Pokud by vodík unikl do atmosféry, výhody jeho používání oproti fosilním palivům by mohly být zcela zničeny, varují vědci.
Vyrobeno výhradně s obnovitelná energiese zelený vodík objevuje jako slibná alternativa znečišťujících fosilních paliv. Toto tolik propagované palivo budoucnosti ale může mít úskalí.
Někteří vědci tvrdí, že nedostatek údajů o únikech a potenciálních škodách, které by mohly způsobit, je slepým místem pro vznikající průmysl.
Tvrdí to nejméně čtyři letos zveřejněné studie vodík při prosakování do atmosféry ztrácí svůj environmentální okraj. Je to proto, že snižuje koncentraci molekul, které ničí skleníkové plyny, které tam již jsou, a potenciálně tak přispívají ke globálnímu oteplování.
Pokud během výroby, přepravy, skladování nebo používání unikne byť jen 10 procent, výhody zeleného použití vodík kvůli fosilním palivům by byly úplně zničeny, řekli dva vědci agentuře Reuters.
Tvrdí, že nedostatek technologie pro monitorování úniků vodíku znamená, že existuje mezera v datech a je zapotřebí více výzkumu, aby bylo možné vypočítat její čistý dopad na Globální oteplování před přijetím konečných investičních rozhodnutí.
Přesto vlády a energetické společnosti sázejí velké sázky na zelený vodík.
- EU schválila německý program obnovitelné energie ve výši 28 miliard eur – ale je to spravedlivé?
- „Ray of Hope“: Profesionálové v oblasti klimatu sdílejí, proč byl rok 2022 optimistickým rokem
In Evropase vyždímání energie invaze Ruska na Ukrajinu nutí vlády hledat alternativní zdroje energie – a prudký nárůst cen plynu způsobil, že se zelený vodík jeví jako mnohem dostupnější.
Evropská unie v září schválila dotace na projekty zeleného vodíku ve výši 5.2 miliardy eur. Spojené státy mezitím zahrnuly do svých daňových kreditů na zelený vodík v miliardách dolarů Zákon o snižování inflace.
Jsme připraveni přejít na zelený vodík?
Studie o riziku úniků, které podkopávají klimatický přínos zeleného vodíku, zveřejnila Kolumbijská univerzita, Environmental Defense Fund, univerzity v Cambridge a Readingu a Frazer-Nash Consultancy.
Potřebujeme mnohem lepší zařízení k měření úniku a potřebujeme regulaci, která skutečně vynucuje měření úniku.
Anne Sophie Corbeauové
Columbia University
„Potřebujeme mnohem lepší data. Potřebujeme mnohem lepší zařízení k měření unikánía potřebujeme regulaci, která skutečně vynucuje měření úniku,“ říká Anne-Sophie Corbeau, výzkumnice z Centra globální energetické politiky Kolumbijské univerzity.
Odhaduje, že míra úniků by mohla do roku 5.6 dosáhnout až 2050 procenta, až se bude vodík používat ve větší míře.
Norský institut pro výzkum klimatu CICERO také pracuje na tříapůlleté studii o vlivu vodíku, která má být uzavřena v červnu 2024. emise. Maria Sandová, která výzkum vede, říká, že ve vědě je velká mezera.
„Musíme si být vědomi úniků, potřebujeme nějaké odpovědi. Vodík má velký potenciál, jen potřebujeme vědět víc, než uděláme velký přechod.”
Jak časté jsou úniky vodíku?
Vodík nebyl v minulosti monitorován na úniky a většina nyní používaného plynu bez zápachu se vyrábí tam, kde se spotřebovává – existují však plány na potrubí a loď jsou to obrovské vzdálenosti.
Projekt fosilní palivo průmysl doufá, že by vodík mohl nakonec procházet stávající infrastrukturou, jako jsou plynovody a terminály pro dovoz a vývoz zkapalněného zemního plynu.
Asi 1 procento zemního plynu – což je většinou metan — překonání úniků evropské infrastruktury. Podle analytiků a satelitních snímků úniků jsou však sazby v některých zemích včetně Ruska vyšší.
“Je toho hodně, co o vodíku nevíme,” říká Sand. “Zatím nevíme, jestli můžeme předpokládat, že se bude chovat stejně jako metan.”
První výsledky testů potrubí ve výzkumném místě Spadeadam společnosti DNV v severní Anglii ukázaly, že vodík uniká na stejných místech a ve stejných rychlostech jako zemní plyn. Společnosti pracující na projektech zeleného vodíku však tvrdí, že by bylo zapotřebí pečlivého sledování.
Vědci a analytici tvrdí, že molekuly vodíku jsou mnohem menší a lehčí než molekuly metanu, a proto je těžší je zadržet.
- EU zavede jako první na světě „uhlíkové clo“ na dovoz poškozující životní prostředí
- „Významný průlom“: Tato nová baterie z mořské soli má 4krát větší kapacitu než lithium
Jakmile se vodík dostane do potrubí, může oslabit kovové trubky, což může vést k prasknutí. Vodík je také mnohem výbušnější než zemní plyn což by mohlo způsobit bezpečnostní problémy.
I když se neočekává, že potenciální úniky vodíku budou v rozsahu, který by mohl vykolejit všechny plány zeleného vodíku, jakékoli prosakování by narušilo jeho klimatické výhody, říkají vědci.
Zelený vodík vs šedý vodík
Vodík, vysoce hořlavý plyn, který může ukládat a dodávat energii, je nejjednodušším a nejrozšířenějším prvkem na Zemi, ale obvykle neexistuje ve volné formě a musí být extrahován ze sloučenin, které jej obsahují, jako je voda, uhlízemní plyn nebo biomasa.
Výroba vodíku, který se dlouho používá v ropných rafinériích, chemických továrnách a průmyslu hnojiv, se opírá o zemní plyn nebo uhlí v procesech, které emitují velké množství oxid uhličitý. Tento typ na bázi fosilií vodík je často označován jako „šedý“ vodík.
Odborníci z oboru odhadují, že téměř 95 procent vodík výroba v současné době využívá fosilní paliva a produkuje tolik CO2 jako emise Spojeného království a Indonésie dohromady.
„zelený“ vodík, naproti tomu se vyrábí pomocí obnovitelné energie k rozdělení vody na její dvě složky – vodu a kyslík – pomocí elektrolýzy, aniž by produkovaly skleníkové plyny.
Tento typ „čistého“ vodíku by mohl nahradit fosilní palivo v odvětvích, která nemohou snadno přejít na elektřinu, jako je výroba oceli nebo těžká doprava.
Hlavní atrakcí použití vodíku jako a palivo je, že hlavním vedlejším produktem je vodní pára spolu s malým množstvím oxidů dusíku, díky čemuž je mnohem méně znečišťující než fosilní paliva – za předpokladu, že neprosakuje ven.
Úniky jsou jedním z mnoha problémů, které sužují přijetí zeleného vodíku, kromě vysokých nákladů, bezpečnostních obav a potřeby investovat do dostatečného množství energie z obnovitelných zdrojů k jeho výrobě a také v infrastruktuře pro skladování a přepravu bezbarvého plynu.
Jak lze posoudit rizika úniku vodíku?
V prosinci 2022 Brusel vyzval k podávání žádostí o financování dalšího výzkumu rizik spojených s rozsáhlým zaváděním vodíku. Požádalo výzkum, aby ukázal jak vodík by mohlo snížit globální oteplování nahrazením fosilní paliva, ale také jak by mohla přispět ke globálnímu oteplování v případě úniků.
Studie Environmental Defence Fund mezitím vyzvala vlády a podniky, aby nejprve shromáždily údaje o míře úniku vodíku a poté určily, kde jsou rizika nejvyšší a jak je zmírnit, než vybudují potřebnou infrastrukturu.
Zpráva Frazer-Nash také naznačila, jak je třeba vzít v úvahu opatření k zabránění únikům vodíku, aby bylo možné zvýšit počáteční náklady a náklady na údržbu.
„Čím více víme o tom, jak jej vyrobit v a udržitelné způsobem a potřebnou regulací a řízením, tím více stojí, a proto to omezuje jeho použití, pokud neexistuje jiná alternativa,“ říká Richard Lowes, senior spolupracovník think-tanku The Regulatory Assistance Project.
Vodíkové projekty jsou celosvětově na vzestupu
Téměř 300 projektů zeleného vodíku je ve výstavbě nebo bylo zahájeno po celém světě, ale drtivá většina jsou malé demonstrační elektrárny, ukazují údaje Mezinárodní energetické agentury.
Největší je v Číně, kde Ningxia Baofeng Energy Group používá zelený vodík vyrobený z solární energie k výrobě petrochemických produktů, jako je polyethylen a polypropylen.
Konzultační společnost DNV předpovídá, že zelený vodík bude muset uspokojit asi 12 procent světového množství energie požadavek do roku 2050 dosáhnout pařížských klimatických cílů. Na základě současného tempa vývoje a modelování budoucího využití DNV je svět na cestě k dosažení asi 4 procent, říká DNV.
David Cebon, profesor strojního inženýrství na University of Cambridge, říká, že 4 procenta mohou být pouze tím, co je „zvládnutelné“, vzhledem k obrovskému množství energie z obnovitelných zdrojů potřebné k výrobě dostatečného množství zeleného vodíku.
Chcete-li nahradit špinavý vodík, který se nyní používá v rafinériích, umělé hnojivo a chemické závody, téměř dvojnásobek elektřiny vyrobené každým z nich větrná turbína a solární panel by byl zapotřebí po celém světě – a to je předtím, než se zelený vodík použije pro cokoli jiného, jako je výroba oceli, doprava nebo vytápění, říká Cebon.
EU přesto zvažuje mandáty pro používání zeleného vodíku v dopravu, zatímco země jako Jižní Korea, Japonsko a Čína mají cíle pro vozidla s vodíkovými palivovými články.
Energetický gigant BP, která plánuje výstavbu několika projektů na zelený vodík, včetně zařízení v Británii, které má začít v roce 2025, známého jako HyGreen Teesside, říká, že vyvíjí systémy monitorování úniků.
„Opravdu se nyní chceme pokusit vyhodnotit, jak nízkou úroveň můžeme udržet v hodnotovém řetězci, a to bude kritická věc,“ říká Felipe Arbelaez, senior viceprezident pro vodík a zachycování uhlíku v BP.
Mohlo by se Vám také líbit
Nyní se hraje Další
Vodík je nejběžnějším prvkem ve vesmíru, který je od nepaměti dostupný všude kolem nás. Proč se tedy teprve nyní považuje za základní součást udržitelnějšího světa?
V současné době jde přibližně 51 % vodíku, který se používá v globální ekonomice, do rafinérií a 43 % jako vstup pro syntézu amoniaku, především při výrobě hnojiv. Nejběžnějším procesem výroby vodíku je parní metanové reformování (SMR). Je založen na fosilních palivech a spotřebovává přibližně 6 % světového zemního plynu a 2 % uhlí.
Vodík je na Zemi jen zřídka dostupný ve své čisté formě, takže vyžaduje extrakci ze sloučenin, ve kterých je přítomen. Každá sloučenina s „H“ ve svém chemickém vzorci má vodík jako jednu ze svých složek, jako jsou uhlovodíky, metan (CH4) a voda (H2O). Ve skutečnosti vodík tvoří asi 75 % vesmíru.
Ačkoli je vodík bezbarvý, jeho různé typy jsou definovány prostřednictvím palety barev, která sahá od černé (která pochází z uhlí), růžové (z jaderné energie) a tyrkysové (vyrábí se pyrolýzou metanu) až po modrý vodík (vyrábí se ze zemního plynu s technologie zachycování uhlíku) a v současnosti nejběžnější forma, šedá (získaná z uhelného plynu). Právě zdrojový materiál a způsob výroby určují, do jaké míry je typ vodíku šetrný k životnímu prostředí.
Pokud tedy vodík pochází z fosilních paliv, proč je považován za tak důležitou součást udržitelné budoucnosti? Svatý grál je zcela uhlíkově neutrální neboli „zelený“ vodík.
Zelený vodík se vyrábí průchodem vody přes elektrolyzér poháněný elektřinou generovanou z obnovitelných zdrojů, jako je větrná, solární nebo vodní energie. Elektřina odděluje vodík od kyslíku, přičemž na jedné elektrodě vzniká plynný vodík a na druhé kyslík. Potenciál zeleného vodíku v udržitelném energetickém mixu spočívá v tom, že jej lze spalovat v podstatě stejným způsobem jako zemní plyn; a může být vedena přes palivový článek, kde se chová podobně jako baterie.
Ačkoli má mnoho využití, to, co dosud omezovalo použití vodíku, je jeho energeticky náročný extrakční proces, který někdy spotřebuje více energie než energie, která se vyrábí. Šedý vodík na bázi fosilních paliv je relativně levný; až dosud, čím je vodík ekologičtější, tím je jeho výroba nákladnější.
To se však mění, protože výroba zeleného vodíku se stává životaschopnější a do jisté míry i zásadní možností.
Fosilní paliva jsou stále dražší a stále nepřijatelnější kvůli jejich dopadu na změnu klimatu. Používají se také jako nástroj vyjednávání v geopolitických konfliktech, takže tlak na snížení závislosti na těchto palivech je den ode dne naléhavější. Existuje také tlak na vlády, globální orgány a průmysl, aby snížily skleníkové plyny, aby splnily cíle nulových emisí, které si stanovily. Realisticky je toho možné dosáhnout pouze prostřednictvím podstatných nových řešení, jako je zelený vodík.
Kromě toho iniciativy jako Zelený katapult OSN, Vodíkový program amerického ministerstva energetiky, čínský dlouhodobý vodíkový plán a legislativní návrhy Evropské komise vedou k tomu, že se získávání vodíku stává prioritou, je účinnější, a tedy i nákladově efektivnější. Klesající náklady na výrobu solární a větrné energie přitom výrazně snižují celkové náklady na výrobu zeleného vodíku.
Kde se tedy vodík objeví v udržitelném energetickém mixu?
Výrobci budou určitě ‚ekologizovat‘ kritické aplikace chemického zpracování, které v současnosti dominují používání vodíku. Například při výrobě hnojiv dojde k posunu od šedého k zelenému vodíku.
A co vodíková auta? Ve skutečnosti bylo první čtyřkolové vozidlo poháněné vodíkem a kyslíkem vytvořeno již v roce 1807. Ještě v 1970. a 1980. letech 1978. století mnozí viděli vodík jako odpověď na hledání ekologických automobilů. Jack Nicholson, hollywoodský herec, ohromil diváky v roce XNUMX autem poháněným tím, co bychom dnes nazvali „zeleným vodíkem“.
V mezidobí se technologie baterií dramaticky zlepšila, takže elektromobily na baterie (BEV) nyní konkurují tradičním pohonným jednotkám, pokud jde o dojezd – vzdálenost ujetou na jedno nabití v elektrickém bodu nebo po natankování na čerpací stanici. Většina odborníků se shoduje na tom, že závod o udržitelnou automobilovou technologii vyhrály baterie spíše než vodíkové palivové články, i když se Honda v roce 2008 stala jedním z prvních výrobců originálního vybavení (OEM), kteří maloobchodním zákazníkům nabídli elektromobily s vodíkovými palivovými články (FCEV). .
U jiných typů vozidel však mají baterie svá omezení a vodík by mohl být lepší volbou. Podle SAE International hledají OEM a globální dodavatelé vodíkový pohon jako řešení pro dekarbonizaci těžké dopravy. Vodík má však dlouhou dobu špatný vztah k BEV a teprve v roce 2020 začal Hyundai vyrábět svůj nákladní automobil Xcient na vodíkový pohon.
Není proto překvapivé, že až dosud bylo přijímání a přijímání vodíkových vozidel omezené. Podle informačních trendů je v roce 56,000 na světových silnicích pouze 2023 XNUMX vozidel na vodíkový pohon a jen velmi málo z nich jsou komerční nebo těžká nákladní vozidla. Současné průlomy v technologii vodíku by však mohly snížit emise vozového parku a přitom stále poskytovat spolehlivé služby s podobnou provozuschopností jako moderní dieselové nákladní vozy.
Výrobci OEM se zaměřují na vývoj technologie pro obtížně elektrifikovatelné aplikace: pro nákladní vozidla, která denně ujedou 400 kilometrů nebo více a jsou používána v oblastech s nízkou kvalitou okolního vzduchu nebo s aplikacemi s vysokým pracovním cyklem (nepřetržitě v provozu). po většinu dne).
Jako první krok se většina výrobců OEM soustředí na motory poháněné vodíkem, které využívají současné technologie a podvozky. FCEV by však nakonec mohla poskytnout dlouhodobé řešení dekarbonizace dálkové nákladní dopravy. Vodíkové palivové články nabízejí velký příslib pro těžké nákladní automobily v aplikacích vyžadujících vyšší hustotu energie, rychlé doplňování paliva a dodatečný dojezd.
Kromě toho existují také tlaky na lodní průmysl, aby snížil svou uhlíkovou stopu. Lodě v současnosti vypouštějí 3 % světových skleníkových plynů. Probíhá několik projektů, které testují, jak by vodík a další paliva z něj vyrobená, jako je čpavek a metanol, mohly pohánět nízkouhlíkový námořní průmysl.
Další oblastí zájmu je dálková železnice a zde je technologie již realitou. Coradia iLint™ společnosti Alstom je první osobní vlak na světě poháněný vodíkovým palivovým článkem; v září 2022 dosáhl nového světového rekordu na vzdálenost 1,175 XNUMX kilometrů na jedno naplnění.
Nejvýznamnější udržitelnou aplikací vodíku je jeho potenciální role při stabilizaci elektrické sítě. Vodík se totiž vyrábí z elektřiny, je skladovatelný a má schopnost být přeměněn zpět na elektřinu.
Obnovitelná energie je ze své podstaty přerušovaná, protože je závislá na tom, kdy svítí slunce nebo fouká vítr. Přestože účinnost solárních panelů a turbín neustále roste, je potřeba alternativní zdroj, když se nevyrábí žádná energie. V současnosti je zálohou uhelný plyn, který je vzhledem k jeho dopadu na klima neudržitelný.
Všelék vyplňuje tuto mezeru zeleným vodíkem. Když je špičková výroba pro větrnou a solární energii, turbíny a panely produkují více energie, než je potřeba pro elektrické sítě, které dodávají, takže se vypnou. To má za následek ztrátu až 20 % kapacity obnovitelné energie.
Hlavní investice se nyní soustředí na integraci vodíku s obnovitelnými zdroji. Namísto vypínání panelů a turbín ve špičkách výroby by se přebytečná elektřina přesměrovala na výrobu zeleného vodíku, který jde do skladovacích zařízení. Když síť potřebuje energii, vodík se přemění zpět na elektřinu.
Je těžké uvěřit, že Jules Verne v devatenáctém století předpověděl, že prvky vody rozložené elektřinou budou jednoho dne poskytovat nevyčerpatelný zdroj tepla a světla. Konečně, jeho vize se zhmotňuje o 150 let později a vodík bude kritickou složkou při vytváření udržitelného světa.
