Razumijevanje zelene vodika: definicija i ključne razlike

Što je zeleni hidrogen?

Zeleni vodik nastaje kada se molekule vode cijepaju postupkom koji se naziva elektroliza, ali samo kada obnovljivi izvori energije poput sunčeve svjetlosti ili vjetra opskrbljuju potrebnu električnu energiju. U osnovi, to znači propuštanje električne struje kroz vodu H₂O kako bi se razgradila na vodikov plin i kisik, pri čemu se u procesu apsolutno ne proizvodi ugljični dioksid. Tradicionalni načini dobivanja vodika nisu tako čisti, jer se često oslanjaju na fosilna goriva. Zbog toga mnogi stručnjaci smatraju zeleni vodik iznimno važnim za smanjenje stakleničkih plinova na globalnoj razini, prema nedavnom istraživanju HERO Future Energies prošle godine.

Kako se zeleni vodik razlikuje od sivog i plavog vodika

• Sivi vodik : Dobiva se iz prirodnog plina putem reforminga metana parom, pri čemu se emitira 10-12 kg CO₂ po kilogramu vodika.
• Plavi vodik : Koristi istu bazu fosilnih goriva, ali uključuje hvatanje i skladištenje ugljika (CCS) kako bi se emisije smanjile za oko 50%.
• Zeleni vodik : Ne proizvodi izravne emisije, jer se cijeli proces elektrolize napaja obnovljivom energijom.

Iako sivi vodik dominira 95% trenutne proizvodnje, emisije tijekom životnog ciklusa zelenog vodika su 75-90% niže čak i u odnosu na plavi vodik (Visualizing Energy, 2024).

Ključna uloga obnovljive energije u proizvodnji zelenog vodika

Zeleni vodik jednostavno ne može funkcionirati bez obnovljivih izvora energije koji ga podržavaju. Proces elektrolize zahtijeva otprilike četiri puta više energije u usporedbi s konvencionalnim metodama, pa povezivanje ovih sustava izravno s solarnim panelima ili vjetroelektranama čini veliku razliku kada govorimo o održivom povećanju proizvodnje. Pogledajmo brojke: proizvodnja jednog kilograma zelenog vodika zahtijeva otprilike pedeset kilovatsati čiste električne energije. To možda zvuči poprilično, ali vidimo stvarni napredak jer su se cijene solarnih panela drastično smanjile tijekom posljednjeg desetljeća, samо od 2010. godine padnuvši skoro za devedeset posto. Kada promatramo buduće mogućnosti, stručnjaci vjeruju da bi zeleni vodik do sredine ovog stoljeća mogao preuzeti između petnaest i dvadeset posto svjetske potrošnje koja trenutačno dolazi iz fosilnih goriva.

Proizvodnja zelenog vodika: Elektroliza, tehnologije i globalni kapacitet

Proces proizvodnje zelenog vodika putem elektrolize

Proizvodnja zelene vodika odvija se kroz proces koji se naziva elektroliza, osnovno razlaganje molekula vode (H2O) na plinoviti vodik i kisik kada se primjeni električna struja. Stupnjevi učinkovitosti prilično variraju, negdje između 70% i čak 90%, a sve ovisi o vrsti sustava elektrolizera koji se koristi. Da bi cijeli ovaj proces ispravno funkcionirao, potrebna nam je čista voda i stalna opskrba energijom. Većina današnjih postrojenja proizvest će oko jedan kilogram vodika za svakih pedeset kilovatsati električne energije potrošene. To nije loše s obzirom na količinu energije utrošene u druge industrijske procese.

Vrste elektrolizera: PEM, alkalni i krutog oksida

Alkalni elektrolizatori dominiraju postojećim projektima zbog nižih troškova, dok PEM sustavi stječu na popularnosti u primjenama s varijabilnom obnovljivom energijom.

Integracija s solarnom i vjetrovnom energijom za održivu proizvodnju

Integracija obnovljivih izvora rješava najveći faktor troška zelene vodika: ulaznu energiju. Solarna i vjetrovna energija sada smanjuju troškove proizvodnje na $3-4/kg (procjene za 2024.), što je smanjenje u odnosu na $6/kg 2018. godine. Objekti u područjima s visokim intenzitetom sunčevog zračenja i vjetrom iskorištavaju hibridni sustavi , kombinirajući solarne panele s vjetroagregatima kako bi osigurali rad 24/7.

Trenutni globalni kapacitet proizvodnje i vodeće zemlje

Globalna proizvodnja zelene vodika premašila je 1,2 milijuna metričkih tona 2024. godine, što je porast od 50% u odnosu na 2022. Više od 80% ovog kapaciteta dolazi iz glavnih projekata na Bliskom istoku, u Australiji i Sjevernoj Europi, uz podršku globalnih investicija u iznosu od 500 milijardi USD.

Izazovi u razmjerama proizvodnje zelene vodikove energije

Proširivanje susreće prepreke poput 9 litara očišćene vode po kilogramu vodika , što zahtijeva naprednu infrastrukturu za desalinaciju. Uža grla u opskrbi rijetkim sirovinama poput iridija (korištenog u PEM elektrolizerima) i ograničeni vodikovodi dodatno usporavaju prihvaćanje. Unatoč ovim preprekama, projekcije troškova za 2030. godinu od $1,50/kg ukazuju na ubrzano postizanje isplativosti za industrijske primjene.

Okolišski i ekonomski benefiti zelene vodikove energije

Nulte emisije ugljičnog dioksida tijekom proizvodnje i uporabe

Proizvodnja zelene vodikove energije emitira nultu količinu ugljičnog dioksida kada se koristi elektroliza napajana obnovljivom energijom, za razliku od sivog vodika koji se dobiva reformingom metana. Ovaj čisti energetski nosač održava svoj karbonaultralni status kroz primjenu u gorivnim ćelijama ili industrijskim procesima, eliminirajući emisije na svim fazama životnog ciklusa.

Smanjenje zagađenja zraka i emisija stakleničkih plinova

Zamjena fosilnih goriva zelenim vodikom u prometu i proizvodnji smanjuje okside dušika (NOx) do 45% i okside sumpora (SOx) za 92%, znatno poboljšavajući kvalitetu zraka u urbanim područjima.

Analiza životnog ciklusa: ekološki utjecaj zelenog vodika

Studija usporedbe iz 2023. godine pokazala je da su emisije tijekom životnog ciklusa zelenog vodika 96% niže u odnosu na sustave temeljene na prirodnom plinu kada se koristi energija vjetra s otvorena mora. Potrošnja vode ostaje za 30% ispod metoda proizvodnje vodika iz ugljena.

Stvaranje radnih mjesta u sektorima obnovljivih izvora i vodika

Lanac vrijednosti zelenog vodika očekuje se da stvori 2,3 milijuna radnih mjesta globalno do 2035. godine , posebno u proizvodnji elektrolizera i solarno-vjetrovnim hibridnim farmama. Zemlje poput Njemačke i Australije već prijavljuju godišnji rast radne snage od 12-15% na pozicijama vezanim uz vodik.

Trendovi ulaganja i padajući troškovni trendovi

Troškovi elektrolizera smanjili su se za 60% od 2015. godine, a očekuje se da će proizvodnja zelenog vodika doseći 1,50 USD/kg do 2030. godine — što predstavlja smanjenje za 75% s obzirom na cijene iz 2022. godine. Globalna ulaganja premašila su 320 milijardi USD 2023. godine, poduprta partnerstvima između javnog i privatnog sektora unutar 48 nacionalne strategije za vodik.

Energetska neovisnost i geopolitičke prednosti

Prelazak na domaćom proizvodnji zelenu vodik bi mogao smanjiti troškove uvoza energije za europske zemlje za 110 milijardi dolara godišnje, istovremeno ublažavajući poremećaje u opskrbi uzrokovane nestabilnošću tržišta fosilnih goriva.

Industrijske primjene i tehnološki napretci

Omogućavanje dekarbonizacije u industrijama koje je teško očistiti, poput proizvodnje čelika i amonijaka

Pomak prema zelenom vodiku uzrokuje promjene u industrijama koje su se dugo oslanjale na fosilna goriva. Uzmimo proizvodnju čelika, koja prema izvješću IRENE iz 2023. godine doprinosi oko 7% svih globalnih emisija CO2. Kada tvrtke zamijene tradicionalne ugljenične postupke tehnologijama direktnog reduciranja na bazi vodika, uspijevaju smanjiti emisije za otprilike 95% po toni proizvedenog čelika. A nije riječ samo o čeliku. Proizvođači amonijaka koji prijeđu s prirodnog plina na zeleni vodik smanjuju emisije za oko 1,8 tona CO2 po toni proizvedenog amonijaka. Ovi brojevi nisu impresivni samo na papiru, oni predstavljaju stvarne promjene koje se trenutačno odvijaju u tvornicama i postrojenjima širom svijeta.

Zeleni vodik u transportu teretnih vozila i pomorskoj plovidbi

Vodikove gorive ćelije prevladavaju ograničenja baterija za teretne kamione i brodove, nudeći domet od 600-800 km po punjenju. Morski ispitivanja pokazuju da brodovi na vodik smanjuju emisiju dušičnih oksida za 35% u usporedbi s konvencionalnim brodskim dizelom.

Upotreba u proizvodnji energije i grijanju stambenih zgrada

Komunalne službe miješaju do 20% vodika s prirodnim plinom u postojećim cjevovodima, a europski pilot projekti pokazuju 12% niže emisije ugljika u sustavima kombiniranog proizvodnje topline i energije. Japanski projekt ENE-FARM od 2020. godine rasporedio je 460.000 vodikovih gorivih ćelija za stambenu upotrebu.

Inovacije u skladištenju, transportu i tehnologijama gorivih ćelija

Nedavni napredak uključuje:

• Kriogeni spremnici tekućeg vodika postižu učinkovitost skladištenja od 97%
• Tečni organski nosači vodika omogućuju siguran pomorski transport
• Čvrste oksidne gorive ćelije dostižu električnu učinkovitost od 65% (DOE 2023)

Primjena u uravnoteženju mreže i skladištenju energije

Njemački vjetroelektrane sada koriste elektrolizere od 140 MW za pretvaranje viška energije u vodik tijekom vršne proizvodnje, stabilizirajući mreže i istovremeno proizvodeći 2.800 tona/godina vodika za industrijsku upotrebu.

Globalna primjena i izgledi za zeleni vodik

Rastuća tržišta i pokusni projekti širom svijeta

Tržišta zelene vodike diljem svijeta trenutno rastu izvanrednom brzinom, s probnim projektima koji se pojavljuju u više od trideset pet različitih zemalja. Uzmimo Saudijsku Arabiju, na primjer, njihov projekt NEOM ima za cilj proizvesti oko šeststo pedeset tona čiste vodike svakog dana do 2026. godine. Dolje u Australiji, Azijski centar za obnovljivu energiju ima još veće ambicije, teži tri i pol milijuna tona godišnje do kraja sljedeće decenije. U igru ulaze i zemlje koje nisu ekonomski razvijene. Mjesta poput Čilea i Namibije imaju ogromne količine sunčane i vjetrovne energije koja trenutno ostaje neiskorištena, pa se pozicioniraju kao potencijalni izvoznici. Samo poduzeće HIF Global iz Čilea planira izgraditi četrnaest gigavata elektrolizera negdje oko 2040. godine. Gledajući unaprijed, većina projekcija sugerira da bismo do 2030. godine mogli doseći gotovo pedeset milijuna tona godišnje proizvodnje zelene vodike, što bi bilo otprilike pet puta više od onoga što smo imali 2023. godine.

Politička podrška i međunarodne suradnje ubrzavaju prihvaćanje

Političari diljem svijeta sve jače potiču provedbu svojih strategija vodika. Europska unija postavila je ambiciozni cilj za svoju Strategiju vodika, te želi proizvesti najmanje 10 milijuna tona zelenog vodika unutar svojih granica do 2030. godine. Ovaj cilj dolazi uz prilično generozne poticaje, poput poreznog olakšanja od 3 dolara po kilogramu uključenog u američki Zakon o smanjenju inflacije. U međuvremenu, na drugoj strani Pacifika, Japan prihvaća potpuno drugačiji pristup. Njihova Osnovna strategija vodika usmjerena je na uvoz zaliha iz mjesta poput Australije i Bruneja umjesto izgradnje masivnih domaćih proizvodnih objekata. Međunarodna suradnja također dobiva zamah, s grupama poput Pakta G7 za akciju vodika koji rade rame uz rame s organizacijama poput Afričkog saveza za zeleni vodik. Ove suradnje imaju za cilj izgraditi infrastrukturu koja prelazi nacionalne granice, konačno smanjujući troškove proizvodnje kako bismo mogli vidjeti pad cijena ispod 1,50 dolara po kilogramu do kraja ove decenije zahvaljujući većoj razini operacija.

Prevazilaženje jaza u infrastrukturi i izazova u industriji

Međunarodna agencija za obnovljive izvore energije (IRENA) govori o prilično velikom problemu. Procjenjuju da će do 2030. godine nedostajati oko 1,5 bilijuna dolara za infrastrukturu koja je potrebna za sve te pogone, cjevovode i postaje za punjenje gorivom. Elektrolizatori još uvijek koštaju previše novca da bi većina tvrtki mogla priuštiti, ali situacija se poboljšava. Cijene su zapravo znatno smanjene od 2018., smanjivši se za otprilike jednu trećinu i dosegnuvši oko 800 dolara po kW za alkalne sustave. Veliki igrači na polju rade na pitanjima skladištenja koristeći prilično napredne tehnologije poput kriogenog tekućeg vodika i transporta putem amonijaka. Važno je i osigurati da svi prihvate standarde. EU ima sustav Jamstva podrijetla koji zahtijeva širu primjenu ako želimo ostvariti stvarni napredak prema ciljevima neutralnosti do 2050. godine koje su postavljeni na COP28 prošle godine. I ne smijemo zaboraviti na proširenje luka kako bi ova zelena goriva mogla učinkovito prelaziti granice.

ČESTO POSTAVLJANA PITANJA

Što je zeleni hidrogen?

Zeleni vodik proizvodi se korištenjem obnovljivih izvora energije, poput vjetra ili sunčane energije, kroz proces elektrolize koji razdvaja vodu na vodik i kisik bez emisije ugljičnog dioksida.

Kako se zeleni vodik razlikuje od drugih vrsta vodika?

Zeleni vodik razlikuje se od sivog i plavog vodika jer ne proizvodi izravne emisije ugljika. Sivi vodik proizvodi se iz prirodnog plina i emitira CO2, dok plavi vodik koristi hvatanje i skladištenje ugljika (CCS) kako bi ove emisije smanjio.

Koju ulogu imaju obnovljivi izvori u proizvodnji zelenog vodika?

Obnovljivi izvori energije ključni su u proizvodnji zelenog vodika jer osiguravaju potrebnu električnu energiju za elektrolizu bez proizvodnje stakleničkih plinova.

Koji su glavni izazovi u povećanju proizvodnje zelenog vodika?

Neke od glavnih prepreka uključuju visoke energetske zahtjeve za proizvodnju, potrebu za infrastrukturom obnovljivih izvora energije velikog obujma te probleme u lancu opskrbe rijetkim materijalima koji se koriste u elektrolizerima.

Postoje li ekonomski benefiti korištenja zelene vodika?

Da, zeleni vodik može stvarati radna mjesta u sektorima obnovljivih izvora energije i vodika, smanjiti zagađenje zraka, smanjiti emisiju stakleničkih plinova te omogućiti energetsku neovisnost smanjenjem ovisnosti o uvozu fosilnih goriva.