Održivi vodonik kao čisti energetski nosilac

Proizvodnja zelenog vodonika kroz integraciju obnovljivih izvora energije

Зелени водоник се производи када вишак електричне енергије из обновљивих извора, углавном из ветрогенератора и соларних панела, напаја процес који се назива електролиза. Овај процес у основи распада молекуле воде на водоник и кисеоник, без директног ослобађања угљеничних емисија током самог процеса. У поређењу са традиционалним методама које се ослањају на фосилна горива, овај приступ значајно смањује емисију угљен-диоксида – за око 9 до 12 килограма по произведених једном килограму водоника конвенционалним путем. Зелени водоник је као чисто енергетско решење веома перспективан управо зато што најбоље функционише у тренуцима када је доступно много енергије из обновљивих извора. Када електролизатори раде на максималном капацитету у тим периодима, боље се користе ресурси и заправо смањују оптерећење електричне мреже, уместо да га повећавају.

Еколошке предности и потенцијал смањења емисије угљеника

Прелазак на зелени водоник би могао смањити отприлике 830 милиона тона емисије CO2 сваке године из тешке индустрије до средине 2030-их година, према извештају Међународне агенције за енергију из прошле године. Зашто? Када се сагорева, производи искључиво водену пару, чиме постаје важан алат за смањење угљеничног отиска у индустријама као што су производња челика, хемијска индустрија и бродски превоз. Ако успемо да ову технологију имплементирамо у великим размерама, индустријска подручја би могла очекивати смањење штетних емисија азотних оксида за отприлике 45 одсто. Таква побољшања би помогла у испуњавању климатских циљева, а истовремено би побољшала квалитет ваздуха за људе који живе у близини ових објеката.

Емисије током животног циклуса и критеријуми одрживости за производњу водоника

Еколошки траг водоника у великој мери зависи од начина на који се производи. Студије које анализирају цео животни циклус показују да се при производњи сивог водоника преко реформинга природног гаса ослобађа отприлике десет пута више угљен-диоксида у односу на његов зелени еквивалент. Европска унија је развила стандарде сертификације под називом RFNBO како би потврдила аутентичну производњу зеленог водоника. Ова правила не проверавају само изворе обновљиве енергије, већ заправо прате када и где је струја произведена у поређењу са тренутком када је извршена електролиза. Компаније морају пажљиво да прате ова упутства. У супротном, можемо завршити са иницијативама за водоник које изгледају чисто на папиру, али у ствари настављају да подржавају нашу зависност од фосилних горива у позадини. Оваква врста „зеленог прања“ може подрити стваран напредак ка одрживим енергетским решењима.

Улога зеленог водоника у подршци циркуларним енергетским системима

Зелени водоник има велику улогу у побољшању функционисања циркуларних енергетских система. Када постоји вишак струје из обновљивих извора попут ветра или сунца, она се претвара у гориво које се може чувати и касније користити у разним индустријама, чак и за поновно производње електричне енергије. Неки напредни погони тренутно мешају заробљени CO2 из биолошких извора са овим зеленим водоником како би направили такозвани e-метанол, што у основи значи да спречавају угљеник да отпутује у атмосферу. Могућност двосмерног процеса је веома корисна за уравнотежавање електричних мрежа на које су прикључени бројни соларни панели и ветрогенератори. Осим тога, овај процес ствара чисте материјале потребне за ствари као што су производња ђубрива и челика, без свих уобичајених емисија угљеника повезаних са тим процесима.

Декарбонизација тешко декарбонизујућих сектора помоћу зеленог водоника

Примена у производњи челика, хемијској индустрији и тешкој индустрији

Зелени водоник пружа начин да се смање емисије угљеника у индустријским областима где прелазак на електричну енергију једноставно није изводљив. Узмимо за пример производњу челика, која чини отприлике 7 одсто свих CO2 емисија широм света. Заменом угља зеленим водоником током процеса редукције гвоздене руде, фабрике могу смањити своје емисије за скоро 98%. Пројекат H2 Green Steel у Шведској показао је да ово функционише у пракси још од 2024. године. За производњу амонијака, прелазак на водоник добијен електролизом смањује емисије за око 40%. Произвођачи цемента такође препознају вредност, јер мешање водоника у гориво смањује количину топлоте која је потребна, као и количину произведених прашинских честица. Оно што издваја водоник јесте његова способност да управља екстремним температурама и хемијским реакцијама неопходним у овим тешким секторима, који су на други начин тешки за декарбонизацију.

Интеграција међу секторима у индустрији и саобраћају

Водоник на интересантан начин спаја различите делове нашег света енергије. Он покреће велике машине, вози дуге камионе које видимо на аутопутевима и помаже у одржавању стабилности електричних мрежа када се потражња мења. Када има вишка зелене енергије из соларних или ветровитих извора, можемо је претворити у водоник кроз процес који се назива електролиза. Затим се тај водоник користи на местима попут хемијских погона где је потребна интензивна топлота, или чак у специјалним возовима који раде на горивне ћелије уместо на дизел. Најбоље од свега? Један једини водонични вод не служи само једној ствари. Према неким недавним истраживањима из 2023. године, ови водови би могли задовољити отприлике трећину индустријских потреба за грејањем у одређеној области, истовремено функционишући као решење за складиштење током периода када ветрогенератори не производе довољно енергије. Таква двострука употреба чини цео систем много ефикаснијим него што би било градити посебну инфраструктуру за сваку појединачну намену.

Studija slučaja: Zeleni vodonik u proizvodnji čelika i hemikalija

U Nemačkoj, jedna industrijska zona uspela je da smanji emisije iz obima 1 za skoro dve trećine samo tokom 18 meseci. Postigli su to tako što su prešli sa prirodnog gasa na zeleni vodonik za procese poput žarenja čelika i proizvodnje metanola. Ono što ovo čini još impresivnijim jeste da celokupni pogon radi na električnoj energiji iz offshore vetrenjača snage 140 megavati. Kao rezultat, oni mogu da proizvedu oko 9.500 tona vodonika svake godine. Samo ta količina dovoljna je za proizvodnju približno pola miliona tona čelika sa znatno nižim sadržajem ugljenika. Posmatrajući kako stvari funkcionišu u saradnji različitih industrija, ova inicijativa ističe se kao odličan primer zajedničke upotrebe resursa. Skoro svi viškovi kiseonika i toplota otpada vraćaju se nazad u sistem na neki drugi način, pri čemu se otprilike 92% ponovo koristi na neki način unutar klastera.

Cirkularnost u vrednosnom lancu tehnologije vodonika

Рециклирање кључних материјала: метали платинске групе у горивним ћелијама и електролизерима

Технологија протонских разменских мембрана у великој мери зависи од метала платинске групе, као што су платина и иридијум. Ови драги метали стварају праве проблеме за ланце снабдевања, јер су резерве ограничено доступне, а процеси рударења изазивају значајну штету за животну средину. Срећом, када погледамо на горивне ћелије и јединице за електролизу на крају радног века, већина ових вредних метала може бити повраћена преко активности рециклирања. Према недавним подацима Института за циркуларне материјале из 2023. године, нивои повратка прелазе 90%, чиме се смањује наша зависност од вађења свежих материјала из рудника. Још боље је то што су компаније које у оквиру затворених система сарађују са рециклерима успеле да смање емисију током животног циклуса производа између четрдесет и шездесет посто, у поређењу са традиционалним методама које се ослањају искључиво на потпуно нове сирове материјале.

Дизајн за поновну употребу и опоравак након завршетка употребе у системима водоника

Савремени системи водоника се крећу ка модуларним конфигурацијама које заправо помажу у продужењу векa трајања опреме тако што омогућавају да се делови ремонтирају или користе на нове начине. На пример, стекови електролизера често се демонтирају и поново користе у мањим операцијама. У међувремену, биполарне плоче се обично могу вратити у функционално стање кроз неку од форми електрохемијског полирања. Такође постоји стандард ISO 22734 из 2023. године који прави значајан утицај у индустрији. Основно, овај стандард омогућава да различити делови функционишу заједно кроз разне генерације инфраструктуре, тако да старији компоненти не постану застарели када се појави нова технологија. Ово је важно зато што произвођачи желе да им инвестиције дуже трају, без потребе да све потпуно замењују сваких неколико година.

Балансирање утицаја рударства ПГМ-а са стопама рециклирања и иновацијама у кругу

Recikliranje pomaže u smanjenju potrebe za novim PGM-ovima, ali ne možemo zanemariti činjenicu da rudarstvo i dalje čini oko 8 do 12 procenata ugljeničnog otiska u tehnologiji vodonika. Međunarodna agencija za energiju predviđa da bi proizvodnja gorivnih ćelija mogla da se utrostruči do 2030. godine, tako da je proširenje naših kapaciteta za reciklažu postalo prilično kritično. Pojavljuju se i neke zanimljive alternative. Vidimo stvari poput katalizatora na bazi rutenijuma i sistema elektrolize koji uopšte ne zahtevaju dragocene metale. Ovi razvoji znače manju zavisnost od retkih resursa i približavaju nas ciljevima kružne ekonomije o kojima svi stalno pričaju.

Prenos energije u gas i spajanje sektora za integrisane energetske sisteme

Технологије претварања електричне енергије у гас (P2G) трансформишу одрживе енергетске системе омогућавајући интеграцију између сектора и флексибилност мреже кроз електролизу и складиштење засновано на водонику. Ова решења повезују вишкове обновљиве електричне енергије са индустријским потрошачима енергије, истовремено напредујући принципе кругог економског модела.

Електролиза и метанизација: Технологије претварања електричне енергије у гас које омогућавају флексибилност

Процес електролизе користи обновљиву електричну енергију и расцепљује молекуле воде на водоник и кисеоник. Са друге стране, метанизација функционише на другачији начин — спаја водоник са угљен-диоксидом који је претходно ухваћен, како би се створило синтетичко метанско гориво. Ове технологије постају посебно занимљиве када се напајају соларним панелима или ветрогеним турбинама, јер тада добијамо горива која не ослобађају додатни угљеник у атмосферу. Посебно добро функционишу у индустријама попут авијације, где потпуно преласка на електричну енергију још увек није практичан избор. Ако погледамо тренутне податке, модерни системи електролизера имају ефикасност од око 75 до 80 процената. То представља пораст од приближно 15 процентуалних поена у односу на достигнућа из 2020. године, што помаже овим технологијама да све више прилазе комерцијалној исплативости за предузећа која желе да смање емисију штетних гасова.

Складиштење енергије засновано на водонику и балансирање мреже

Водоник има густину енергије од око 33,3 kWh по килограму, што га чини прилично добром опцијом за складиштење додатне обновљиве енергије када падне потражња. Када се ветрењаче повежу са око 5 гигавата електролизера, сваке године смањују губитак енергије за отприлике 34 процента у мрежама доминантним обновљивим изворима, као што је показано у истраживању из прошле године. На тај начин енергетски предузећа могу боље да управљају наглим флуктуацијама у нуди, а такође и да одрже стални проток струје чак и током вишедневних непогода.

Повезивање сектора: Интеграција електричне, индустријске и гасне мреже

П2Г подстиче симбиотске односе у свим секторима: електричне мреже снабдевају водоник фабрикама за ђубрива, док индустријска отпадна топлота подржава централно грејање. Интегрирани модели показују да ове конфигурације смањују отпад примарне енергије за 28-32% у поређењу са изолованим системима. Хибридне електричне и гасне мреже такође побољшавају отпорност, доживљавајући 40% мање сати прекида током екстремних временских догађаја.

Биомаса и путеви од отпада до водоника у моделима циркуларног угљеника

Преобраћање биомасе и органског отпада у одрживи водоник

Пољопривредни остатци, храна која се одбацује и чак кишњачки муљ добијају нови живот кроз процесе гасификације и анаеробне дигестије који их претварају у водонично гориво. Само у Европи, ове технологије би могле да обраде отприлике 60 милиона тона органског отпада сваке године, претварајући смеће у нешто вредно уместо да стоји на депонијама. Недавна побољшања метода хидротермалне обраде значе да постижемо боље резултате при раду са мокрим биомасама, тако да се сада могу ефикасно обрађивати они мокри токови отпада који су некад били проблематични. Додатна предност је и заштита животне средине, јер овај поступак спречава испуштање метана током природног разлагања отпада, што има смисла за свакога ко је забринут због утицаја на климатске промене.

Укључивање водоника у оквире циркуларне економије угљеника

Водоник добијен из отпада повезује природне угљеничне циклусе са напорима за смањење индустријских емисија. Када се овај приступ комбинује са технологијом захватања угљеника, резултат је уклањање више угљеника из атмосфере него што се испушта. Узмимо пример сметлишта. Претварање њихових метанских емисија у употребљив водоник, истовремено закључавајући CO2, ствара такозвани затворени систем угљеничног циклуса. Овакви системи су посебно корисни за индустрије попут производње цемента, где замењују традиционална горива у пећима. Штавише, заробљени CO2 не остаје складиштен без употребе; користи се за гајење алги које производе биогорива, чиме се угљенични молекули настављају да активно раде у нашој привреди, уместо да се накупљају као загађење.

Упоредна одрживост: Водоник из отпада у односу на зелени водоник

Водоник из отпада пружа одмах користи у смислу емисија тако што додељује вредност отпаду, док зелени водоник пружа дугорочно и скалабилно решење које користи обновљиве изворе енергије.

Често постављана питања о одрживом водонику

Шта је зелени водоник и како се производи?

Зелени водоник се производи електролизом коју напајају обновљиви извори енергије, као што су вјетар или сунчева енергија. Овај процес раздваја молекуле воде на водоник и кисеоник без директних емисија угљеника.

Како зелени водоник смањује емисију угљеника?

Зелени водоник омогућава индустријама значајно смањење емисија CO2 заменом фосилних горива водоником, који приликом сагоревања испушта само водену пару.

Који су изазови у коришћењу зеленог водоника?

Изазови укључују потребу за новом инфраструктуром обновљивих извора, стандарде сертификације ради осигуравања стварно зелене производње и управљање ланцима снабдевања ретким металима који се користе у технологији водоника.

Може ли водоник заиста бити одржив на дугорочни начин?

Да, нарочито ако се комбинује са рециклирањем и напорима за стварање круговног економског модела ради минимизирања употребе нових материјала и осигуравања одрживог животног циклуса компонената технологије водоника.