Forrás: weforum.org
A zöld hidrogén kritikus fontosságú tényezője lehet a fenntartható energiára és a nulla nettó kibocsátású gazdaságokra való globális átállásnak.
Világszerte példátlan lendület van a hidrogénben, mint tiszta energiával kapcsolatos megoldásban rejlő, régóta fennálló potenciál kiaknázására.
Dr. Emanuele Taibi felvázolja, hogy hol állnak most a hidrogénnel kapcsolatos dolgok, és hogyan segíthet a tiszta, biztonságos és megfizethető energia jövőjének elérésében.
Itt az ideje, hogy kihasználjuk a hidrogénben rejlő lehetőségeket, hogy kulcsszerepet játsszon a kritikus energetikai kihívások kezelésében. A megújulóenergia-technológiák és az elektromos járművek közelmúltbeli sikerei megmutatták, hogy a szakpolitikai és technológiai innováció képes a globális tisztaenergia-iparágak kiépítésére.
A hidrogén az egyik vezető lehetőségként jelenik meg a megújuló energiaforrásokból származó energia hidrogénalapú üzemanyagokkal történő tárolására, amelyek potenciálisan nagy távolságokra szállítják az energiát a megújuló energiaforrásokból – a bőséges energiaforrásokkal rendelkező régióktól a több ezer kilométerre lévő energiaéhes területekig.
A zöld hidrogén az ENSZ éghajlat-változási konferenciáján, a COP26-on tett számos kibocsátáscsökkentési ígéretben szerepelt a nehézipar, a távolsági fuvarozás, a hajózás és a légi közlekedés dekarbonizálásának eszközeként. A kormányok és az ipar egyaránt elismerték, hogy a hidrogén a nettó nulla gazdaság fontos pillére.
A Zöld Hidrogén Katapult, az ENSZ kezdeményezése a zöld hidrogén költségeinek csökkentésére bejelentette, hogy a tavaly meghatározott 25 gigawattról 2027-re csaknem megduplázza a zöld elektrolizátorokra vonatkozó célját, 45 gigawattra. Az Európai Bizottság jogalkotási javaslatokat fogadott el az uniós gázpiac dekarbonizációja érdekében a megújuló és alacsony szén-dioxid-kibocsátású gázok, köztük a hidrogén elterjedésének megkönnyítése révén, valamint az energiabiztonság garantálása érdekében valamennyi európai polgár számára. Az Egyesült Arab Emírségek is ambiciózusan dolgozik, az ország új hidrogénstratégiájának célja, hogy 2030-ra megtartsa az alacsony szén-dioxid-kibocsátású hidrogén globális piacának egynegyedét, Japán pedig nemrégiben bejelentette, hogy a zöld innovációs alapjából 3,4 milliárd dollárt fektet be a kutatás és fejlesztés felgyorsítására, valamint a hidrogénhasználat előmozdítására a következő 10 évben.
Előfordulhat, hogy a hidrogéntechnológiák leírásakor a "szürke", "kék", "zöld" kifejezések kapcsolódnak egymáshoz. Minden a gyártás módján múlik. A hidrogén elégetésekor csak vizet bocsát ki, de létrehozása szén-dioxid-intenzív lehet. A gyártási módszerektől függően a hidrogén lehet szürke, kék vagy zöld – és néha akár rózsaszín, sárga vagy türkiz is. A zöld hidrogén azonban az egyetlen olyan típus, amelyet klímasemleges módon állítanak elő, ami kritikus fontosságúvá teszi a nettó nulla 2050-ig történő elérését.
Megkértük Dr. Emanuele Taibit, a Nemzetközi Megújulóenergia-ügynökség (IRENA) energiaágazati átalakítási stratégiáinak vezetőjét, hogy magyarázza el, mi az a zöld hidrogén, és hogyan nyithatja meg az utat a nettó nulla kibocsátás felé. Jelenleg a németországi Bonnban található IRENA Innovációs és Technológiai Központban dolgozik, ahol az energiaágazat átalakítására vonatkozó stratégiák kidolgozásában segíti a tagállamokat, és jelenleg irányítja az energiaellátó rendszerek rugalmasságával, a hidrogénnel és a tárolással kapcsolatos munkát, amelyek az energetikai átállás kulcsfontosságú tényezői. Dr. Taibi társkurátora a Világgazdasági Fórum stratégiai hírszerzési platformjának is, ahol csapata kidolgozta a hidrogén átalakítási térképét.
Zöld hidrogéntechnológiák
Mi motiválta Önt arra, hogy fejlessze az energiatechnológiák terén szerzett szakértelmét, és hogyan járul hozzá ehhez az IRENA-nál végzett munkája?
A mesterdolgozatom alatt volt. Szakmai gyakorlatomat az Olasz Nemzeti Energia- és Környezetvédelmi Ügynökségnél (ENEA) végeztem, ahol a fenntartható fejlődésről és az energiáról, valamint a kettő közötti kapcsolatról tanultam. Erről írtam a menedzsmentmérnöki szakdolgozatomat, és úgy döntöttem, hogy ez az a terület, ahol a munkámra szeretnék koncentrálni. Gyorsan előre közel 20 éves tapasztalat az energia és a nemzetközi együttműködés terén, PhD az energiatechnológiában, valamint a magánszektorban, a kutatásban és a kormányközi ügynökségekben eltöltött idő, jelenleg 2017 óta vezetem az IRENA energiaszektor-átalakítási csapatát.
Az IRENA-nál végzett munkám az, hogy csapatommal és az ügynökség munkatársaival és külső partnerekkel, például a Világgazdasági Fórummal szoros együttműködésben hozzájáruljak ahhoz, hogy támogassuk 166 tagállamunkat az energetikai átállásban, különös tekintettel a megújuló villamosenergia-ellátásra és annak az energiaágazat zöld elektronokon, valamint zöld molekulákon, például hidrogénen és származékain keresztül történő dekarbonizálására.
Mi az a zöld hidrogén? Miben különbözik ez a hagyományos kibocsátásigényes "szürke" hidrogéntől és kék hidrogéntől?
A hidrogén a periódusos rendszer legegyszerűbb és legkisebb eleme. Nem számít, hogyan állítják elő, végül ugyanazzal a szén-dioxid-mentes molekulával végződik. Az előállítási módok azonban nagyon változatosak, csakúgy, mint az üvegházhatást okozó gázok, például a szén-dioxid (CO2) és a metán (CH4) kibocsátása.
A zöld hidrogént úgy határozzák meg, hogy a vizet megújuló villamos energia felhasználásával hidrogénre és oxigénre osztják. Ez egy nagyon más út, mint a szürke és a kék.
A szürke hidrogént hagyományosan metánból (CH4) állítják elő, gőzzel felosztva – az éghajlatváltozás fő bűnösjére – és H2-re, hidrogénre. A szürke hidrogént egyre inkább szénből is előállítják, jelentősen magasabb CO2-kibocsátással az előállított hidrogén egységére vetítve, olyannyira, hogy ezt gyakran barna vagy fekete hidrogénnek nevezik a szürke helyett. Ma ipari méretekben állítják elő, és a kapcsolódó kibocsátások hasonlóak az Egyesült Királyság és Indonézia együttes kibocsátásához. Nincs energiaátmeneti értéke, éppen ellenkezőleg.
A kék hidrogén ugyanazt a folyamatot követi, mint a szürke, és további technológiákkal rendelkezik a hidrogén metántól (vagy széntől) való elválasztásakor keletkező CO2 leválasztásához és hosszú távú tárolásához. Ez nem egy szín, hanem egy nagyon széles gradáció, mivel a megtermelt CO2-nek nem 100%-a nyerhető le, és hosszú távon nem minden tárolási eszköz egyformán hatékony. A lényeg az, hogy a CO2 nagy részének leválasztása során a hidrogéntermelés éghajlati hatása jelentősen csökkenthető.
Vannak olyan technológiák (pl. metán pirolízis), amelyek ígéretet adnak a magas leválasztási arányra (90-95%) és a CO2 szilárd formában történő hatékony, hosszú távú tárolására, potenciálisan sokkal jobb, mint a kék, hogy megérdemlik saját színüket a "hidrogén taxonómia szivárványában", a türkiz hidrogénben. A metán pirolízis azonban még mindig kísérleti szakaszban van, míg a zöld hidrogén gyorsan növekszik két kulcsfontosságú technológia - a megújuló energia (különösen a fotovoltaikus napenergia és a szélenergia, de nem csak) és az elektrolízis alapján.
A megújuló energiával ellentétben, amely ma a legtöbb országban és régióban a legolcsóbb villamosenergia-forrás, a zöld hidrogén előállításához szükséges elektrolízisnek jelentősen növekednie kell, és a következő egy-két évtizedben legalább háromszorosára kell csökkentenie költségeit. A CCS-szel és a metán-pirolízissel ellentétben azonban az elektrolízis ma már kereskedelmi forgalomban kapható, és a következő helyekről szerezhető be:jelenleg több nemzetközi beszállító.
Zöld hidrogénenergia-megoldások
Milyen előnyei vannak a "zöld" hidrogéngazdaságra irányuló energetikai átállási megoldásoknak? Hogyan tudnánk átállni a zöld hidrogéngazdaságra onnan, ahol jelenleg a szürke hidrogénnel tartunk?
A zöld hidrogén az energetikai átállás fontos eleme. Ez nem a következő azonnali lépés, mivel először tovább kell gyorsítanunk a megújuló villamos energia elterjedését a meglévő villamosenergia-rendszerek dekarbonizálása érdekében, fel kell gyorsítanunk az energiaágazat villamosítását az alacsony költségű megújuló villamos energia kihasználása érdekében, mielőtt végül zöld hidrogénnel dekarbonizálni kell a nehezen felvillanyozható ágazatokat – például a nehézipart, a hajózást és a légi közlekedést.
Fontos megjegyezni, hogy ma jelentős mennyiségű szürke hidrogént állítunk elő, magas CO2-kibocsátással (és metánnal): prioritás lenne a meglévő hidrogénigény dekarbonizációjának megkezdése, például a földgázból származó ammónia zöld ammóniával való helyettesítésével.
A legújabb tanulmányok vitát váltottak ki a kék hidrogén mint átmeneti üzemanyag fogalmáról, amíg a zöld hidrogén költségversenybe nem kerül. Hogyan válna a zöld hidrogén költségessé a kék hidrogénnel szemben? Milyen stratégiai beruházásokra van szükség a technológiafejlesztési folyamatban?
Az első lépés az, hogy jelzést adjunk a kék hidrogén számára a szürke felváltására, mivel a CO2-kibocsátás ára nélkül nincs üzleti érv arra, hogy a vállalatok beruházzanak a komplex és költséges szén-dioxid-leválasztási rendszerbe (CCS) és a CO2 geológiai tárolásába. Amint a keret olyan, hogy az alacsony szén-dioxid-kibocsátású hidrogén (kék, zöld, türkiz) versenyképes a szürke hidrogénnel, akkor a kérdés a következő lesz: be kell-e fektetnünk a SZÉN-dioxid-leválasztásba, ha fennáll a kockázata annak, hogy megfeneklett eszközeik legyenek, és milyen hamar lesz a zöld olcsóbb, mint a kék.
A válasz természetesen régiónként eltérő lesz. Egy olyan nettó nulla világban, amely célkitűzés mellett egyre több ország kötelezi el magát, a kék hidrogén fennmaradó kibocsátását negatív kibocsátásokkal kellene ellensúlyozni. Ennek ára lesz. Ezzel párhuzamosan a gázárak az utóbbi időben nagyon volatilisek voltak, így a kék hidrogén ára erősen korrelált a gázárral, és nemcsak a CO2-árak bizonytalanságának, hanem a földgázárak volatilitásának is ki volt téve.
A zöld hidrogén esetében azonban hasonló történetnek lehetünk tanúi, mint a fotovoltaikus napenergia esetében. Tőkeigényes, ezért csökkentenünk kell a beruházási költségeket és a beruházási költségeket a megújuló technológiák és az elektrolizátorok gyártásának fokozása révén, miközben alacsony kockázatú vételeket kell létrehoznunk a zöld hidrogénbe történő beruházások tőkeköltségeinek csökkentése érdekében. Ez a zöld hidrogén költségeinek stabil, csökkenő csökkenéséhez fog vezetni, szemben a kék hidrogén ingadozó és potenciálisan növekvő költségeivel.
A megújulóenergia-technológiák már ma elérték azt az érettségi szintet, amely lehetővé teszi a versenyképes megújuló villamosenergia-termelést az egész világon, ami a versenyképes zöld hidrogéntermelés előfeltétele. Az elektrolizátorokat azonban még mindig nagyon kis léptékben telepítik, és a következő három évtizedben három nagyságrenddel fel kell skálázniuk, hogy költségeiket háromszorosára csökkentsék.
Ma a zöld hidrogénnel kapcsolatos projektek csővezetéke jó úton halad afelé, hogy 2030 előtt felére csökkenjen az elektroliterköltségek. Ez a legjobb megújuló erőforrásokat biztosító nagyprojektekkel kombinálva ahhoz vezethet, hogy a következő 5–10 évben versenyképes zöld hidrogén áll majd rendelkezésre nagy méretekben. Ez nem hagy sok időt arra, hogy a kék hidrogén – amely még ma is kísérleti szakaszban van – kísérleti léptékűről kereskedelmi méretre terjeszkedjen, összetett projekteket (pl. a hosszú távú geológiai CO2-tárolást) kereskedelmi léptékben és versenyképes költségek mellett telepítsen, és helyreállítsa a következő 10–15 évben végrehajtott beruházásokat.
Mára több kormány is beépítette a hidrogénüzemanyag-technológiákat nemzeti stratégiájába. Tekintettel a gazdaság dekarbonizációjára és a magasabb szén-dioxid-leválasztási aránnyal rendelkező alaptechnológiákra való átállás iránti növekvő igényekre, mit tanácsolna azoknak a politikai döntéshozóknak és döntéshozóknak, akik értékelik a zöld hidrogén előnyeit és hátrányait?
Zöld hidrogénre lesz szükségünk a nettó nulla kibocsátás eléréséhez, különösen az ipar, a hajózás és a légi közlekedés számára. Amire azonban a legsürgetőbb szükségünk van, az a következő:
1) energiahatékonyság;
2) villamosítás;
3) a megújulóenergia-termelés felgyorsult növekedése.
Ha ezt elérjük, a kereslet kb. 40%-át dekarbonizálni kell, és ez az a pont, ahol zöld hidrogénre, modern bioenergiára és a megújuló energiaforrások közvetlen felhasználására van szükségünk. Amint tovább növeljük a megújuló energiát a villamos energia dekarbonizációja érdekében, abban a helyzetben leszünk, hogy tovább bővíthetjük a megújuló energia kapacitását a versenyképes zöld hidrogén előállítása és a nehezen csökkenthető ágazatok minimális többletköltséggel történő dekarbonizációja érdekében.
A zöld hidrogén jövője
Ön szerint hol fejlődnek a hidrogénnel kapcsolatos energiatechnológiák 2030-ra? Számíthatunk-e hidrogénüzemű haszongépjárművekre?
Látjuk a lehetőséget a zöld hidrogén gyors elterjedésére a következő évtizedben, amikor már létezik hidrogén iránti kereslet: az ammónia, a vas és más meglévő áruk dekarbonizációja. Számos hidrogént használó ipari folyamat helyettesítheti a szürkét zölddel vagy kékkel, feltéve, hogy a CO2-t megfelelően árazza, vagy más mechanizmusokat vezetnek be ezen ágazatok dekarbonizációjára.
A hajózás és a légi közlekedés esetében a helyzet kissé eltérő. A zöld hidrogénen alapuló, de az olajból előállított sugárhajtómű-üzemanyaggal és metanollal lényegében azonos cseppfolyósított üzemanyagok a meglévő repülőgépeken és hajókon is felhasználhatók, minimális kiigazítással vagy anélkül. Ezek az üzemanyagok azonban CO2-t tartalmaznak, amelyet valahonnan le kell fogni és hozzá kell adni a hidrogénhez, hogy az égés során ismét felszabaduljon: ez csökkenti, de nem oldja meg a CO2-kibocsátás problémáját. A szintetikus üzemanyagok 2030 előtt is bevezethetők, ha megfelelő ösztönzők állnak rendelkezésre a csökkentett (nem megszüntetett) kibocsátások többletköltségének igazolására.
Az elkövetkező években a hajók áttérhetnek a zöld ammóniára, amely zöld hidrogénből és a levegőből származó nitrogénből előállított üzemanyag, amely nem tartalmaz CO2-t, de beruházásokra lesz szükség a motorok és tartályok cseréjéhez, és a zöld ammónia jelenleg sokkal drágább, mint a fűtőolaj.
A hidrogén (vagy ammónia) repülőgépek távolabb vannak, és ezek lényegében új repülőgépek lesznek, amelyeket a meglévő sugárhajtómű-üzemanyaggal működő repülőgépek pótlására kell tervezni, megépíteni és el kell adni a légitársaságoknak – ami 2030-ra nyilvánvalóan nem kivitelezhető: ebben az értelemben a zöld hidrogén és a fenntartható bioenergia kombinációjával előállított zöld sugárhajtómű-üzemanyag olyan megoldás, amelyet rövid távon be lehet vetni.
Összefoglalva, a dekarbonizáció felgyorsítására irányuló fő intézkedések mostantól 2030-ig a következők: 1) energiahatékonyság 2) villamosítás megújuló energiaforrásokkal 3) a megújulóenergia-termelés gyors felgyorsítása (ami tovább csökkenti a megújuló energiaforrásokból előállított villamos energia amúgy is alacsony költségét) 4) a fenntartható, modern bioenergia növelése, amely - többek között - a CO2-t igénylő zöld üzemanyagok előállításához szükséges 5) a szürke hidrogén zöld hidrogénnel történő dekarbonizációja, ami méretet hozna és csökkentené az elektrolízis költségeit, versenyképessé téve a zöld hidrogént, és készen állna a 2030-as évek további növekedésére, a nettó nulla kibocsátás 2050-ig történő elérésére irányuló célkitűzés felé.
A Világgazdasági Fórum 2017 óta régóta támogatja a tisztahidrogén-menetrendet, többek között segített a Hidrogéntanács létrehozásában, a hidrogéninnovációs kihívás létrehozásában a Mission Innovation-val partnerségben, valamint a "Mission Possible" keretprogram létrehozásában, amely segít a nehezen csökkenthető ágazatok 2050-ig történő nettó nulla kibocsátásra való átállásában. A tisztahidrogén-kezdeményezés felgyorsításáról itt olvashat bővebben.
