ЦО2 – главног кривца за климатске промене – и Х2, водоник. Сиви водоник се све више производи и из угља, са знатно већим емисијама ЦО2 по јединици произведеног водоника, толико да се често назива смеђим или црним водоником уместо сивим. Данас се производи у индустријском обиму, са повезаним емисијама упоредивим са комбинованим емисијама Велике Британије и Индонезије. Нема прелазну вредност енергије, управо супротно.

Плави водоник прати исти процес као и сиви, са додатним технологијама неопходним за хватање ЦО2 произведеног када се водоник одвоји од метана (или из угља) и складиштење на дужи рок. То није једна боја, већ веома широка градација, јер се не може ухватити 100 процената произведеног ЦО2, а нису сви начини његовог складиштења подједнако ефикасни на дужи рок. Главна ствар је да се хватањем великог дела ЦО2, утицај производње водоника на климу може значајно смањити.

Постоје технологије (нпр. пиролиза метана) које обећавају високе стопе хватања (90-95 процената) и ефикасно дуготрајно складиштење ЦО2 у чврстом облику, потенцијално много боље од плаве да заслужују своју боју у " таксономија водоника дуга“, тиркизни водоник. Међутим, пиролиза метана је још увек у пилот фази, док се зелени водоник убрзано шири на основу две кључне технологије – обновљиве енергије (посебно из соларне ПВ и ветра, али не само) и електролизе.

За разлику од обновљиве енергије, која је данас најјефтинији извор електричне енергије у већини земаља и региона, електролиза за производњу зеленог водоника треба значајно да се повећа и смањи своју цену за најмање три пута током наредне деценије или две. Међутим, за разлику од ЦЦС и пиролизе метана, електролиза је данас комерцијално доступна и може се набавити одвише међународних добављача тренутно.

Решења за енергију зеленог водоника

Које су предности решења енергетске транзиције ка „зеленој“ економији водоника? Како бисмо могли да пређемо на економију зеленог водоника са места где смо тренутно са сивим водоником?

Зелени водоник је важан део енергетске транзиције. То није следећи непосредан корак, јер прво морамо додатно убрзати примену обновљиве електричне енергије како бисмо декарбонизирали постојеће електроенергетске системе, убрзали електрификацију енергетског сектора да бисмо искористили јефтину обновљиву електричну енергију, пре него што коначно декарбонизирамо секторе које је тешко електрифицирати – као тешка индустрија, бродарство и авијација – кроз зелени водоник.

Важно је напоменути да данас производимо значајну количину сивог водоника, са високим емисијама ЦО2 (и метана): приоритет би био почетак декарбонизације постојеће потражње водоника, на пример заменом амонијака из природног гаса зеленим амонијаком.

Недавне студије покренуле су дебату о концепту плавог водоника као транзиционог горива док зелени водоник не постане трошковно конкурентан. Како би зелени водоник постао трошковно конкурентан у односу на плави водоник? Које врсте стратешких инвестиција треба да се десе у процесу развоја технологије?

Први корак је да се обезбеди сигнал да плави водоник замени сиви, јер без цене за емитовање ЦО2, нема пословног разлога за компаније да инвестирају у сложен и скуп систем за хватање угљеника (ЦЦС) и геолошка складиштења ЦО2. Када је оквир такав да је водоник са ниским садржајем угљеника (плави, зелени, тиркиз) конкурентан сивом водонику, онда се поставља питање: да ли треба да инвестирамо у ЦЦС ако постоји ризик да имамо насукану имовину и колико брзо ће зелени постати јефтинији од Плави.

Одговор ће се наравно разликовати у зависности од региона. У свету са нултом нето, што је циљ којем се све више земаља обавезује, преостале емисије из плавог водоника би морале да се надокнаде негативним емисијама. Ово ће коштати. Паралелно, цене гаса су у последње време биле веома нестабилне, остављајући цену плавог водоника у високој корелацији са ценом гаса и изложеном не само неизвесности цене ЦО2, већ и променљивости цене природног гаса.

За зелени водоник, међутим, могли бисмо бити сведоци сличне приче оној о соларној ПВ. Капитално је интензиван, стога морамо да смањимо трошкове улагања, као и трошкове улагања, кроз повећање производње обновљивих технологија и електролизера, док истовремено стварамо нискоризично преузимање за смањење трошкова капитала за инвестиције у зелени водоник. Ово ће довести до стабилне, све мање цене зеленог водоника, за разлику од променљиве и потенцијално растуће цене плавог водоника.

Технологије обновљивих извора енергије су већ данас достигле ниво зрелости који омогућава конкурентну производњу електричне енергије из обновљивих извора широм света, што је предуслов за конкурентну производњу зеленог водоника. Међутим, електролизатори су још увек распоређени у веома малом обиму, и треба им повећање од три реда величине у наредне три деценије да би се троструко смањио њихов трошак.

Данас је цевовод за пројекте зеленог водоника на путу за преполовљење трошкова електролизера пре 2030. Ово, у комбинацији са великим пројектима који се налазе тамо где су најбољи обновљиви ресурси, може довести до тога да конкурентан зелени водоник буде доступан у великом обиму у следећем {{1 }} година. Ово не оставља много времена плавом водонику – који је данас још у пилот фази – да се повећа са пилот на комерцијалну скалу, имплементира сложене пројекте (нпр. дугорочно геолошко складиштење ЦО2) у комерцијалном обиму и по конкурентним трошковима, и поврати улагања уложена у следећих 10-15 година.

Неколико влада је сада укључило технологије водоничног горива у своје националне стратегије. С обзиром на растуће захтеве за транзицијом ка декарбонизацији привреде и омогућавању технологија са већим стопама хватања угљеника, који би био ваш савет креаторима политике и доносиоцима одлука који процењују предности и недостатке зеленог водоника?

Биће нам потребан зелени водоник да бисмо достигли нето нулте емисије, посебно за индустрију, бродарство и авијацију. Међутим, оно што нам је најхитније потребно је:

1) енергетска ефикасност;

2) електрификација;

3) убрзан раст производње енергије из обновљивих извора.

Када се то постигне, остаје нам ца. 40 одсто потражње треба да буде декарбонизовано, а ту нам је потребан зелени водоник, модерна биоенергија и директна употреба обновљивих извора енергије. Када додатно повећамо обновљиву енергију за декарбонизацију електричне енергије, бићемо у позицији да додатно проширимо капацитете обновљиве енергије за производњу конкурентног зеленог водоника и декарбонизирамо секторе које је тешко смањити уз минималне додатне трошкове.

Где видите да се енергетске технологије у вези са водоником развијају до 2030. године? Можемо ли предвидети комерцијална возила на водоник?

Видимо прилику за брзо усвајање зеленог водоника у следећој деценији где потражња за водоником већ постоји: декарбонизација амонијака, гвожђа и других постојећих производа. Многи индустријски процеси који користе водоник могу заменити сиву са зеленом или плавом, под условом да је ЦО2 адекватна цена или да се успоставе други механизми за декарбонизацију тих сектора.

За бродарство и авијацију ситуација је мало другачија. Дроп-ин горива, заснована на зеленом водонику, али у суштини идентична млазном гориву и метанолу произведеном из нафте, могу се користити у постојећим авионима и бродовима, са минималним прилагођавањима или без њих. Међутим, та горива садрже ЦО2, који се однекуд мора ухватити и додати водонику, да би се поново ослободио током сагоревања: ово смањује, али не решава проблем емисије ЦО2. Синтетичка горива могу бити коришћена пре 2030. године, ако постоје прави подстицаји за оправдање додатних трошкова смањених (не елиминисаних) емисија.

У наредним годинама бродови могу да пређу на зелени амонијак, гориво произведено од зеленог водоника и азота из ваздуха, које не садржи ЦО2, али ће бити потребна улагања за замену мотора и резервоара, а зелени амонијак је тренутно много скупљи од лож уље.

Авиони на водоник (или амонијак) су даље, и то ће у суштини бити нови авиони који ће морати да се пројектују, граде и продају авио-компанијама да замене постојеће авионе на млазно гориво – очигледно није изводљиво до 2030: у овом смислу, зелени млазњак гориво – произведено комбинацијом зеленог водоника и одрживе биоенергије – је решење које се може применити у блиској будућности.

У закључку, главне акције за убрзавање декарбонизације од сада до 2030. су 1) енергетска ефикасност 2) електрификација са обновљивим изворима енергије 3) брзо убрзање производње енергије из обновљивих извора (што ће додатно смањити ионако ниске трошкове обновљиве електричне енергије) 4) повећање одрживог , модерна биоенергија, потребна – између осталог – за производњу зелених горива која захтевају ЦО2 5) декарбонизација сивог водоника зеленим водоником, што би донело обим и смањило цену електролизе, чинећи зелени водоник конкурентним и спремним за даље повећати у 2030-им, ка циљу постизања нето нулте емисије до 2050. године.

Светски економски форум је дугогодишњи поборник агенде чистог водоника од 2017. године, помажући, између осталог, у стварању Савета за водоник, успостављању изазова за иновације водоника у партнерству са Миссион Инноватион, и креирању, заједно са Комисија за транзицију енергије, платформе Миссион Поссибле за помоћ у транзицији сектора које је тешко смањити на нето нулте емисије до 2050. Више о Иницијативи за убрзавање чистог водоника прочитајте овде.