Žaliojo vandenilio supratimas: apibrėžimas ir pagrindiniai skirtumai

Kas yra žalias vandenilis?

Žalias vandenilis gaunamas, kai vandens molekulės skaidomos elektrolizės būdu, tačiau tik tada, kai reikalinga elektros energija tiekiama iš atsinaujinančių energijos šaltinių, tokių kaip saulės šviesa ar vėjas. Paprastai tai reiškia elektros srovės praleidimą per vandenį H₂O, kad jis būtų suskirstytas į vandenilio dujas ir deguonį, visiškai neleidžiant anglies dioksido. Tradiciniai būdai gauti vandenilį nėra tokie švarūs, dažnai remiantis iškastiniais kurais. Dėl to daugelis ekspertų, remiantis HERO Future Energies praėjusiais metais atliktu tyrimu, mato žaliojo vandenilio svarbą mažinant šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį pasaulyje.

Kaip žalias vandenilis skiriasi nuo pilko ir mėlyno vandenilio

• Pilkasis vandenilis : Gaunamas iš gamtinių dujų garų metano reformavimo būdu, išskiriant 10–12 kg CO vienam vandenilio kilogramui.
• Mėlynas vandenilis : Naudoja tą patį iškastinį kurą, bet įtraukia anglies surinkimą ir saugojimą (CCS), kad sumažintų išmetamąsias medžiagas apie 50 %.
• Žaliasis vandenilis : Nesusidaro tiesioginių išmetamųjų teršalų, nes visą elektrolizės procesą maitina atsinaujinanti energija.

Nors pilkoji vandenilis sudaro 95 % dabartinės gamybos, žaliojo vandenilio gyvavimo ciklo emisijos yra 75–90 % žemesnės nei net mėlynosios vandenilio emisijos (Visualizing Energy, 2024).

Atsinaujinančios energijos esminė vaidmuo gaminant žaliąjį vandenilį

Žaliasis vandenilis tiesiog negali veikti be atsinaujinančių energijos šaltinių, kurie jį palaikytų. Elektrolizės procesui reikia maždaug keturis kartus daugiau energijos lyginant su konvenciniais metodais, todėl šių sistemų tiesioginis jungimas prie saulės baterijų ar vėjo jėgainių labai svarbus kalbant apie tvarią gamybos mastelio plėtrą. Pateikime skaičius: vienam kilogramui žaliojo vandenilio pagaminti reikia apytiksliai penkiasdešimt kilovatvalandžių švarios elektros energijos. Tai gali atrodyti nemažai, tačiau šioje srityje matomas tikras progresas, nes per pastarąjį dešimtmetį saulės baterijų kainos smarkiai sumažėjo – nuo vien tik 2010 metų jos krito beveik devyniasdešimt procentų. Vertinant ateities galimybes, ekspertai tiki, kad žaliajam vandeniliui iki šimtmečio vidurio galiausiai pavyks užimti nuo penkiolikos iki dvidešimt procentų to, kas šiuo metu pasaulyje gaunama iš iškastinio kuro.

Žaliojo Vandenilio Gamyba: Elektrolizė, Technologijos ir Globalinė Galia

Žaliojo Vandenilio Gamybos Procesas Per Elektrolizę

Žaliojo vandenilio gamyba vyksta per elektrolizę, kuri esmė – vandens molekulių (H2O) skaidymas į vandenilį ir deguonį, pritaikant elektros srovę. Efektyvumo rodikliai čia labai skiriasi – nuo 70 % iki net 90 %, priklausomai nuo naudojamos elektrolizerio sistemos. Tam, kad viskas tinkamai veiktų, reikalingas švarus vanduo ir pastovi energijos tiekimo sistema. Dauguma dabartinių sistemų suvartojus penkiasdešimt kilovatvalandžių elektros energijos pagamina apie vieną kilogramą vandenilio. Tai nėra blogai, atsižvelgiant į tai, kiek energijos sunaudojama kituose pramonės procesuose.

Elektrolizerių tipai: PEM, rūgštiniai, kietojo oksido

Dabartinėse projektuose dėl žemesnių sąnaudų dominuoja šarmai elektrolizatoriai, tuo tarpu PEM sistemos įgyja populiarumą kintamos atsinaujinančios energijos taikymo srityse.

Integracija su saulės ir vėjo energija darniam gamybos procesui

Atsinaujinančiųjų išteklių integracija išsprendžia žaliojo vandenilio didžiausią sąnaudų veiksnį: energijos tiekimą. Saulės ir vėjo energija dabar sumažina gamybos sąnaudas iki $3–4/už kg (2024 m. vertinimai), nuo $6/už kg 2018 m. Objektai aukštos spinduliavimo ir vėjuotose regionuose naudojasi hibridiniai sistemos , derindami saulės baterijas su vėjo jėgainėmis, kad užtikrintų veikimą 24/7

Esama pasaulinė gamybos galia ir pirmaujančios šalys

Pasaulinis žaliojo vandenilio gamybos kiekis viršijo 1,2 milijono metrinių tonų 2024 m., kas 50 % daugiau nei 2022 m. Daugiau nei 80 % šios galios tenka pagrindiniams projektams Artimuosiuose Rytuose, Australijoje ir Šiaurės Europoje, kuriems skirta 500 mlrd. JAV dolerių globalių investicijų.

Žaliojo vandenilio gamybos mastelio didinimo iššūkiai

Mastelio didinimą stabdo kliūtys, tokios kaip 9 litrai distiliuoto vandens vienam vandenilio kilogramui , todėl reikalinga pažangi druskos pašalinimo infrastruktūra. Medžiagų tiekimo grandinės kamštis retoms medžiagoms, tokioms kaip iridijus (naudojamas PEM elektrolizatoriuose), bei ribotas vandenilio dujotiekis dar labiau delstina plitimą. Nepaisant šių kliūčių, 2030 m. numatomi kaštai 1,50 USD/kg rodo greitėjantį ekonominį efektyvumą pramonės taikymams.

Žaliojo vandenilio aplinkosauginiai ir ekonominiai pranašumai

Nulinės anglies emisijos gaminant ir naudojant

Žaliojo vandenilio gamyba išmeta nulinis anglies dioksidas naudojant atkūriamąja energija varomą elektrolizę, skirtingai nuo iš metano reformavimo gauto pilkojo vandenilio. Šis švarus energijos nešėjas išlaiko savo anglies neutralumą taikant kuro elementuose ar pramonės procesuose, pašalinant emisijas visose gyvavimo ciklo stadijose.

Orų taršos ir šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų sumažinimas

Keičiant iškastinį kurą žaliuoju vandeniliu transporte ir gamyboje, azoto oksidai (NOx) sumažėja iki 45 %, o sieros oksidai (SOx) – 92 %, dėl ko gerėja miestų oro kokybė.

Gyvavimo ciklo analizė: žaliojo vandenilio poveikis aplinkai

2023 m. palyginamasis tyrimas parodė, kad žaliojo vandenilio gyvavimo ciklo emisija yra 96 % mažesnė nei gamtinių dujų sistemų atveju, kai naudojama jūros vėjo energija. Vandens suvartojimas išlieka 30 % žemiau nei akmens anglių konvertavimo į vandenilį metodais.

Darbo vietų kūrimas atsinaujinančios energijos ir vandenilio sektoriuje

Žaliojo vandenilio vertės grandinėje numatoma sukurti 2,3 milijono darbo vietų visame pasaulyje iki 2035 m. , ypač elektrolizatorių gamyboje bei saulės-vėjo hibridiniuose ūkiuose. Tokios šalys kaip Vokietija ir Australija jau šiuo metu registruoja 12–15 % metinį darbuotojų skaičiaus augimą vandenilio srityje.

Investicijų tendencijos ir mažėjančios sąnaudų kreivės

Elektrolizatorių kaina nuo 2015 m. sumažėjo 60 %, o žaliojo vandenilio gamybos kaina iki 2030 m. turėtų pasiekti 1,50 USD/už kg – 75 % mažiau nuo 2022 m. kainų. Visuotinės investicijos 2023 m. viršijo 320 mlrd. USD, kurias skatina viešojo ir privataus sektorių partnerystės, apimančios 48 nacionalines vandenilio strategijas.

Energetinė nepriklausomybė ir geopolitinės privalumos

Pereinant prie vietinės žaliosios vandenilio gamybos, ES šalys kasmet galėtų sutaupyti 110 mlrd. JAV dolerių energijos importo išlaidų, mažindamos tiekimo grandinių sutrikimus, kuriuos sukelia iškastinio kuro rinkos nestabilumas.

Praktiniai pramonės taikymai ir technologiniai pasiekimai

Leidžia dekarbonizuoti sunkiai įveikiamas pramonės šakas, tokius kaip plieno ir amoniako gamyba

Perėjimas prie žalio vandenilio sukuria bangas pramonės šakose, kurios ilgą laiką priklausė nuo iškastinio kuro. Paimkime plieno gamybą – pagal IRENA 2023 m. ataskaitą, ji sukelia apie 7 % visų pasaulinių CO2 emisijų. Kai įmonės tradicinį anglių naudojimą keičia vandeniliu grindžiamomis tiesioginės redukcijos technologijomis, joms pavyksta sumažinti emisijas maždaug 95 % kiekvienam pagamintam plieno tonai. Ir tai ne tik plienas. Amoniako gamintojai, pereinantys nuo gamtinių dujų prie žalio vandenilio, kiekvienai pagamintai amoniako tonei sutaupo apie 1,8 t CO2. Šie skaičiai nėra įspūdingi tik popieriuje – jie atspindi tikrą pokyčių realybę, vykstančią čia ir dabar gamyklose bei įrenginiuose visame pasaulyje.

Žalias vandenilis sunkvežimių transportui ir jūrininkystei

Vandenilio kuro elementai padeda išvengti baterijų apribojimų ilgojo nuotolio sunkvežimiams ir krovinių laivams, nes jie gali nuvykti 600-800 km per tanką. Jūrų bandymai rodo, kad vandeniliu varomi laivai sumažina azoto oksido išmetimą 35% palyginti su įprastais laivų dyzeliniais varikliais.

Naudojimas elektros energijos gamyboje ir šildymo namuose

Komercinės įmonės jau esančiuose vamzdynuose sumaišė iki 20% vandenilio su gamtinių dujų, o Europos bandomosios sistemos parodė, kad kombinuotose šilumos ir elektros energijos sistemose išmetamas 12% mažiau anglies dioksido. Nuo 2020 m. Japonijos ENE-FARM projekte buvo įrengta 460 000 vandenilio kuro elementų gyvenamosioms patalpoms.

Inovacijos saugojimo, transporto ir kuro elementų technologijų srityje

Naujausi pasiekimai apima:

• Kriogeniniai skystųjų vandenilio baksai, kurių saugojimo efektyvumas yra 97%
• Skysčio organinio vandenilio vežėjai, leidžiantys saugiai vežti jūroje
• Kietųjų oksidų kuro elementai, kurių efektyvumas pasiekia 65% (DOE 2023)

Tinklų balansavimo ir energijos kaupimo taikomosios priemonės

Vokietijos vėjo jėgainės dabar naudoja 140 MW elektrolizatorius, kurie perviršija perteklinę energiją į vandenilį, stabilizuodami tinklus ir gamindami 2800 tonų vandenilo per metus pramoniniam naudojimui.

Žaliojo vandenilio pasaulinė priežiūra ir ateities perspektyvos

Atsirandančios rinkos ir bandomi projektai visame pasaulyje

Žaliųjų vandenilio rinkos visame pasaulyje šiuo metu auga nuostabiu tempu, su bandomaisiais projektas, kurie atsiranda daugiau nei penkiasdešimt penkiose skirtingose šalyse. Paimkime Saudo Arabiją – jų NEOM projektas 2026 metais nori gaminti apie šešis šimtus penkiasdešimt tonų švaraus vandenilio kasdien. Australijoje Azijos atsinaujinančios energijos centras turi dar didesnių ambicijų – siekia pagaminti tris milijonus penkis šimtus tūkstančių tonų per metus iki kitų dešimtmečio pabaigos. Į žaliąjį vandenilį taip pat įsitraukia ekonomiškai mažiau išsivysčiusios šalys. Vietovės, tokios kaip Čilė ir Namibija, turi daug saulės ir vėjo energijos, kuri šiuo metu lieka neeksploatuota, todėl jos pozicionuoja save kaip potencialius eksportuotojus. Tik viena Čilės įmonė HIF Global planuoja iki 2040 metų pastatyti keturiolika gigavatų elektrolizatorių. Žvelgiant į priekį, dauguma prognozių teigia, kad iki 2030 metų galime pasiekti beveik penkiasdešimt milijonų tonų žaliojo vandenilio gamybos per metus, kas būtų maždaug penkiskart daugiau nei 2023 metais.

Politikos palaikymas ir tarptautinės bendradarbiavimo iniciatyvos, skatinančios priėmimą

Visame pasaulyje politikos kūrėjai vis labiau stengiasi įgyvendinti savo vandenilio strategijas. Europos Sąjunga nustatė ambicingą tikslą savo vandenilio strategijai – iki 2030 m. savo teritorijoje pagaminti bent 10 milijonų tonų žaliojo vandenilio. Šis tikslas lydimas ir gana dosnių skatinamųjų priemonių, pavyzdžiui, JAV Infliacijos sumažinimo akte numatyto 3 dolerių už kilogramą mokesčių lengvatinio tarifo. Tuo tarpu per Ramųjį vandenyną Japonija pasirinko visiškai kitokį požiūrį. Jos Pagrindinė vandenilio strategija nukreipta į tiekimo gavimą iš tokių vietovių kaip Australija ir Brunėjus, o ne statant milžiniškas nacionalines gamybos įrangos sistemas. Taip pat stiprėja tarptautinis bendradarbiavimas, pvz., G7 Vandenilio veiksmų pakto bendradarbiavimas su Afrikos žaliuoju vandeniliu aljansu. Šios bendros pastangos siekia sukurti infrastruktūrą, kuri apimtų kelias šalis, galiausiai sumažinant gamybos išlaidas, kad dėl didesnio masto operacijų dešimtmečio pabaigoje kaina galėtų nukristi žemiau 1,50 dolerio už kilogramą.

Infrastruktūros spragų ir pramonės iššūkių įveikimas

Tarptautinė atsinaujinančios energijos agentūra (IRENA) kalba apie gana didelę problemą. Jų vertinimu, iki 2030 m. trūks apie 1,5 trilijono JAV dolerių infrastruktūrai, reikalingai visoms gamybos įmonėms, dujotiekiams ir kuravimo stotims. Elektrolizatoriai vis dar kainuoja per daug daugumai įmonių, tačiau situacija gerėja. Kainos iš tikrųjų nuo 2018 m. žymiai sumažėjo – trečdaliu, dabar sudarydamos apie 800 JAV dolerių už kW šarmaus tipo sistemoms. Dideli šios srities veikėjai dirba prie saugojimo problemų, naudodami gana įdomią technologiją, tokį kaip kriogeninis skysto vandenilio saugojimas ar vežimą per amoniaką. Taip pat svarbu, kad visi pritartų standartams. Europos Sąjungoje veikia kilmės garantijos sistema, kuri turi būti platinama platesniu mastu, jei norime pasiekti tikrųjų 2050 m. nulinio anglies balanso tikslų, nustatytų per praėjusiais metais vykusį COP28 susitikimą. Ir nepamirškime uostų plėtros, kad šie žalieji kuro rūšys galėtų efektyviai judėti per sienas.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kas yra žalias vandenilis?

Žaliasis vandenilis gaminamas naudojant atsinaujinančius energijos šaltinius, tokius kaip vėjo ar saulės energija, elektrolizės būdu, kurios metu vanduo skiriamas į vandenilį ir deguonį be anglies dioksido išmetimo.

Kaip žaliasis vandenilis skiriasi nuo kitų vandenilio tipų?

Žaliasis vandenilis skiriasi nuo pilkojo ir mėlynojo vandenilio tuo, kad jo gamyba nepridaro tiesioginių anglies emisijų. Pilkasis vandenilis gaminamas iš gamtinių dujų ir išmeta CO2, o mėlytasis vandenilis naudoja anglies surinkimą ir saugojimą (CCS), kad šias emisijas sumažintų.

Kokia atsinaujinančių energijos šaltinių reikšmė žaliojo vandenilio gamyboje?

Atsinaujinantys energijos šaltiniai yra būtini žaliojo vandenilio gamybai, nes jie suteikia reikalingą elektros energiją elektrolizei be šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimo.

Kokie pagrindiniai iššūkiai didinant žaliojo vandenilio gamybą?

Pagrindiniai iššūkiai apima didelę energijos sąnaudą gamybai, būtinybę plėtoti stambias atsinaujinančios energijos infrastruktūras bei tiekimo grandinės problemas dėl retų medžiagų, naudojamų elektrolizatoriuose.

Ar naudojant žaliąjį vandenilį yra ekonominė nauda?

Taip, žaliasis vandenilis gali sukurti darbo vietų atsinaujinančios energijos ir vandenilio sektoriuje, sumažinti oro taršą, mažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą ir užtikrinti energetinę nepriklausomybę, sumažinant priklausomybę nuo iškastinio kuro importo.