Kas ir zaļais ūdeņradis un kāpēc mums tas ir vajadzīgs

Ir īstais brīdis izmantot ūdeņraža potenciālu, lai spēlētu galveno lomu kritisko enerģētikas problēmu risināšanā. Nesenie atjaunojamās enerģijas tehnoloģiju un elektrisko transportlīdzekļu panākumi ir parādījuši, ka politikai un tehnoloģiju jauninājumiem ir spēks veidot globālas tīras enerģijas nozares.

Ūdeņradis kļūst par vienu no vadošajām iespējām, kā uzglabāt enerģiju no atjaunojamiem energoresursiem, izmantojot ūdeņraža bāzes degvielu, kas potenciāli transportē enerģiju no atjaunojamiem energoresursiem lielos attālumos – no reģioniem ar bagātīgiem enerģijas resursiem uz enerģijas izsalkušiem apgabaliem tūkstošiem kilometru attālumā.

Zaļais ūdeņradis tika iekļauts vairākos solījumos par emisiju samazināšanu ANO Klimata konferencē COP26, lai dekarbonizētu smago rūpniecību, tālsatiksmes kravu pārvadājumus, kuģniecību un aviāciju. Valdības un rūpniecība ir atzinušas ūdeņradi par svarīgu nulles ekonomikas pīlāru.

Zaļā ūdeņraža katapulta, Apvienoto Nāciju Organizācijas iniciatīva, lai samazinātu zaļā ūdeņraža izmaksas, paziņoja, ka tā gandrīz divkāršo savu mērķi zaļajiem elektrolizatoriem no 25 gigavatiem, kas tika noteikti pagājušajā gadā, līdz 45 gigavatiem līdz 2027. gadam. Eiropas Komisija ir pieņēmusi virkni tiesību aktu. priekšlikumi dekarbonizēt ES gāzes tirgu, veicinot atjaunojamo un zema oglekļa satura gāzu, tostarp ūdeņraža, ieviešanu, un nodrošināt energoapgādes drošību visiem Eiropas iedzīvotājiem. Apvienotie Arābu Emirāti arī paaugstina ambīcijas, valsts jaunās ūdeņraža stratēģijas mērķis ir līdz 2030. gadam ieņemt ceturto daļu no pasaules zema oglekļa satura ūdeņraža tirgus, un Japāna nesen paziņoja, ka ieguldīs 3,4 miljardus USD no sava zaļo inovāciju fonda, lai paātrinātu pētniecību un attīstību un ūdeņraža izmantošanas veicināšana nākamo 10 gadu laikā.

Aprakstot ūdeņraža tehnoloģijas, jūs varētu saskarties ar terminiem “pelēks”, “zils”, “zaļš”. Tas viss ir atkarīgs no tā, kā tas tiek ražots. Ūdeņradis sadedzinot izdala tikai ūdeni, bet tā radīšana var būt oglekļa intensīva. Atkarībā no ražošanas metodēm ūdeņradis var būt pelēks, zils vai zaļš – un dažreiz pat rozā, dzeltens vai tirkīzzils. Tomēr zaļais ūdeņradis ir vienīgais veids, kas ražots klimatam neitrāli, tāpēc ir ļoti svarīgi līdz 2050. gadam sasniegt neto nulli.

Mēs lūdzām Dr. Emanuelu Taibi, Starptautiskās Atjaunojamās enerģijas aģentūras (IRENA) Enerģētikas sektora pārveidošanas stratēģiju vadītāju, paskaidrot, kas ir zaļais ūdeņradis un kā tas varētu pavērt ceļu uz nulles emisiju. Pašlaik viņš strādā IRENA Inovāciju un tehnoloģiju centrā Bonnā, Vācijā, kur viņš ir atbildīgs par palīdzību dalībvalstīm, izstrādājot stratēģijas enerģētikas sektora pārveidei, un pašlaik vada darbu saistībā ar energosistēmu elastību, ūdeņradi un uzglabāšanu kā galveno. enerģijas pārejas veicinātāji. Dr. Taibi ir arī Pasaules ekonomikas foruma Stratēģiskās izlūkošanas platformas līdzkurators, kur viņa komanda izstrādāja ūdeņraža transformācijas karti.

Zaļās ūdeņraža tehnoloģijas

Kas jūs pamudināja attīstīt savas zināšanas enerģētikas tehnoloģijās un kā jūsu darbs uzņēmumā IRENA to veicina?

Tas bija mana maģistra darba laikā. Es stažējos Itālijas Nacionālajā enerģētikas un vides aģentūrā (ENEA), kur uzzināju par ilgtspējīgu attīstību un enerģētiku un abu saikni. Es uzrakstīju savu disertāciju vadības inženierijā par to un nolēmu, ka šī ir joma, kurā vēlos koncentrēt savu darba dzīvi. Gandrīz 20 gadu pieredze enerģētikā un starptautiskajā sadarbībā, doktora grāds enerģētikas tehnoloģijās un laiks, kas pavadīts privātajā sektorā, pētniecībā un starpvaldību aģentūrās, šobrīd vadu IRENA enerģētikas sektora transformācijas komandu kopš 2017. gada.

Mans darbs uzņēmumā IRENA ir kopā ar savu komandu un ciešā sadarbībā ar kolēģiem visā aģentūrā un ārējiem partneriem, piemēram, Pasaules ekonomikas forumu, atbalstot mūsu 166 dalībvalstis enerģētikas pārejā, koncentrējoties uz atjaunojamās elektroenerģijas piegādi un tās izmantošanu. izmantot, lai dekarbonizētu enerģētikas nozari, izmantojot zaļos elektronus, kā arī zaļās molekulas, piemēram, ūdeņradi un tā atvasinājumus.

Kas ir zaļais ūdeņradis? Kā tas atšķiras no tradicionālā “pelēkā” ūdeņraža un zilā ūdeņraža, kas rada intensīvas emisijas?

Ūdeņradis ir vienkāršākais un mazākais elements periodiskajā tabulā. Neatkarīgi no tā, kā tas tiek ražots, tas beidzas ar to pašu molekulu, kas nesatur oglekli. Tomēr tā iegūšanas ceļi ir ļoti dažādi, tāpat arī siltumnīcefekta gāzu, piemēram, oglekļa dioksīda (CO2) un metāna (CH4), emisijas.

Zaļais ūdeņradis ir definēts kā ūdeņradis, kas iegūts, sadalot ūdeni ūdeņradī un skābeklī, izmantojot atjaunojamo elektroenerģiju. Tas ir ļoti atšķirīgs ceļš, salīdzinot gan ar pelēko, gan zilo.

Pelēko ūdeņradi tradicionāli ražo no metāna (CH4), kas ar tvaiku sadalās CO2, kas ir galvenais klimata pārmaiņu vaininieks, un H2, ūdeņradis. Pelēks ūdeņradis arvien vairāk tiek ražots arī no oglēm, un uz vienu saražotā ūdeņraža vienību ir ievērojami lielākas CO2 emisijas, tik daudz, ka pelēkā vietā bieži dēvē par brūno vai melno ūdeņradi. Mūsdienās to ražo rūpnieciskā mērogā, un ar to saistītās emisijas ir salīdzināmas ar Apvienotās Karalistes un Indonēzijas emisijām. Tam nav enerģijas pārejas vērtības, gluži otrādi.

Zilajam ūdeņradim ir tāds pats process kā pelēkajam ar papildu tehnoloģijām, kas nepieciešamas, lai uztvertu CO2, kas rodas, kad ūdeņradis tiek atdalīts no metāna (vai no oglēm), un uzglabātu to ilgstoši. Tā nav viena krāsa, bet gan ļoti plaša gradācija, jo nevar uztvert 100 procentus no saražotā CO2, un ne visi tā uzglabāšanas līdzekļi ir vienlīdz efektīvi ilgtermiņā. Galvenais ir tas, ka, uztverot lielu daļu CO2, var ievērojami samazināt ūdeņraža ražošanas ietekmi uz klimatu.

Ir tehnoloģijas (ti, metāna pirolīze), kas sola nodrošināt augstus uztveršanas rādītājus (90-95 procentus) un efektīvu CO2 uzglabāšanu cietā veidā, kas, iespējams, ir tik daudz labāks par zilo, ka ir pelnījis savu krāsu. ūdeņraža taksonomijas varavīksne", tirkīza ūdeņradis. Tomēr metāna pirolīze joprojām ir izmēģinājuma stadijā, savukārt zaļais ūdeņradis strauji pieaug, pamatojoties uz divām galvenajām tehnoloģijām – atjaunojamo enerģiju (jo īpaši no saules PV un vēja, bet ne tikai) un elektrolīzi.

Atšķirībā no atjaunojamās enerģijas, kas mūsdienās ir lētākais elektroenerģijas avots lielākajā daļā valstu un reģionu, zaļā ūdeņraža ražošanas elektrolīzei nākamajā desmitgadē vai divās ir ievērojami jāpalielina un jāsamazina izmaksas vismaz trīs reizes. Tomēr atšķirībā no CCS un metāna pirolīzes elektrolīze šodien ir komerciāli pieejama, un to var iegādāties novairāki starptautiski piegādātāji šobrīd.

Zaļie ūdeņraža enerģijas risinājumi

Kādi ir ieguvumi no enerģētikas pārejas risinājumiem uz “zaļo” ūdeņraža ekonomiku? Kā mēs varētu pāriet uz zaļo ūdeņraža ekonomiku no pašreizējās vietas ar pelēko ūdeņradi?

Zaļais ūdeņradis ir svarīgs enerģijas pārejas elements. Tas nav nākamais tūlītējais solis, jo mums vispirms ir vēl vairāk jāpaātrina atjaunojamās elektroenerģijas izmantošana, lai dekarbonizētu esošās energosistēmas, jāpaātrina enerģētikas nozares elektrifikācija, lai piesaistītu zemu izmaksu atjaunojamo elektroenerģiju, pirms beidzot dekarbonizēt nozares, kuras ir grūti elektrificēt. piemēram, smagā rūpniecība, kuģniecība un aviācija – izmantojot zaļo ūdeņradi.

Ir svarīgi atzīmēt, ka šodien mēs ražojam ievērojamu daudzumu pelēkā ūdeņraža ar augstu CO2 (un metāna) emisiju: ​​prioritāte būtu sākt dekarbonizēt esošo ūdeņraža pieprasījumu, piemēram, aizstājot amonjaku no dabasgāzes ar zaļo amonjaku.

Jaunākie pētījumi ir izraisījuši diskusijas par zilā ūdeņraža koncepciju kā pārejas degvielu, līdz zaļais ūdeņradis kļūst konkurētspējīgs. Kā zaļais ūdeņradis kļūtu konkurētspējīgs salīdzinājumā ar zilo ūdeņradi? Kāda veida stratēģiskās investīcijas ir nepieciešamas tehnoloģiju attīstības procesā?

Pirmais solis ir nodrošināt signālu zilajam ūdeņradim, lai aizstātu pelēko krāsu, jo bez cenas par CO2 emisiju uzņēmumiem nav biznesa jēgas ieguldīt sarežģītā un dārgā oglekļa uztveršanas sistēmā (CCS) un CO2 ģeoloģiskajās krātuvēs. Ja sistēma ir tāda, ka zema oglekļa satura ūdeņradis (zils, zaļš, tirkīzs) ir konkurētspējīgs ar pelēko ūdeņradi, rodas jautājums: vai mums ir jāiegulda CCS, ja pastāv risks, ka aktīvi tiks zaudēti, un cik drīz zaļais kļūs lētāks nekā zils.

Atbilde, protams, būs atšķirīga atkarībā no reģiona. Pasaulē ar neto nulli, kuru apņemas sasniegt arvien vairāk valstu, atlikušās zilā ūdeņraža emisijas būtu jākompensē ar negatīvām emisijām. Par to būs jāmaksā. Vienlaikus gāzes cenas pēdējā laikā ir bijušas ļoti svārstīgas, atstājot zilā ūdeņraža cenu ciešu korelāciju ar gāzes cenu un pakļaujot ne tikai CO2 cenas nenoteiktībai, bet arī dabasgāzes cenu svārstībām.

Tomēr attiecībā uz zaļo ūdeņradi mēs varētu būt liecinieki līdzīgam stāstam kā saules PV. Tas ir kapitālietilpīgs, tāpēc mums ir jāsamazina investīciju izmaksas, kā arī investīciju izmaksas, palielinot atjaunojamo energoresursu tehnoloģiju un elektrolizatoru ražošanu, vienlaikus radot zema riska ieguvi, lai samazinātu kapitāla izmaksas zaļā ūdeņraža investīcijām. Tas novedīs pie stabilām, samazinošām zaļā ūdeņraža izmaksām pretstatā mainīgajām un potenciāli pieaugošajām zilā ūdeņraža izmaksām.

Atjaunojamās enerģijas tehnoloģijas jau šodien ir sasniegušas tādu brieduma līmeni, kas nodrošina konkurētspējīgu atjaunojamo elektroenerģijas ražošanu visā pasaulē, kas ir priekšnoteikums konkurētspējīgai zaļā ūdeņraža ražošanai. Tomēr elektrolīzeri joprojām tiek izmantoti ļoti mazā mērogā, un nākamajās trīs desmitgadēs ir nepieciešams palielināt to apjomu par trim kārtām, lai trīs reizes samazinātu to izmaksas.

Pašlaik zaļā ūdeņraža projektu cauruļvads ir paredzēts, lai līdz 2030. gadam uz pusi samazinātu elektrolizatoru izmaksas. Tas apvienojumā ar lieliem projektiem, kas atrodas vietās, kur ir vislabākie atjaunojamie resursi, var radīt konkurētspējīgu zaļo ūdeņradi, kas nākamajā apjomā būs pieejams {{1 }} gadi. Tas neatstāj daudz laika zilajam ūdeņradim, kas joprojām ir izmēģinājuma stadijā, lai pārietu no izmēģinājuma uz komerciālu mērogu, ieviestu sarežģītus projektus (piemēram, ilgtermiņa ģeoloģisko CO2 uzglabāšanu) par komerciālu mērogu un konkurētspējīgām izmaksām un atgūtu ieguldījumus, kas veikti nākamie 10-15 gadi.

Vairākas valdības tagad ir iekļāvušas ūdeņraža degvielas tehnoloģijas savās valsts stratēģijās. Ņemot vērā pieaugošās prasības pāriet uz ekonomikas dekarbonizāciju un tehnoloģijām ar augstāku oglekļa uztveršanas līmeni, kāds būtu jūsu padoms politikas veidotājiem un lēmumu pieņēmējiem, kuri novērtē zaļā ūdeņraža priekšrocības un trūkumus?

Mums būs nepieciešams zaļš ūdeņradis, lai sasniegtu nulles neto emisijas, jo īpaši rūpniecībā, kuģniecībā un aviācijā. Tomēr mums vissteidzamāk ir nepieciešams:

1) energoefektivitāte;

2) elektrifikācija;

3) atjaunojamās enerģijas ražošanas paātrināta izaugsme.

Kad tas ir sasniegts, mums paliek apm. 40 procenti no pieprasījuma ir jādekarbonizē, un šeit mums ir vajadzīgs zaļš ūdeņradis, moderna bioenerģija un tieša atjaunojamo energoresursu izmantošana. Tiklīdz mēs turpināsim palielināt atjaunojamo energoresursu apjomu, lai dekarbonizētu elektroenerģiju, mēs varēsim turpināt paplašināt atjaunojamās enerģijas jaudu, lai ražotu konkurētspējīgu zaļo ūdeņradi un dekarbonizētu grūti samazināmas nozares ar minimālām papildu izmaksām.

Kur, jūsuprāt, ar ūdeņradi saistītās energotehnoloģijas attīstās līdz 2030. gadam? Vai mēs varētu paredzēt ar ūdeņradi darbināmus komerciālos transportlīdzekļus?

Mēs redzam iespēju ātri izmantot zaļo ūdeņradi nākamajā desmitgadē, kur jau pastāv pieprasījums pēc ūdeņraža: amonjaka, dzelzs un citu esošo preču dekarbonizācija. Daudzos rūpnieciskos procesos, kuros izmanto ūdeņradi, pelēko krāsu var aizstāt ar zaļu vai zilu, ja CO2 cena ir atbilstoša vai tiek ieviesti citi mehānismi šo nozaru dekarbonizācijai.

Kuģniecības un aviācijas jomā situācija ir nedaudz atšķirīga. Iepilināmās degvielas, kuru pamatā ir zaļais ūdeņradis, bet būtībā ir identiskas reaktīvo dzinēju degvielai un metanolam, kas ražots no naftas, var izmantot esošajās lidmašīnās un kuģos, veicot minimālas vai nekādas korekcijas. Tomēr šīs degvielas satur CO2, kas no kaut kurienes ir jāsatver un jāpievieno ūdeņradim, lai tas atkal izdalītos degšanas laikā: tas samazina, bet neatrisina CO2 emisiju problēmu. Sintētisko degvielu var izmantot pirms 2030. gada, ja ir piemēroti stimuli, lai attaisnotu papildu izmaksas par samazinātām (nevis likvidētām) emisijām.

Tuvākajos gados kuģi var pāriet uz zaļo amonjaku – degvielu, kas ražota no zaļā ūdeņraža un slāpekļa no gaisa, kas nesatur CO2, taču būs nepieciešamas investīcijas dzinēju un cisternu nomaiņai, turklāt zaļais amonjaks šobrīd ir daudz dārgāks nekā mazuts.

Ūdeņraža (vai amonjaka) lidmašīnas atrodas tālāk, un tās būtībā būs jaunas lidmašīnas, kuras ir jāprojektē, jābūvē un jāpārdod aviokompānijām, lai aizstātu esošās ar reaktīvo degvielu darbināmas lidmašīnas — tas acīmredzami nav iespējams līdz 2030. gadam: šajā ziņā zaļā reaktīvā lidmašīna. degviela, kas ražota, apvienojot zaļo ūdeņradi un ilgtspējīgu bioenerģiju, ir risinājums, ko var izmantot tuvākajā laikā.

Noslēgumā jāsaka, ka galvenās darbības, lai paātrinātu dekarbonizāciju no šī brīža līdz 2030. gadam, ir 1) energoefektivitāte, 2) elektrifikācija ar atjaunojamiem energoresursiem, 3) strauja atjaunojamās enerģijas ražošanas paātrināšana (kas vēl vairāk samazinās jau tā zemās atjaunojamās elektroenerģijas izmaksas) 4) ilgtspējīgas enerģijas palielināšana. , moderna bioenerģija, kas cita starpā nepieciešama, lai ražotu zaļo degvielu, kam nepieciešams CO2 5) pelēkā ūdeņraža dekarbonizācija ar zaļo ūdeņradi, kas palielinātu apjomu un samazinātu elektrolīzes izmaksas, padarot zaļo ūdeņradi konkurētspējīgu un gatavu turpmākai izmantošanai. 2030. gados, lai sasniegtu mērķi līdz 2050. gadam sasniegt nulles neto emisijas.

Pasaules ekonomikas forums ir ilglaicīgs tīra ūdeņraža programmas atbalstītājs kopš 2017. gada, cita starpā palīdzot izveidot Ūdeņraža padomi, izveidot ūdeņraža inovāciju izaicinājumu sadarbībā ar Mission Innovation, kā arī izveidot kopā ar Ūdeņraža padomi. Enerģijas pārejas komisija no Iespējamās misijas platformas, lai palīdzētu pāriet grūti samazināmās nozarēs uz nulles emisiju līmeni līdz 2050. gadam. Vairāk par tīra ūdeņraža paātrināšanas iniciatīvu lasiet šeit.