Înțelegerea hidrogenului verde: Definiție și caracteristici cheie

Ce este hidrogenul verde?

Hidrogenul verde este produs atunci când descompunem moleculele de apă printr-un proces numit electroliză, dar doar atunci când surse regenerabile de energie, cum ar fi lumina solară sau vântul, furnizează electricitatea necesară. În esență, acest lucru înseamnă trecerea unui curent electric prin apă (H₂O) pentru a o descompune în gaz de hidrogen și oxigen, fără a produce deloc dioxid de carbon în acest proces. Metodele tradiționale de obținere a hidrogenului nu sunt atât de curate, bazându-se adesea pe combustibili fosili. Din acest motiv, mulți experți consideră că hidrogenul verde este foarte important pentru reducerea emisiilor globale de gaze cu efect de seră, conform unei cercetări recente realizate de HERO Future Energies anul trecut.

Cum diferă hidrogenul verde de cel gri și cel albastru

• Hidrogen gri : Obținut din gaze naturale prin reformarea cu abur a metanului, emițând 10-12 kg de CO₂ pe kg de hidrogen.
• Hidrogen albastru : Folosește aceeași bază de combustibil fosil, dar include captarea și stocarea carbonului (CCS) pentru a reduce emisiile cu aproximativ 50%.
• Hidrogen verde : Nu produce emisii directe, deoarece energia regenerabilă alimentează întregul proces de electroliză.

Deși hidrogenul gri domină 95% din producția actuală, emisiile pe ciclul de viață ale hidrogenului verde sunt cu 75-90% mai mici decât chiar și ale hidrogenului albastru (Visualizing Energy, 2024).

Rolul esențial al energiei regenerabile în producerea hidrogenului verde

Hidrogenul verde pur și simplu nu poate funcționa fără susținerea surselor regenerabile. Procesul de electroliză necesită aproximativ de patru ori mai multă energie comparativ cu metodele convenționale, astfel că conectarea directă a acestor sisteme la panouri solare sau parcuri eoliene face toată diferența atunci când vorbim despre extinderea producției în mod durabil. Să punem niște cifre: producerea unui kilogram de hidrogen verde necesită aproximativ cincizeci de kilowatt-ore de electricitate curată. Ar putea părea mult, dar vedem progrese reale aici, deoarece prețurile panourilor solare au scăzut dramatic în ultimul deceniu, scăzând aproape nouăzeci la sută doar din 2010 încoace. Privind posibilitățile viitoare, experții cred că hidrogenul verde ar putea în cele din urmă prelua între cincisprezece și douăzeci la sută din ceea ce provine în prezent din combustibili fosili la nivel mondial până la jumătatea secolului.

Producția de Hidrogen Verde: Electroliză, Tehnologii și Capacitate Globală

Procesul de Producere a Hidrogenului Verde prin Electroliză

Producerea hidrogenului verde are loc prin ceva numit electroliză, în esență descompunerea moleculelor de apă (H2O) în gaze de hidrogen și oxigen atunci când este aplicată energie electrică. Randamentele variază destul de mult aici, undeva între 70% și poate chiar 90%, iar totul depinde de tipul de sistem de electroliză utilizat. Pentru ca acest proces să funcționeze corespunzător, avem nevoie de apă curată și o sursă constantă de energie electrică. Majoritatea instalațiilor actuale vor genera aproximativ un kilogram de hidrogen pentru fiecare cincizeci de kilowatt-oră de energie electrică consumată. Nu este rău având în vedere câtă energie este necesară pentru alte procese industriale.

Tipuri de electrolizoare: PEM, alcaline și cu oxid solid

Electrolizorii alcalini domină proiectele existente datorită costurilor mai reduse, în timp ce sistemele PEM câștigă teren în aplicațiile cu energie regenerabilă variabilă.

Integrarea cu energia solară și eoliană pentru o producție durabilă

Integrarea regenerabilă abordează cel mai mare factor de cost al hidrogenului verde: intrarea de energie. Energia solară și eoliană reduc acum costurile de producție la $3-4/kg (estimări din 2024), față de $6/kg în 2018. Instalațiile din regiunile cu radiație solară ridicată și vânt puternic beneficiază de sisteme Hibride , combinând panouri solare cu turbine eoliene pentru a asigura funcționarea 24/7.

Capacitatea actuală globală de producție și țările lider

Producția globală de hidrogen verde a depășit 1,2 milioane de tone metrice în 2024, o creștere de 50% față de 2022. Peste 80% din această capacitate provine din proiecte reprezentative din Orientul Mijlociu, Australia și Europa de Nord, susținute de investiții globale de 500 de miliarde de dolari.

Provocările în scalarea producției de hidrogen verde

Scalarea se confruntă cu obstacole precum 9 litri de apă purificată pe kilogram de hidrogen , ceea ce necesită o infrastructură avansată de desalinizare. Blocajele din lanțul de aprovizionare pentru materiale rare, cum ar fi iridiul (utilizat în electrolizatoare PEM), și conductele limitate pentru hidrogen întârzie și mai mult adoptarea. În ciuda acestor bariere, proiecțiile privind costurile din 2030 de 1,50 USD/kg indică o viabilitate tot mai accelerată pentru aplicațiile industriale.

Beneficiile economice și de mediu ale hidrogenului verde

Emisii zero de carbon în timpul producției și utilizării

Producția de hidrogen verde emite zero dioxid de carbon atunci când se utilizează electroliza alimentată de energie regenerabilă, spre deosebire de hidrogenul gri derivat din reformarea metanului. Acest purtător de energie curat își menține starea de neutralitate carbonică prin utilizarea în celule de combustibil sau procese industriale, eliminând emisiile la fiecare etapă a ciclului de viață.

Reducerea poluării aerului și a emisiilor de gaze cu efect de seră

Înlocuirea combustibililor fosili cu hidrogen verde în transporturi și în industrie reduce oxizii de azot (NOx) cu până la 45% și oxizii de sulf (SOx) cu 92%, îmbunătățind semnificativ calitatea aerului în zonele urbane.

Analiza ciclului de viață: Impactul asupra mediului al hidrogenului verde

Un studiu comparativ din 2023 a constatat că emisiile pe ciclu complet al hidrogenului verde sunt cu 96% mai scăzut comparativ cu sistemele bazate pe gaze naturale atunci când se utilizează energie eoliană offshore. Consumul de apă rămâne cu 30% sub metodele de producție de hidrogen din cărbune.

Crearea de locuri de muncă în sectoarele regenerabile și al hidrogenului

Lanțul valoric al hidrogenului verde va crea 2,3 milioane de locuri de muncă la nivel global până în 2035 , în special în producția de electrolițeri și ferme hibride solar-eoliene. Țări precum Germania și Australia raportează deja o creștere anuală a forței de muncă în domeniul hidrogenului de 12-15%.

Tendințe de investiții și scăderi ale costurilor

Costurile electrolițerilor au scăzut cu 60% din 2015, iar producția de hidrogen verde este estimată să atingă 1,50 USD/kg până în 2030—o reducere cu 75% față de prețurile din 2022. Investițiile globale au depășit 320 de miliarde de dolari în 2023, susținute de parteneriate public-private în cadrul a 48 de strategii naționale privind hidrogenul.

Independența energetică și avantajele geopolitice

Trecerea la hidrogen verde produs intern ar putea reduce costurile de import energetic ale țărilor UE cu 110 miliarde USD anual, în același timp atenuând perturbările din lanțul de aprovizionare cauzate de volatilitatea pieței combustibililor fosili.

Aplicații industriale și avansuri tehnologice

Permiterea decarbonizării în industriile dificil de redus emisiile, cum ar fi oțelul și amoniacul

Trecerea la hidrogenul verde face valuri în industriile care de multe decenii s-au bazat pe combustibilii fosili. Luați, de exemplu, producția de oțel, care contribuie cu aproximativ 7% din emisiile globale de CO2, conform raportului IRENA din 2023. Când companiile înlocuiesc metodele tradiționale bazate pe cărbune cu tehnici de reducere directă bazate pe hidrogen, reușesc să reducă emisiile cu aproximativ 95% pentru fiecare tonă de oțel produsă. Și nu este vorba doar despre oțel. Producătorii de amoniac care trec de la gaz natural la hidrogen verde reușesc să reducă aproximativ 1,8 tone de CO2 pentru fiecare tonă de amoniac creată. Aceste cifre nu sunt impresionante doar pe hârtie, ci reprezintă schimbări reale care au loc chiar acum în fabrici și instalații din întreaga lume.

Hidrogenul verde în transportul greu și în navigație

Celulele de combustibil cu hidrogen depășesc limitările bateriilor pentru camioanele de lungă distanță și navele cargo, oferind o rază de acțiune de 600-800 km la fiecare alimentare. Testele maritime arată că vasele propulsate cu hidrogen reduc emisiile de oxizi de azot cu 35% în comparație cu motorina marină convențională.

Utilizare în generarea de energie electrică și încălzirea locuințelor

Operatorii de utilități amestecă până la 20% hidrogen cu gaze naturale în conductele existente, cu proiecte pilot europene care demonstrează o reducere cu 12% a emisiilor de carbon în sistemele combinate de căldură și energie. Proiectul japonez ENE-FARM a implementat 460.000 de celule de combustibil cu hidrogen pentru uz residential începând din 2020.

Inovații în domeniul stocării, transportului și al tehnologiilor celulelor de combustibil

Recentele progrese includ:

• Rezervoare criogenice de hidrogen lichid care ating o eficiență de stocare de 97%
• Purtători organici lichizi de hidrogen care permit transportul maritim sigur
• Celule de combustibil cu oxid solid care ating o eficiență electrică de 65% (DOE 2023)

Aplicații pentru echilibrarea rețelei și stocarea energiei

Parcurile eoliene germane folosesc acum electrolițeri de 140 MW pentru a transforma surplusul de energie în hidrogen în perioadele de vârf ale producției, stabilizând rețelele electrice și producând 2.800 de tone/an de hidrogen pentru utilizare industrială.

Adoptarea globală și perspectivele viitoare pentru hidrogenul verde

Piețe emergente și proiecte pilot la nivel mondial

Piețele de hidrogen verde din întreaga lume se extind în prezent într-un ritm uimitor, cu proiecte experimentale care apar în peste treizeci și cinci de națiuni diferite. Luați, de exemplu, Arabia Saudită: proiectul lor NEOM dorește să producă aproximativ 650 de tone de hidrogen curat zilnic până în 2026. În Australia, Hub-ul Asiatic de Energie Regenerabilă are ambiții și mai mari, vizând 3,5 milioane de tone pe an până la sfârșitul următorului deceniu. Țările cu un nivel economic mai scăzut intră și ele în joc. Locuri precum Chile și Namibia dispun de cantități imense de energie solară și eoliană care stau neutilizate, astfel că își ocupă poziția ca potențiali exportatori. Doar compania HIF Global din Chile intenționează să construiască catorva gigawați de electrolițe în jurul anului 2040. Privind în viitor, majoritatea prognozelor sugerează că până în 2030 am putea atinge aproape 50 de milioane de tone de producție anuală de hidrogen verde, ceea ce ar reprezenta cam de cinci ori mai mult decât s-a înregistrat în 2023.

Sprijin politic și colaborări internaționale care accelerează adoptarea

Decidenții politici din întreaga lume își intensifică eforturile pentru a-și pune în aplicare strategiile privind hidrogenul. Uniunea Europeană și-a stabilit o țintă ambițioasă în cadrul Strategiei sale pentru Hidrogen, dorind să producă cel puțin 10 milioane de tone de hidrogen verde în interiorul frontierelor sale până în 2030. Această țintă este însoțită și de unele stimulente destul de generoase, cum ar fi reducerea de taxe de 3 dolari pe kilogram prevăzută în Legea pentru Reducerea Inflației din Statele Unite. Între timp, dincolo de Pacific, Japonia adoptă o abordare complet diferită. Strategia sa de bază pentru hidrogen se concentrează pe aducerea de aprovizionare din locuri precum Australia și Brunei, în loc să construiască facilități masive de producție interne. Cooperarea internațională câștigă tot mai mult teren, cu grupuri precum Pactul G7 pentru Acțiune în domeniul Hidrogenului care lucrează în strânsă colaborare cu organizații precum Alianța Africană pentru Hidrogen Verde. Aceste colaborări urmăresc dezvoltarea unei infrastructuri care să traverseze granițele naționale, având ca scop final reducerea costurilor de producție, astfel încât prețurile să scadă sub 1,50 dolari pe kilogram până la sfârșitul acestei decenii, datorită unor operațiuni la scară mai mare.

Depășirea decalajelor de infrastructură și a provocărilor din industrie

Agenția Internațională pentru Energie Regenerabilă (IRENA) vorbește despre o problemă destul de mare. Estimează că până în 2030 va lipsi aproximativ 1,5 trilioane dolari din infrastructura necesară pentru toate acele facilități de producție, conducte și stații de alimentare de care avem nevoie. Electrolyzerii sunt încă prea scumpi pentru majoritatea companiilor, dar lucrurile se îmbunătățesc. Prețurile au scăzut considerabil începând din 2018, reducându-se cu aproximativ o treime, ajungând acum la circa 800 de dolari pe kW pentru sistemele alcaline. Cei mari jucători din domeniu lucrează la problemele de stocare folosind tehnologii destul de avansate, cum ar fi hidrogenul lichid criogenic și transportul prin amoniac. Este important și ca toată lumea să adopte standarde comune. UE are acest sistem de Garanție a Originii, care trebuie adoptat mai larg dacă vrem progrese reale către obiectivele de neutralitate climatică din 2050 stabilite la COP28 anul trecut. Și să nu uităm de extinderea porturilor, astfel încât aceste combustibili verzi să poată circula eficient peste granițe.

Întrebări frecvente

Ce este hidrogenul verde?

Hidrogenul verde este produs utilizând surse de energie regenerabilă, cum ar fi energia eoliană sau solară, prin procesul de electroliză, care separă apa în hidrogen și oxigen fără a emite dioxid de carbon.

Cum diferă hidrogenul verde de celelalte tipuri de hidrogen?

Hidrogenul verde este diferit de hidrogenul gri și cel albastru, deoarece nu produce emisii directe de carbon. Hidrogenul gri este produs din gaze naturale și emite CO2, în timp ce hidrogenul albastru utilizează captarea și stocarea carbonului (CCS) pentru a reduce aceste emisii.

Ce rol au sursele regenerabile în producția de hidrogen verde?

Energia regenerabilă este esențială în producția de hidrogen verde, deoarece oferă electricitatea necesară pentru electroliză fără a produce gaze cu efect de seră.

Care sunt principalele provocări în creșterea producției de hidrogen verde?

Printre principalele provocări se numără cerințele mari de energie pentru producție, necesitatea unei infrastructuri la scară largă pentru energie regenerabilă și probleme ale lanțului de aprovizionare legate de materialele rare utilizate în electrolițeri.

Există beneficii economice în utilizarea hidrogenului verde?

Da, hidrogenul verde poate crea locuri de muncă în sectoarele energiei regenerabile și al hidrogenului, poate reduce poluarea aerului, scăderea emisiilor de gaze cu efect de seră și poate oferi independență energetică prin reducerea dependenței de importurile de combustibili fosili.