Je vodíková ekonomika budoucností?

Na žádost japonské vlády v rámci svého předsednictví G20 vypracovala Mezinárodní energetická agentura tuto přelomovou zprávu, která má analyzovat současný stav vodíku a nabídnout vodítko pro jeho budoucí vývoj.
Zpráva uvádí, že čistý vodík se v současnosti těší nebývalému politickému a obchodnímu rozmachu, přičemž počet politik a projektů po celém světě rychle roste. Dochází k závěru, že nyní je čas rozšířit technologie a snížit náklady, aby se vodík mohl široce používat. Pragmatická a praktická doporučení vládám a průmyslu, která jsou poskytnuta, umožní plně využít této rostoucí dynamiky.

jazyk Angličtina šipka dolů

Jazyk

Zavřete dialog
Publikováno v červnu 2019

Online obsah

Data a předpoklady

číst Přečíst online

Vodík a energie mají dlouhou společnou historii – poháněly první spalovací motory před více než 200 lety, aby se staly nedílnou součástí moderního rafinérského průmyslu. Je lehký, skladný, energeticky hustý a neprodukuje žádné přímé emise znečišťujících látek nebo skleníkových plynů. Aby však vodík významně přispěl k přechodu na čistou energii, musí být přijat v odvětvích, kde téměř zcela chybí, jako je doprava, budovy a výroba elektřiny.

The Future of Hydrogen poskytuje rozsáhlý a nezávislý průzkum vodíku, který ukazuje, kde se věci nyní nacházejí; způsoby, jakými může vodík přispět k dosažení čisté, bezpečné a dostupné energetické budoucnosti; a jak můžeme postupovat při realizaci jeho potenciálu.

Vodík se dnes těší nebývalé síle. Svět by si neměl nechat ujít tuto jedinečnou šanci udělat z vodíku důležitou součást naší čisté a bezpečné energetické budoucnosti.

doktor Fatih Birol

Klíčové poznatky

Dodávky vodíku průmyslovým uživatelům jsou nyní hlavní činností po celém světě. Poptávka po vodíku, která od roku 1975 vzrostla více než trojnásobně, stále roste – téměř výhradně je dodáván z fosilních paliv, přičemž 6 % celosvětového zemního plynu a 2 % celosvětového uhlí jde na výrobu vodíku.

V důsledku toho je produkce vodíku zodpovědná za CO₂ emise kolem 830 milionů tun oxidu uhličitého ročně, což odpovídá CO₂ emise Spojeného království a Indonésie dohromady.

Poptávka po vodíku

Globální poptávka po čistém vodíku, 1975-2018

Počet zemí s politikami, které přímo podporují investice do vodíkových technologií, roste spolu s počtem sektorů, na které se zaměřují.

V současnosti je zavedeno přibližně 50 cílů, mandátů a politických pobídek, které přímo podporují vodík, přičemž většina se zaměřuje na dopravu.

Během několika posledních let celosvětově vzrostly výdaje národních vlád na výzkum, vývoj a demonstrace vodíkové energie, i když zůstávají nižší než v roce 2008.

Rostoucí podpora

Současná politická podpora pro zavádění vodíku, 2018

Vodík lze získávat z fosilních paliv a biomasy, z vody nebo ze směsi obou. Zemní plyn je v současnosti primárním zdrojem výroby vodíku a představuje přibližně tři čtvrtiny roční celosvětové produkce vyhrazeného vodíku ve výši přibližně 70 milionů tun. To představuje asi 6 % celosvětové spotřeby zemního plynu. Za plynem následuje uhlí, vzhledem k jeho dominantní roli v Číně, a malá část se vyrábí z ropy a elektřiny.

Náklady na výrobu vodíku ze zemního plynu jsou ovlivněny řadou technických a ekonomických faktorů, přičemž dva nejdůležitější jsou ceny plynu a kapitálové výdaje.

Náklady na palivo jsou největší nákladovou složkou a představují mezi 45 % a 75 % výrobních nákladů. Nízké ceny plynu na Středním východě, v Rusku a Severní Americe vedou k jedněm z nejnižších nákladů na výrobu vodíku. Dovozci plynu jako Japonsko, Korea, Čína a Indie se musí potýkat s vyššími dovozními cenami plynu, což vede k vyšším nákladům na výrobu vodíku.

Výroba vodíku

Náklady na výrobu vodíku pomocí zemního plynu ve vybraných regionech, 2018

Zatímco méně než 0.1 % celosvětové produkce vyhrazeného vodíku dnes pochází z elektrolýzy vody, s klesajícími náklady na elektřinu z obnovitelných zdrojů, zejména ze solární fotovoltaiky a větru, zájem o elektrolytický vodík roste.

Vyhrazená výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů nebo jaderné energie nabízí alternativu k využití elektřiny ze sítě pro výrobu vodíku.

S klesajícími náklady na elektřinu z obnovitelných zdrojů, zejména ze solární fotovoltaiky a větru, roste zájem o elektrolytický vodík a v posledních letech proběhlo několik demonstračních projektů. Výroba veškerého dnešního vyhrazeného vodíkového výstupu z elektřiny by vedla k poptávce po elektřině 3 600 TWh, což je více než celková roční výroba elektřiny v Evropské unii.

Sledování nákladů

Náklady na výrobu vodíku podle zdroje výroby, 2018

S klesajícími náklady na solární fotovoltaiku a výrobu větru by se stavba elektrolyzérů v lokalitách s vynikajícími podmínkami obnovitelných zdrojů mohla stát levnou možností dodávek vodíku, a to i po zohlednění přenosových a distribučních nákladů na přepravu vodíku z (často vzdálených) míst obnovitelných zdrojů. koncovým uživatelům.

• Používání vodíku dnes dominuje průmysl, a to: rafinace ropy, výroba čpavku, výroba metanolu a výroba oceli. Prakticky všechen tento vodík je dodáván pomocí fosilních paliv, takže existuje významný potenciál pro snížení emisí z čistého vodíku.
• In dopravuKonkurenceschopnost automobilů na vodíkové palivové články závisí na nákladech na palivové články a čerpacích stanicích, zatímco u nákladních vozidel je prioritou snížení dodávané ceny vodíku. Lodní doprava a letectví mají k dispozici omezené možnosti nízkouhlíkových paliv a představují příležitost pro paliva na bázi vodíku.
• In projektů a stavebvodík by mohl být přimícháván do stávajících sítí zemního plynu, s nejvyšším potenciálem ve vícerodinných a komerčních budovách, zejména v hustých městech, zatímco dlouhodobé vyhlídky by mohly zahrnovat přímé použití vodíku ve vodíkových kotlích nebo palivových článcích.
• In generátor elektřinyVodík je jednou z předních možností skladování obnovitelné energie a vodík a čpavek lze použít v plynových turbínách ke zvýšení flexibility energetického systému. Ke snížení emisí by se v uhelných elektrárnách mohl používat i čpavek.

Různá použití vodíku

Vodík je již široce používán v některých průmyslových odvětvích, ale dosud si neuvědomil svůj potenciál podporovat přechody na čistou energii. K dalšímu překonání překážek a snížení nákladů jsou zapotřebí ambiciózní, cílené a krátkodobé akce.

IEA identifikovala čtyři hodnotové řetězce, které nabízejí odrazový můstek příležitosti ke zvýšení nabídky a poptávky po vodíku, a to na základě stávajících průmyslových odvětví, infrastruktury a politik. Vlády a další zainteresované strany budou schopny identifikovat, které z nich nabízejí v nejbližší době největší potenciál v kontextu jejich geografického, průmyslového a energetického systému.

Bez ohledu na to, která z těchto čtyř klíčových příležitostí se využije – nebo jiné hodnotové řetězce, které zde nejsou uvedeny – bude zapotřebí úplný politický balíček pěti výše uvedených oblastí činnosti. Kromě toho budou vlády – na regionální, národní nebo komunitní úrovni – těžit z mezinárodní spolupráce s ostatními, kteří pracují na rozvoji podobných trhů s vodíkem.

Krátkodobé praktické příležitosti pro politickou akci

Shrnutí

Je správný čas využít potenciál vodíku a hrát klíčovou roli v čisté, bezpečné a cenově dostupné energetické budoucnosti. Na žádost japonské vlády v rámci svého předsednictví G20 připravila Mezinárodní energetická agentura (IEA) tuto přelomovou zprávu, která má analyzovat současný stav vodíku a nabídnout vodítko pro jeho budoucí vývoj. Zpráva uvádí, že čistý vodík se v současnosti těší nebývalému politickému a obchodnímu rozmachu, přičemž počet politik a projektů po celém světě rychle roste. Dochází k závěru, že nyní je čas rozšířit technologie a snížit náklady, aby se vodík mohl široce používat. Pragmatická a praktická doporučení vládám a průmyslu, která jsou poskytnuta, umožní plně využít této rostoucí dynamiky.

Vodík může pomoci řešit různé kritické energetické výzvy. Nabízí způsoby, jak dekarbonizovat řadu odvětví – včetně dálkové dopravy, chemikálií a železa a oceli – kde se ukazuje, že je obtížné smysluplně snížit emise. Může také pomoci zlepšit kvalitu ovzduší a posílit energetickou bezpečnost. Navzdory velmi ambiciózním mezinárodním klimatickým cílům je globální CO2 související s energetikou₂ emise dosáhly v roce 2018 nejvyšší úrovně. Znečištění venkovního ovzduší také zůstává naléhavým problémem, přičemž každý rok předčasně zemřou přibližně 3 miliony lidí.

Vodík je všestranný. Technologie, které jsou již dnes k dispozici, umožňují vodík vyrábět, skladovat, přemisťovat a využívat energii různými způsoby. Vodík dokáže produkovat široká škála paliv, včetně obnovitelných zdrojů, jádra, zemního plynu, uhlí a ropy. Může být přepravován jako plyn potrubím nebo v kapalné formě pomocí lodí, podobně jako zkapalněný zemní plyn (LNG). Lze jej přeměnit na elektřinu a metan pro napájení domácností a krmivářského průmyslu a na paliva pro automobily, nákladní automobily, lodě a letadla.

Vodík může umožnit obnovitelným zdrojům poskytnout ještě větší příspěvek. Má potenciál pomoci s proměnlivým výkonem z obnovitelných zdrojů, jako je solární fotovoltaika (FV) a vítr, jejichž dostupnost není vždy dobře přizpůsobena poptávce. Vodík je jednou z předních možností skladování energie z obnovitelných zdrojů a vypadá slibně jako nejlevnější možnost skladování elektřiny na dny, týdny nebo dokonce měsíce. Vodíková a vodíková paliva mohou přenášet energii z obnovitelných zdrojů na velké vzdálenosti – z regionů s bohatými solárními a větrnými zdroji, jako je Austrálie nebo Latinská Amerika, do energeticky náročných měst vzdálených tisíce kilometrů.

V minulosti se u vodíku vyskytly chybné starty; tentokrát to může být jiné. Nedávné úspěchy solárních PV, větrných elektráren, baterií a elektrických vozidel ukázaly, že politika a technologické inovace mají sílu vybudovat globální průmysl čisté energie. Vzhledem k tomu, že se globální energetický sektor neustále mění, přitahuje všestrannost vodíku větší zájem ze strany různorodé skupiny vlád a společností. Podpora přichází od vlád, které dovážejí a vyvážejí energii, stejně jako dodavatelé elektřiny z obnovitelných zdrojů, výrobci průmyslového plynu, energetické a plynárenské společnosti, automobilky, ropné a plynárenské společnosti, velké strojírenské firmy a města. Investice do vodíku mohou pomoci podpořit nový technologický a průmyslový rozvoj v ekonomikách po celém světě a vytvořit kvalifikovaná pracovní místa.

Vodík lze využít mnohem šířeji. Dnes se vodík používá především při rafinaci ropy a při výrobě hnojiv. Aby mohla významně přispět k přechodu na čistou energii, musí být přijata také v odvětvích, kde v současnosti téměř zcela chybí, jako je doprava, budovy a výroba elektřiny.

Čisté, široké využití vodíku při globálních energetických přechodech však čelí několika výzvám:

• Výroba vodíku z nízkouhlíkové energie je v současnosti nákladná. Analýza IEA zjistila, že náklady na výrobu vodíku z obnovitelné elektřiny by mohly do roku 30 klesnout o 2030 % v důsledku klesajících nákladů na obnovitelné zdroje a zvyšování výroby vodíku. Palivové články, tankovací zařízení a elektrolyzéry (které vyrábějí vodík z elektřiny a vody), to vše může těžit z hromadné výroby.
• Rozvoj vodíkové infrastruktury je pomalý a brání širokému přijetí. Ceny vodíku pro spotřebitele do značné míry závisí na počtu čerpacích stanic, jak často jsou využívány a kolik vodíku je denně dodáno. Řešení tohoto problému bude pravděpodobně vyžadovat plánování a koordinaci, která spojí národní a místní vlády, průmysl a investory.
• Vodík je dnes téměř výhradně dodáván ze zemního plynu a uhlí. Vodík je již s námi v průmyslovém měřítku po celém světě, ale jeho produkce je zodpovědná za roční emise CO2 ekvivalentní emisím Indonésie a Spojeného království dohromady. Využití tohoto stávajícího rozsahu na cestě k budoucnosti čisté energie vyžaduje jak zachycování CO2 z výroby vodíku z fosilních paliv, tak větší dodávky vodíku z čisté elektřiny.
• Předpisy v současnosti omezují rozvoj průmyslu čistého vodíku. Vláda a průmysl musí spolupracovat, aby zajistily, že stávající předpisy nebudou zbytečnou překážkou pro investice. Obchod bude těžit ze společných mezinárodních norem pro bezpečnost přepravy a skladování velkých objemů vodíku a pro sledování dopadů různých dodávek vodíku na životní prostředí.

IEA identifikovala čtyři krátkodobé příležitosti k posílení vodíku na cestě k jeho čistému a širokému využití. Zaměření se na tyto odrazové můstky v reálném světě by mohlo pomoci vodíku dosáhnout potřebného rozsahu ke snížení nákladů a snížení rizik pro vlády a soukromý sektor. Zatímco každá příležitost má odlišný účel, všechny čtyři se také vzájemně posilují.

1. Udělejte z průmyslových přístavů nervová centra pro rozšíření používání čistého vodíku. Dnes je již velká část rafinace a výroby chemikálií využívajících vodík na bázi fosilních paliv soustředěna v pobřežních průmyslových zónách po celém světě, jako je Severní moře v Evropě, pobřeží Mexického zálivu v Severní Americe a jihovýchodní Čína. Povzbuzení těchto závodů k přechodu na čistší výrobu vodíku by snížilo celkové náklady. Tyto velké zdroje dodávek vodíku mohou také pohánět lodě a nákladní auta obsluhující přístavy a pohánět další průmyslová zařízení v blízkosti, jako jsou ocelárny.
2. Stavte na stávající infrastruktuře, jako jsou miliony kilometrů plynovodů na zemní plyn. Zavedení čistého vodíku, který nahradí pouhých 5 % objemu dodávek zemního plynu v jednotlivých zemích, by výrazně zvýšilo poptávku po vodíku a snížilo náklady.
3. Rozšířit vodík v dopravě prostřednictvím vozových parků, nákladní dopravy a koridorů. Díky pohonu aut, nákladních vozidel a autobusů s vysokým počtem kilometrů k přepravě cestujících a zboží po oblíbených trasách může být vozidla s palivovými články konkurenceschopnější.
4. Spusťte první mezinárodní přepravní trasy obchodu s vodíkem. Poučení z úspěšného růstu globálního trhu LNG lze využít. Mezinárodní obchod s vodíkem musí začít brzy, pokud má mít dopad na globální energetický systém.

Mezinárodní spolupráce je nezbytná pro urychlení růstu všestranného, ​​čistého vodíku po celém světě. Pokud budou vlády pracovat na rozšíření vodíku koordinovaným způsobem, může to pomoci podnítit investice do továren a infrastruktury, které sníží náklady a umožní sdílení znalostí a osvědčených postupů. Obchod s vodíkem bude těžit ze společných mezinárodních norem. Jako globální energetická organizace, která pokrývá všechna paliva a všechny technologie, bude IEA pokračovat v poskytování přísných analýz a politických doporučení na podporu mezinárodní spolupráce a na efektivní sledování pokroku v nadcházejících letech.

Jako plán pro budoucnost nabízíme sedm klíčových doporučení, která pomohou vládám, společnostem a dalším využít této příležitosti a umožnit čistému vodíku naplnit svůj dlouhodobý potenciál.

7 klíčových doporučení IEA pro zvýšení objemu vodíku

1. Stanovit roli vodíku v dlouhodobých energetických strategiích. Národní, regionální a městské vlády mohou řídit budoucí očekávání. Společnosti by také měly mít jasné dlouhodobé cíle. Mezi klíčové sektory patří rafinerie, chemikálie, železo a ocel, nákladní a dálková doprava, stavebnictví a výroba a skladování energie.
2. Stimulovat komerční poptávku po čistém vodíku. Technologie čistého vodíku jsou dostupné, ale náklady zůstávají náročné. K podpoře investic dodavatelů, distributorů a uživatelů jsou zapotřebí politiky, které vytvoří udržitelné trhy pro čistý vodík, zejména za účelem snížení emisí z vodíku na bázi fosilních paliv. Rozšiřováním dodavatelských řetězců mohou tyto investice vést ke snížení nákladů, ať už jde o nízkouhlíkovou elektřinu nebo fosilní paliva se zachycováním, využitím a skladováním uhlíku.
3. Řešit investiční rizika těch, kdo nastoupí jako první. Nové aplikace pro vodík, stejně jako projekty dodávek čistého vodíku a infrastruktury, stojí v nejrizikovějším bodě křivky zavádění. Cílené a časově omezené půjčky, záruky a další nástroje mohou soukromému sektoru pomoci investovat, učit se a sdílet rizika a odměny.
4. Podporujte výzkum a vývoj s cílem snížit náklady. Vedle snižování nákladů z úspor z rozsahu je výzkum a vývoj zásadní pro snížení nákladů a zlepšení výkonu, včetně palivových článků, paliv na bázi vodíku a elektrolyzérů (technologie, která vyrábí vodík z vody). Vládní akce, včetně využívání veřejných prostředků, jsou zásadní pro stanovení výzkumné agendy, riskování a přilákání soukromého kapitálu pro inovace.
5. Odstraňte zbytečné regulační překážky a harmonizujte normy. Vývojáři projektů čelí překážkám, kdy jsou předpisy a požadavky na povolení nejasné, nevhodné pro nové účely nebo nekonzistentní napříč sektory a zeměmi. Klíčové je sdílení znalostí a harmonizace norem, a to i pro zařízení, bezpečnost a certifikaci emisí z různých zdrojů. Složité dodavatelské řetězce vodíku znamenají, že vlády, společnosti, komunity a občanská společnost musí pravidelně konzultovat.
6. Zapojte se na mezinárodní úrovni a sledujte pokrok. Posílená mezinárodní spolupráce je zapotřebí plošně, ale zejména v oblasti norem, sdílení osvědčených postupů a přeshraniční infrastruktury. Produkci a využití vodíku je třeba pravidelně monitorovat a podávat zprávy, aby bylo možné sledovat pokrok směrem k dlouhodobým cílům.
7. Zaměřte se na čtyři klíčové příležitosti k dalšímu zvýšení dynamiky v příštím desetiletí. Na základě současných politik, infrastruktury a dovedností mohou tyto vzájemně se podporující příležitosti pomoci rozšířit rozvoj infrastruktury, zvýšit důvěru investorů a snížit náklady:

• Využijte co nejvíce stávajících průmyslových přístavů a ​​proměňte je v centra pro levnější vodík s nízkým obsahem uhlíku.
• Využijte stávající plynárenskou infrastrukturu k podpoře nových dodávek čistého vodíku.
• Podporujte dopravní flotily, nákladní dopravu a koridory, aby byla vozidla na palivové články konkurenceschopnější.
• Vytvořte první lodní trasy, abyste nastartovali mezinárodní obchod s vodíkem.

Projekty zeleného vodíku, přestože jsou slibné, se stále potýkají s technologickými a geopolitickými nejistotami, finančními omezeními a obavami o životní prostředí.

Ve zkratce

• Zelený vodík má potenciál hrát hlavní roli v zeleném přechodu
• Technické, ekologické nebo regulační problémy by mohly vykolejit nové projekty
• Globální hráči jako EU, Čína a USA se liší ve svých rozvojových strategiích

Čistý vodík má potenciál pomoci snížit emise uhlíku, zejména v odvětvích, která se obtížně dekarbonizují, jako je těžká výroba a energeticky náročná průmyslová odvětví, jako je ocel nebo chemický průmysl. Objevuje se také jako klíčové řešení pro skladování elektřiny, řešící problémy s přerušováním větrné a solární energie. V současnosti je však jeho primární využití v tradičních rafinérských a průmyslových aplikacích. Vyrábí se většinou za použití fosilních paliv, což nenabízí žádné skutečné a udržitelné klimatické výhody.

Potenciál vodíku jako čistého zdroje energie

V roce 2021 činila celosvětová poptávka po vodíku 94 milionů tun, což představuje asi 2.5 procenta světové spotřeby energie. Mezinárodní energetická agentura (IEA) předpověděla v roce 2022, že tato poptávka vzroste do roku 115 na pouhých 2030 milionů tun, přičemž z nových aplikací budou méně než 2 miliony tun. Do roku 2050 by však globální trh s vodíkem mohl vzrůst a dosáhnout 600–650 milionů tun, což by potenciálně uspokojilo více než 20 procent globálních energetických potřeb.

Do roku 2030 mají jak poptávka, tak produkce vodíku mírný růst, který potenciálně vyrovná spotřebu 14 miliard metrů krychlových zemního plynu ročně, 20 milionů tun uhlí a 360,000 12 barelů ropy denně. Ročně by se mohlo vyvézt přibližně 30 milionů tun vodíku. K dosažení plánované výroby čistého vodíku 1 milionů tun z dnešního čísla méně než 170 milion tun je zapotřebí investice ve výši XNUMX miliard USD do elektrolyzérů a projektů zachycování, využití a skladování uhlíku (CCUS).

V roce 2020 tento autor zdůraznil rizika vnímání vodíku jako okamžitého všeléku kvůli současné neefektivitě elektrolýzy a energeticky náročnému procesu přeměny vodíku na syntetická paliva. Výroba vodíku vede k 45-60% ztrátě energie v procesu dodavatelského řetězce. Přeměna elektřiny na vodík má za následek 25procentní ztrátu energie a energie ve vodíku je zhruba o 60 procent méně účinná ve srovnání se zkapalněným zemním plynem kvůli jeho nižší energetické hustotě.

Národní a regionální vodíkové strategie

Do roku 2020 Německo i Evropská unie uznaly, že jejich vodíkové strategie budou vyžadovat značný dovoz. V roce 2022 EU zdvojnásobila svůj cíl výroby obnovitelného vodíku do roku 2030 z 5 milionů tun na 10 milionů tun a také plánuje do roku 10 dovézt dalších 2030 milionů tun. Dovoz tohoto množství vyžaduje téměř 500 terawatthodin obnovitelné elektřiny, což odpovídá 14 procentům celou spotřebu elektřiny v EU.

Fakta a čísla

Projekce globálních dodávek zemního plynu a vodíku ve scénáři s nulovými čistými emisemi

Mimo Evropu národy jako Japonsko a Austrálie v rámci svého projektu Hydrogen Energy Supply Chain (HESC) ukázaly preference nejen pro zelený vodík – odvozený z obnovitelných zdrojů a elektrolýzy – ale také pro „čistý“ modrý vodík, který obsahuje CCUS. Komerční životaschopnost a vhodnost těchto projektů vzhledem k vyšším přepravním nákladům však zůstává prozatím nejasná.

Zvládnou stávající plynovody vodík?

Výzkum evropského plynárenského průmyslu ukazuje, že současné sítě plynovodů lze z velké části přeměnit pro přepravu vodíku. Použití těchto stávajících potrubí může snížit investiční náklady o 50–80 procent ve srovnání s výstavbou nových. Evropa očekává, že do roku 2040 bude mít přibližně 39,700 XNUMX km rozšířené infrastruktury vodíkových potrubí, která spojí nákladově efektivní výrobní oblasti s exportními destinacemi.

Kromě toho konsorcium plynárenských společností z Německa, Rakouska a Itálie plánuje 3,300 kilometrů dlouhý plynovod spojující severní Afriku s Itálií, Rakouskem a Německem. Španělsko a Francie se zabývají projektem H2Med – podvodním potrubím pokrývajícím jejich země, které má přepravovat vodík ze Španělska do Francie přes Středozemní moře.

Více od Franka Umbacha

Energie 30. března 2023

Bezpečnost dodávek LNG v Evropské unii

je vedoucí výzkumu na EUCERS/CASSIS, University of Bonn.
Energie 16. března 2023

Zajištění dodávek elektřiny do EU

je vedoucí výzkumu na EUCERS/CASSIS, University of Bonn.

Nedávná německá studie hodnotila přes 30 ocelí a zjistila, že jejich výkon při přepravě vodíku za standardních provozních podmínek v sítích pro dodávky plynu se neliší od výkonu zemního plynu. Směšovací poměr 20 procent vodíku by mohl vést k 6procentnímu snížení emisí CO2.

Nedávná americká studie, která se ponořila do mísení vodíku se zemním plynem a zvažovala různé materiálové, ekonomické a provozní faktory, však nabádá k opatrnosti. Naznačil potenciální úskalí a poznamenal, že vodík může snadno pronikat pevnými kovy, takže ocel potrubí je náchylnější k praskání.

Výzvy při přepravě kapalného vodíku

Pokud jde o přepravu nízkouhlíkového paliva, vodík může být přepravován jako kapalný vodík (LH2), čpavek (NH3) nebo jako kapalný organický nosič vodíku (LOHC) na různé vzdálenosti. McKinsey odhaduje, že z předpokládaných 660 milionů tun požadovaných do roku 2050 k dosažení cílů EU v oblasti klimatu bude 400 milionů tun vyžadovat přepravu na dlouhé vzdálenosti. U tras přesahujících 2,000 2,500–XNUMX XNUMX kilometrů se námořní doprava jeví jako nákladově nejefektivnější volba.

Ve srovnání se zemním plynem se kapalný vodík snadněji skladuje, ale představuje více technologických problémů, včetně potřeby udržovat teplotu -253 stupňů Celsia, aby se zabránilo vyvaření, což je výrazně nižší teplota ve srovnání s -162 stupni Celsia u LNG. Přeprava na velké vzdálenosti může vést ke ztrátě více než 30 procent energie a v některých případech – například na 9,000 40 kilometrů dlouhé lodní trase – může dojít ke ztrátě až XNUMX procent kvůli varu a spotřebě paliva pro pohon, což je údaj, téměř devětkrát vyšší než u přepravy LNG.

Další energetické ztráty ve výši asi 5 procent nastávají během dodávky a zpětného zplynování na terminálech pro dovoz vodíku. Země jako Japonsko, Austrálie a Saúdská Arábie silně sázejí na čpavek jako praktičtější nízkouhlíkové palivo kvůli jeho mírnějším požadavkům na chlazení (-33 stupňů Celsia) a stávajícím možnostem dopravy. Japonsko podporuje přechod v zemích jihovýchodní Asie od uhlí k čpavku, aby snížilo emise uhlíku bez uzavření stávajících uhelných elektráren. Vysoké náklady spojené se značnými rychlostmi spoluspalování čpavku však omezují jeho současnou proveditelnost.

Finanční omezení a investiční strategie

Vývoj zeleného vodíku vyžaduje rozšíření solárních a větrných elektráren pro proces výroby elektrolytického vodíku, což vyžaduje značné náklady. Například dovybavení terminálu LNG pro manipulaci s čpavkem vyžaduje o 11–20 procent vyšší investice než výstavba nového, zatímco zásobník vodíku může stát o 50 procent více než jeho protějšek na LNG.

V Africe, kde je většina místních energetických firem finančně omezena, jsou zásadní zahraniční investice. Afrika Green Hydrogen Alliance, zahrnující země jako Egypt a Jižní Afrika, potřebuje do roku 450 odhadem 900–2050 miliard dolarů na vodíkové projekty. Technologické nejistoty přiměly investory k opatrnosti, ačkoli nedávné iniciativy, jako jsou nové daňové úlevy vlády Spojených států na projekty čistého vodíku a „vodíková banka“ navržená Evropskou komisí usiluje o posílení důvěry investorů a podporu rozvoje vodíku.

Fakta a čísla

Globální délka vodíkového potrubí ve scénáři s nulovými čistými emisemi

Obavy z nedostatku vody

V EU jsou pro produkci zeleného vodíku optimální slunečné regiony jako Španělsko a Itálie, stejně jako severní Afrika. EU rozšířila své vodíkové „partnerství rovných“ do zemí Afriky a Jižní Ameriky. Snaží se diverzifikovat své budoucí dovozy vodíku, aby zabránila novým geopolitickým závislostem, respektovala dekarbonizační zájmy svých partnerských zemí a vyvarovala se koloniálních chyb – na rozdíl od čínského „neokoloniálního uchvacování zdrojů“. Rozsáhlá výroba zeleného vodíku by však mohla zhoršit stávající problémy s nedostatkem vody v Africe a na Středním východě a potenciálně poškodit zemědělskou produkci, zejména ve vnitrozemských oblastech.

Pobřežní státy začleňují do svých vodíkových projektů odsolovací zařízení, ale ty jsou nákladné a energeticky náročné, což může způsobit další ekologické problémy v okolních vodách. V současné době se více než 70 procent plánovaných projektů zeleného vodíku nachází v oblastech s nedostatkem vody, včetně USA (33 projektů plánovaných vodíkových uzlů), na Středním východě a v Africe, což představuje zásadní výzvu pro udržitelnou výrobu vodíku.

Scénáře

Technologický vývoj

V posledních letech se díky technologickému pokroku stala výroba, skladování a zavádění vodíku ekonomičtější. Některé prognózy uvádějí, že čistý vodík by mohl do roku 2050 pokrýt téměř čtvrtinu celosvětových energetických potřeb. Očekává se, že do roku 2030 bude zelený vodík cenově srovnatelný s modrým vodíkem, přičemž náklady mohou klesnout o 60 procent oproti hodnotám z roku 2020. Spekulovaná kapacita instalovaného elektrolyzéru 134–240 GW do roku 2030 bude klíčová pro pohon rozšířených dodavatelských řetězců po roce 2030.

Známky této zelené revoluce jsou již patrné. Například první dodávka kapalného vodíku byla doručena z Austrálie do Japonska počátkem roku 2022. Inovace v leteckém průmyslu naznačují, že do roku 2025–2026 by se mohla objevit letadla s dodatečným vybavením vodíkem, která by využívala motory poháněné přímo vodíkem.

V Austrálii byla vyvinuta nová technika elektrolýzy, která by mohla zvýšit účinnost ze 75 procent na ohromujících 95 procent. To by mohlo učinit zelený vodík ekonomicky konkurenceschopným s modrým vodíkem dříve, než se předpokládá v roce 2030. Počáteční známky ukazují, že gigatovárna na elektrolýzu může zahájit provoz do roku 2025, což naznačuje klesající ceny kapacity elektrolýzy.

Strategie Číny

Zatímco EU, Japonsko, Austrálie a USA ambiciózně prosazují vodík, čínské předpovědi vývoje vodíku se zdají být odměřenější a diverzifikují své energetické možnosti. Budoucí projekce Pekingu předpokládají 5 procent vodíku do roku 2030, přičemž do roku 10 vzrostou na 2050 procent jeho celkové spotřeby energie. Do roku 2035 počítá s komplexním průmyslem vodíkové energetiky. Do roku 2030 Čína předpokládá téměř ztrojnásobení svých solárních a větrných elektráren na 3.3 terawatthodin, což již představuje 30 procent celosvětové instalované solární kapacity prostřednictvím strategického snižování nákladů a dotací.

Ačkoli se očekává, že vývoj vodíku v Číně do konce tohoto desetiletí postupně poroste o přibližně 11–20 procent, jeho tempo se může ve 2030. letech 90. století zrychlit a do roku 2060 se potenciálně vyšplhat až na XNUMX milionů tun, aby bylo v souladu s její ambicí nulových čistých emisí. Na rozdíl od EU zahrnuje budoucí přístup Číny pragmatickou směs vodíkových projektů, které využívají své zásoby uhlí pomocí CCUS. S kontrolou nad kritickými surovinami životně důležitými pro elektrolýzu, jako je nikl a kovy ze skupiny platiny, by čínská pozice mohla ovlivnit globální závislosti a svázat je blíže k jejím ekonomickým a politickým cílům.

Regulační překážky

Globální nadšení pro vodík je hmatatelné, ale v těchto projekcích se vlády a průmysl mohou přiklonit k umírněnější perspektivě. Mnoho evropských vodíkových iniciativ zůstává nejistých kvůli nejasným předpisům a rozdílným normám v celé Evropě. Nedostatek standardizace na celém světě může působit jako překážka pro mezinárodní obchod s vodíkem. IEA doporučuje vládám, aby se zaměřily na standardizované procesy, aby se zabránilo fragmentaci trhu a urychlila průmyslová dekarbonizace. V současné době byla zprovozněna pouhá 4 procenta celosvětově ohlášených nízkoemisních vodíkových projektů, nebo byla schválena závěrečnými investičními uzly, které tyto překážky zdůrazňují.

Zaregistrujte se k odběru novinek

Získejte informace od našich odborníků každý týden do vaší schránky.