Tvarus vandenilis kaip švarus energijos nešėjas

Žalio vandenilio gamyba integruojant atsinaujinančios energijos šaltinius

Žaliasis vandenilis gaunamas tada, kai perteklinė atsinaujinančios energijos elektros energija, daugiausia iš vėjo jėgainių ir saulės baterijų, maitina procesą, vadinamą elektrolize. Šis procesas iš esmės suskaido vandens molekules į vandenilio ir deguonies dujas, be tiesioginių anglies emisijų gamybos metu. Palyginti su tradiciniais metodais, kurie priklauso nuo iškastinio kuro, šis požiūris žymiai sumažina anglies dioksido emisijas – apie 9–12 kg kiekvienam kilogramui tradiciniu būdu pagaminto vandenilio. Tai, kas daro žaliąjį vandenilį tokį perspektyviu kaip švaraus energijos sprendimo, yra tai, kad jis geriausiai veikia tuomet, kai yra daug atsinaujinančios energijos. Kai elektrolizatoriai veikia maksimaliai šiais laikotarpiais, jie efektyviau naudoja išteklius ir iš tikrųjų padeda sumažinti elektros tinklo apkrovą, o ne padidinti ją.

Aplinkosauginiai pranašumai ir anglies mažinimo potencialas

Perėjus prie žaliosios vandenilio energijos, pagal praėjusiais metais paskelbtą Tarptautinės energetikos agentūros ataskaitą, sunkiosioms pramonės šakoms iki vidurio 2030-ųjų metų kasmet galima būtų sumažinti apie 830 milijonų tonų CO2 išmetamųjų dujų. Kodėl? Degant jis išskiria tik vandens garus, todėl tai svarbus įrankis anglies pėdsako mažinimui pramonės šakose, tokiose kaip plieno gamyba, chemikalų gamyba ir laivybos veikla. Jei šią technologiją pavyktų taikyti plačiai, pramoniniuose regionuose azoto oksidų teršalai galėtų sumažėti apie 45 procentus. Toks pagerėjimas padėtų pasiekti klimato tikslus ir tuo pat metu gerinti oro kokybę gyventojams, gyvenantiems šalia šių objektų.

Vandenilio gamybos gyvavimo ciklo emisijos ir darnumo kriterijai

Vandenilio poveikis aplinkai labai priklauso nuo to, kaip jis gaminamas. Visą gyvavimo ciklą analizuojantys tyrimai parodo, kad iš gamtinių dujų reformingu gaminamas pilkas vandenilis išmeta maždaug dešimt kartų daugiau anglies dioksido nei jo žaliasis atitikmuo. Europos Sąjunga sukūrė sertifikavimo standartus, vadinamus RFNBO, skirtus patvirtinti tikrą žaliojo vandenilio gamybą. Šie reikalavimai tikrina ne tik atsinaujinančius energijos šaltinius, bet ir faktiškai stebi, kada ir kur buvo pagaminta elektra bei kada vyko elektrolizė. Įmonės turi atidžiai laikytis šių gairių. Priešingu atveju galime susidurti su vandenilio iniciatyvomis, kurios popieriuje atrodo švarios, tačiau iš tiesų vis dar palaiko mūsų priklausomybę nuo iškastinio kuro. Toks žalumavimas gali pašokiriuoti tikrą pažangą link tvarių energetikos sprendimų.

Žaliojo vandenilio vaidmuo remiant apytakos energetikos sistemas

Žaliasis vandenilis svarbiai prisideda prie apytakos energijos sistemų veikimo gerinimo. Kai atsiranda perteklinės energijos iš atsinaujinančių šaltinių, tokių kaip vėjas ar saulė, ji paverčiama kuru, kurį galima saugoti ir vėliau naudoti įvairiose pramonės šakose ar net grąžinti atgal į energijos gamybą. Kai kurios pažangiausios jėgainės dabar maišo biologiniuose šaltiniuose pagautą CO2 su šiuo žaliuoju vandeniliu, kad pagamintų taip vadinamą e-metanolį, kas iš esmės reiškia, jog jie neleidžia anglies patekti į atmosferą. Galimybė veikti abiem kryptim labai naudinga elektros tinklams subalansuoti, ypač ten, kur prijungta daug saulės baterijų ir vėjo jėgainių. Be to, šis procesas sukuria švarias medžiagas, reikalingas tokiems produktams kaip trąšos ir plienas, be įprastų šių procesų lydėjančių anglies emisijų.

Plieno, chemikalų ir sunkiosios pramonės sektorių dekarbonizacija naudojant žaliąjį vandenilį

Taikymas plieno, chemikalų ir sunkiosios pramonės srityse

Žaliasis vandenilis siūlo būdą sumažinti anglies emisijas pramonės srityse, kurios negali pereiti prie elektros energijos. Paimkime plieno gamybą – ši sritis atsakinga už maždaug 7 procentus visų pasaulyje išmetamų CO2. Keičiant anglią žaliuoju vandeniliu geležies rūdos redukcijos procese, gamyklos gali sumažinti savo emisijas beveik 98 %. Projektas „H2 Green Steel“ Švedijoje nuo 2024 metų parodė, kad tai veikia praktikoje. Amoniako gamybai pereinant prie vandenilio, gaunamo elektrolize, emisijos sumažėja apie 40 %. Taip pat vertę atranda ir cemento gamintojai, nes maišant vandenilį į kuro mišinį sumažėja reikalinga šiluma bei dulkėtumas. Vandenilio privalumas – gebėjimas efektyviai dirbti aukštoje temperatūroje ir sudėtingose cheminių reakcijų sąlygose, būdingose šioms sunkiai išvalomoms pramonės šakoms.

Pramonės ir transporto sektorių integracija

Vandenilis įvairiais įdomiais būdais sujungia skirtingas mūsų energijos pasaulio dalis. Jis varo didelius mechanizmus, veža ilgų atstumų sunkvežimius, kuriuos matome magistralėse, ir padeda išlaikyti elektros tinklų stabilumą, kai kinta paklausa. Kai saulės ar vėjo šaltinių žaliąja energija gaunama per daug, galime ją paversti vandeniliu elektrolizės procesu. Tada šis vandenilis naudojamas vietose, pvz., cheminėse gamyklose, kur reikalinga intensyvi kaitra, ar net specialiuose traukiniuose, kurie veikia kuro elementais vietoj dyzelio. Tikras pranašumas? Vienas vandenilio dujotiekis tinka ne vienam tikslui. Pagal 2023 m. atliktus tyrimus, tokie dujotiekiai galėtų patenkinti apie trečdalį pramonės šildymo poreikių regione, tuo pačiu tarnaudami kaip energijos kaupimo sprendimas laikotarpiais, kai vėjo jėgainės pagamina per mažai energijos. Toks dvigubas naudojimas daro visą sistemą žymiai efektyvesnę, nei statant atskirą infrastruktūrą kiekvienam tikslui.

Atvejo analizė: Žalias vandenilis plieno ir chemikalų gamyboje

Vokietijoje pramoninė zona per tik 18 mėnesių pavyko sumažinti 1-ojo tipo emisijas beveik dviem trečdaliais. Tai buvo pasiekta pakeitus gamybą, kurioje vietoj gamtinio dujų naudojamas žalias vandenilis, pvz., plieno atleidimui ar metanolio gamybai. Dar įspūdingiau tai, kad visas procesas veikia naudodamas energiją iš 140 megavatų jėgos vertės jūros vėjo elektrinių. Dėl to kasmet sukuriamos apie 9 500 tonų vandenilio. Tik šis kiekis leidžia pagaminti maždaug pusę milijono tonų plieno su žymiai mažesniu anglies kiekiu. Atsižvelgiant į tai, kaip skirtingose pramonės šakose viskas veikia kartu, šis projektas išsiskiria kaip puikus bendrų išteklių panaudojimo pavyzdys. Beveik visas perteklinis deguonis ir šilumos nuostoliai kur nors grąžinami atgal į sistemą, apie 92 % šių išteklių pakartotinai panaudojama visoje pramonės grupėje.

Apsisukimas vandenilio technologijų vertės grandinėje

Kritinių medžiagų perdirbimas: brangieji metalai kuro elementuose ir elektrolizės įrenginiuose

Protonų keitiklio membranos technologija labai priklauso nuo platinae grupės metalų, tokių kaip platina ir iridas. Šie brangieji metalai sukelia tikras problemas tiekimo grandinėms, nes jų atsargos ribotos, o gavybos procesai sukelia didelę aplinkos žalą. Tačiau yra ir teigiamų naujienų: pasibaigus kuro elementų ir elektrolizės vienetų eksploatacijos laikui, dauguma šių vertingų metalų iš tiesų gali būti atgaunami per perdirbimo pastangas. Pagal 2023 m. duomenis iš Apskrituminės Medžiagų Instituto, atkūrimo rodikliai viršija 90 %, kas sumažina mūsų priklausomybę nuo naujų iškasenų gavybos. Dar geriau tai, kad bendrovės, dirbančios kartu uždaro ciklo sistemose su perdirbėjais, pavyko sumažinti emisijas visame gaminio gyvavimo cikle nuo keturiasdešimties iki šešiasdešimties procentų, lyginant su tradiciniais metodais, kurie remiasi tik naujomis žaliavomis.

Projektavimas kartotinai naudoti ir naudotų vandenilio sistemų perdirbimui

Šiandienos vandenilio sistemos juda link modulinės struktūros, kuri iš tiesų padeda pailginti įrangos tarnavimo laiką, leidžiant dalims būti atnaujintoms ar pritaikytoms naujiems tikslams. Pavyzdžiui, elektrolizerių blokai dažnai išardomi ir pakartotinai naudojami mažesniu mastu. Tuo tarpu dvipolių plokštelių funkciją dažniausiai galima atkurti naudojant elektrocheminio poliravimo procesą. Taip pat yra šis 2023 m. standartas ISO 22734, kuris sukuria didelį poveikį pramonei. Jis esminiai padeda skirtingoms detalėms derėti tarp skirtingų kartų infrastruktūros, kad senesnės komponentės nebūtų pasenę, kai atsiranda naujesnė technologija. Tai svarbu, nes gamintojai nori, kad jų investicijos ilgiau išlaikytų vertę, nereikalautų visiškai keisti visko kas kelis metus.

PGM gavybos poveikio balansavimas su perdirbimo lygiu ir apskritiminės inovacijos raida

Perdirbimas padeda sumažinti poreikį naujiems PGM, tačiau negalime nepaisyti to, kad gavyba vis dar sudaro apie 8–12 procentų anglies pėdsako vandenilio technologijose. Tarptautinė energetikos agentūra prognozuoja, kad kuro elementų gamyba iki 2030 m. galėtų išaugti triskart, todėl mūsų perdirbimo pajėgumų plėtra tampa itin svarbi. Taip pat pradeda pasirodyti keletas įdomių alternatyvų. Matome katalizatorius, pagamintus iš rutenio, bei elektrolizės sistemas, kurios visiškai nereikalauja brangiųjų metalų. Šie pokyčiai reiškia mažesnį priklausomumą nuo retų išteklių ir artina mus link tikslo sukurti apytakos ekonomiką, apie kurią visi kalba.

Energijos virsmas dujomis ir sektorių dermė integruotoms energijos sistemoms

Elektros energijos konvertavimas į dujas (P2G) keičia darniąsias energijos sistemas, užtikrindamas sektorių integraciją ir tinklo lankstumą per elektrolizę ir vandeniliu paremtą saugojimą. Šie sprendimai sieja atsinaujinančios elektrinės energijos perteklių su pramones energijos poreikiais, kartu skatindami apytakos ekonomikos principus.

Elektrolizė ir metanizacija: elektros energijos konvertavimas į dujas – technologijos, užtikrinančios lankstumą

Elektrolizės procesas panaudoja atsinaujinančią elektrą ir suskaido vandens molekules į vandenilį ir deguonį. Tuo tarpu metanizacija veikia kitaip – ji sujungia vandenilį su kitur pagautu anglies dioksidu, kad būtų sukurtas dirbtinis metano kuras. Šios technologijos tampa tikrai įdomios, kai jos veikia naudodamos saulės elementus ar vėjo jėgaines, nes tuomet gaunamas kuras, kuris neleidžia papildomų anglies išmetamųjų dujų į atmosferą. Jos ypač gerai tinka pramonės šakoms, pvz., aviacijai, kur dar nepavyksta visiškai pereiti prie elektros energijos. Remiantis dabartiniais duomenimis, šiuolaikinės elektrolizės sistemos dabar veikia apie 75–80 procentų efektyvumu. Tai reiškia apie 15 procentinių taškų padidėjimą, lyginant su tuo, kas buvo įmanoma 2020 m., o tai padeda šioms technologijoms artėti prie komercinio naudojimo ir tapti realia alternatyva verslui, norinčiam sumažinti išmetamųjų dujų kiekį.

Vandeniliu grindžiama energijos kaupimo ir tinklo balansavimo sistema

Vandenilis turi energijos tankį apie 33,3 kWh vienam kilogramui, dėl ko jis puikiai tinka saugoti papildomą atsinaujinančios energijos galią, kai sumažėja paklausa. Kai vėjo fermos jungiasi prie apie 5 gigavatų vertės elektrolizatorių, tai kasmet sumažina švaistomą energiją maždaug 34 procentais tinkle, kuriame vyrauja atsinaujinanti energija, kaip parodė praėjusiais metais atlikti tyrimai. Praktiškai tai reiškia, kad energijos tiekimo įmonės gali geriau susitvarkyti su netikėtomis tiekimo svyravimais bei užtikrinti elekros tiekimą net tada, kai keletą dienų iš eilės trunka bloga orų sąlygos.

Sektorių integravimas: elektros, pramonės ir dujų tinklų sujungimas

P2G skatina simbiotines ryšius tarp sektorių: elektros tinklai tiekia vandenilį trąšų gamykloms, o pramonės šilumos atliekos palaiko vietinius šildymo tinklus. Kompleksiniai modeliai parodo, kad tokie sprendimai sumažina pirminės energijos išmetimą 28–32 % lyginant su izoliuotomis sistemomis. Hibridiniai elektros ir dujų tinklai taip pat padidina atsparumą, ekstremalių orų metu pertraukų valandos sumažėja 40 %.

Biomastos ir atliekų į vandenilį keliai apytakos anglies modeliuose

Biomastos ir organinių atliekų konvertavimas į atsinaujinančio vandenilio

Žemės ūkio atliekos, maisto likučiai ir net nuotekų dumblo per dujifikacijos bei anaerobinio skaidymo procesus įgyja naują gyvenimą, virstant vandenilio kuru. Tik Europoje šios technologijos kasmet galėtų apdoroti apie 60 milijonų tonų organinių atliekų, paverčiant šiukšles vertinga medžiaga vietoj to, kad leisti joms kaupytis sąvartynuose. Naujausi hidroterminio apdorojimo metodų patobulinimai reiškia, kad dirbant su drėgnomis biomasės medžiagomis pasiekiami geresni rezultatai, todėl anksčiau problematiški drėgni atliekų srautai dabar gali būti efektyviai apdorojami. Papildomas pranašumas – aplinkos apsauga, nes šis metodas neleidžia metanui išsiskirti, kai atliekos natūraliai skyla laikui bėgant, kas yra svarbu visiems, rūpinčiams dėl klimato kaitos poveikio.

Vandenilio integravimas į apytakinės anglies ekonomikos sistemas

Iš atliekų pagamintas vandenilis sujungia natūralius anglies ciklus su pastangomis sumažinti pramonės išmetamąsias teršalas. Šią strategiją sujungus su anglies surinkimo technologija, rezultate iš atmosferos pašalinama daugiau anglies nei jos išskiriama. Paimkime pavyzdžiui sąvartynus. Jų metano išmetamąjį dujinį vandenilį paverčiant naudingu vandeniliu ir tuo pat metu surakinant CO2, sukuriamas taip vadinamas uždaro anglies ciklo modelis. Tokios sistemos ypač naudingos pramonės šakoms, pvz., cemento gamybai, kur tradiciniai kuro rūšys keičiamos krosnyse. Be to, surinktas CO2 nėra tiesiog saugomas – jis naudojamas auginant dumblį, kuris tampa biokuro žaliava, o ne paprasčiausiai guli neveikdamas. Taip anglies molekulės lieka aktyviai įtrauktos į mūsų ekonomiką, o ne kaupiasi kaip teršalai.

Palyginamoji darnumas: iš atliekų gautas ir žalias vandenilis

Iš atliekų gautas vandenilis suteikia iš karto pastebimas emisijų naudas, panaudodamas atliekas, o žaliasis vandenilis užtikrina ilgalaikį, mastelio keitimo galintį sprendimą, kuriam tenka atsinaujinančios energijos galia.

DUK apie tvarųjį vandenilį

Kas yra žaliasis vandenilis ir kaip jis gaminamas?

Žaliasis vandenilis gaminamas elektrolizės būdu, kuriam tenka atsinaujinančios energijos galia, tokia kaip vėjo ar saulės energija. Šis procesas suskaido vandens molekules į vandenilį ir deguonį be jokių tiesioginių anglies emisijų.

Kaip žaliasis vandenilis sumažina anglies emisijas?

Žaliasis vandenilis leidžia pramonei žymiai sumažinti CO2 emisijas, pakeisdama iškastinį kurą vandeniliu, kuris degant išskiria tik vandens garus.

Kokios yra žaliojo vandenilio naudojimo kliūtys?

Kliūtys apima poreikį naujai atsinaujinančios energijos infrastruktūrai, sertifikavimo standartams, kad būtų užtikrinta tikra žalioji gamyba, bei brangiųjų metalų, naudojamų vandenilio technologijose, tiekimo grandinių valdymą.

Ar vandenilis iš tikrųjų gali būti ilgalaikiškai tvarus?

Taip, ypač jei jis derinamas su perdirbimu ir apskritiminės ekonomikos pastangomis, kad būtų sumažintas naujų medžiagų naudojimas ir užtikrintas vandenilio technologijų komponentų gyvavimo ciklo tvarumas.