10 πράγματα που πρέπει να ξέρετε για το υδρογόνο

LISTICLE

Η ΕΕ και η Γερμανία στοχεύουν να είναι κλιματικά ουδέτερες έως το 2050 και το 2045, αντίστοιχα. Αυτή η δέσμευση για κλιματική ουδετερότητα σημαίνει ότι εναλλακτικές λύσεις μηδενικών εκπομπών θα αντικαταστήσουν τις διαδικασίες και τα προϊόντα έντασης εκπομπών. Μια ενεργειακή εναλλακτική λύση είναι το φιλικό προς το κλίμα υδρογόνο. Ωστόσο, το υδρογόνο δεν είναι κάτι θαυματουργό, κατάλληλο για όλα, το οποίο θα λύσει αμέσως τα πάντα. Είναι πολύ ακριβό και δύσκολο να παραχθεί, για να ισχύει κάτι τέτοιο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η χρήση της συνηθισμένης ηλεκτρικής ενέργειας είναι φθηνότερη και λογικότερη.

Green hydrogen gas molecule H2. Green hydrogen energy generation with renewable energy, sustainable alternative clean hydrogen H2 green energy, the fuel of the future industry, 3D background

1. Τι είναι το υδρογόνο;

Το υδρογόνο είναι ένα χημικό στοιχείο με πολλές δυνατότητες. Στη Γη δεν εμφανίζεται σχεδόν ποτέ στην καθαρότερη μορφή του, αλλά πρέπει να εξάγεται από ενώσεις με άλλα στοιχεία. Και αυτή είναι μια διαδικασία που απαιτεί πολλή ενέργεια. Το υδρογόνο μπορεί να υποστεί περαιτέρω επεξεργασία δίνοντας διάφορα προϊόντα επόμενου σταδίου (κατάντη προϊόντα) στα οποία περιλαμβάνονται συνθετικοί φορείς ενέργειας με βάση το υδρογόνο και τα λεγόμενα «ηλεκτρικά καύσιμα», όπως η μεθανόλη, η αμμωνία, το συνθετικό μεθάνιο και τα συνθετικά καύσιμα.

2. Ποια η σχέση του υδρογόνου με την κλιματική ουδετερότητα;  

Το υδρογόνο μπορεί να συμβάλει ώστε οι διαδικασίες και τα προϊόντα έντασης εκπομπών να καταστούν μηδενικών ή, τουλάχιστον, χαμηλών εκπομπών.  Δεδομένου ότι η Γερμανία πρέπει να έχει ουδέτερο ισοζύγιο άνθρακα έως το 2045, τέτοιες διεργασίες και προϊόντα έχουν, πλέον, μεγάλη ζήτηση. Γιατί η βιομηχανία θα χρειαστεί χρόνια για να πραγματοποιήσει αυτή τη μετάβαση. Είναι θέμα μακροπρόθεσμων επενδύσεων και, σε ορισμένες περιπτώσεις, οι εταιρείες θα πρέπει να κατασκευάσουν νέες εγκαταστάσεις. Επιπλέον, οι βιομηχανίες απαιτούν εποικοδομητικούς όρους από τους φορείς χάραξης πολιτικής· θέλουν να γνωρίζουν ότι αξίζει τον κόπο να γίνουν επενδύσεις σε νέες, φιλικές προς το κλίμα εγκαταστάσεις και επιχειρηματικά μοντέλα.

Το υδρογόνο μπορεί να βοηθήσει να γίνουν ορισμένα προϊόντα και διαδικασίες έντασης εκπομπών –τα οποία οι σύγχρονες κοινωνίες μας δεν θέλουν ή δεν μπορούν να εγκαταλείψουν– φιλικά προς το κλίμα.

Το υδρογόνο είναι μία σημαντική τεχνολογία για την προστασία του κλίματος. Είναι παραπλανητικό να προσποιούμαστε ότι μπορεί να λύσει όλα τα κλιματικά προβλήματα και ότι είναι μια θαυματουργή τεχνολογία. Εξάλλου, σε πολλούς τομείς υπάρχουν φθηνότερες εναλλακτικές λύσεις για τη μείωση των εκπομπών, ενώ και για οικονομικούς και τεχνικούς λόγους η διαθεσιμότητά του θα είναι περιορισμένη.

3. Ποια η σχέση του υδρογόνου με την παραγόμενη από ανανεώσιμες πηγές ηλεκτρική ενέργεια;

Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι διττή:

Πρώτον: Χρειάζεται ανανεώσιμη ενέργεια για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου.

Το πράσινο υδρογόνο λαμβάνεται μέσω ηλεκτρόλυσης: Το νερό (H2O) διασπάται στα συστατικά του, υδρογόνο (H) και οξυγόνο (O), και αυτή η διαδικασία διάσπασης απαιτεί πράσινη ηλεκτρική ενέργεια. Κάποιοι μπορεί να το θυμούνται ακόμα αυτό, από τα μαθήματα χημείας. Μοιάζει κάπως έτσι:

Gif Hydrogen/Oxygen
https://thumbs.gfycat.com/CornyEqualGuernseycow-size_restricted.gif

Για την ίδια την ηλεκτρόλυση δεν έχει σημασία εάν η ηλεκτρική ενέργεια προέρχεται από σταθμό ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα ή από ανεμογεννήτρια. Για την προστασία του κλίματος και τη διατήρηση των μέσων διαβίωσής μας, όμως, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιείται κατά κανόνα μόνο ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια στη διαδικασία παραγωγής (παραγόμενη κυρίως από αιολική και ηλιακή ενέργεια).

Δεύτερον: Υπάρχει η δυνατότητα να αποθηκευτεί καθαρή ηλεκτρική ενέργεια σε αέριο υδρογόνο και να μετατραπεί το υδρογόνο ξανά σε ηλεκτρική ενέργεια.

Στην περίπτωση παραγωγής αέριου υδρογόνου, το αέριο αυτό λειτουργεί ως σύστημα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας. Τέτοια συστήματα αποθήκευσης θα καταστούν σημαντικά όταν το μερίδιο των ευμετάβλητων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο μείγμα ηλεκτρικής ενέργειας θα είναι πολύ υψηλό.

Σε αυτές τις διαδικασίες αποθήκευσης και μετατροπής χάνεται πάντα πολλή ενέργεια. Επομένως, είναι ενεργειακά αποδοτικότερο, και συνήθως φθηνότερο, να χρησιμοποιείται η ηλεκτρική ενέργεια απευθείας.

Η ακόλουθη εικόνα απεικονίζει τον τρόπο με τον οποίο η παραγόμενη από ανανεώσιμες πηγές ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα ή έμμεσα.

Schematic diagram of the hydrogen reconversion pathway
Εικόνα από:https://bit.ly/3t1ILBL.

 

Τρία βήματα για να γίνει το υδρογόνο ένα σύστημα αποθήκευσης πράσινης ενέργειας:

  1. Ηλεκτρόλυση με νερό και ηλεκτρική ενέργεια παραγόμενη από ανανεώσιμες πηγές (Elektrolyse)

  2. Αποθήκευση του αέριου υδρογόνου (Transport und Speicherung)

  3. Μετατροπή του υδρογόνου ξανά σε ηλεκτρική ενέργεια (Rückverstromung).

4. Πράσινο και μπλε: Τι σημαίνουν τα χρώματα για το υδρογόνο;

Το ίδιο το υδρογόνο δεν έχει χρώμα. Τα χρώματα αντιπροσωπεύουν τις διαδικασίες και τις πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του. Μόνο το πράσινο υδρογόνο, το οποίο παράγεται με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δεν εκπέμπει σχεδόν καθόλου ρύπους. Φυσικά, μπορεί να προκύψουν εκπομπές κατά την κατασκευή των εγκαταστάσεων. Ωστόσο, όλα τα εργοστάσια και τα κτίρια φέρουν αυτό το είδος «ενσωματωμένης» ενέργειας και εκπομπών.

Το μπλε υδρογόνο, όπως και το γκρι, βασίζεται στο φυσικό αέριο. Επειδή το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) δεν εισέρχεται (αμέσως) στην ατμόσφαιρα κατά την παραγωγή του μπλε υδρογόνου, αλλά αποθηκεύεται «υπόγεια», χαρακτηρίζεται ως κλιματικά ουδέτερο. Ωστόσο, ο χαρακτηρισμός είναι αμφιλεγόμενος, καθώς η χρήση φυσικού αερίου προκαλεί πρόσθετες εκπομπές. Επιπλέον, δεν υπάρχουν, μέχρι στιγμής, εγκαταστάσεις που να μπορούν να παράγουν μπλε υδρογόνο σε μεγάλη κλίμακα.

Το ροζ και το κίτρινο υδρογόνο, όπως και το πράσινο, παράγονται μέσω ηλεκτρικής ενέργειας και ηλεκτρόλυσης. Η διαφορά έγκειται στην προέλευση αυτής της ηλεκτρικής ενέργειας. Το ροζ υδρογόνο παράγεται από πυρηνική ενέργεια, ενώ το κίτρινο από την ηλεκτρική ενέργεια του δικτύου: ένα μείγμα ορυκτής, ανανεώσιμης και πυρηνικής ενέργειας.

5. Γιατί το μπλε υδρογόνο είναι αμφιλεγόμενο;

Ακόμα και αν το μεγαλύτερο μέρος του CO2 συλλεγόταν και διοχετευόταν υπόγεια μετά την παραγωγή υδρογόνου, θα εξακολουθούσαν να υπάρχουν οι κλιματικά επιβλαβείς εκπομπές οι οποίες προκύπτουν κατά την εξόρυξη και τη μεταφορά του φυσικού αερίου, γνωστές ως «ανάντη εκπομπές». Το πρόβλημα είναι το μεθάνιο, το μεγαλύτερο συστατικό του φυσικού αερίου. Όταν το μεθάνιο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα, είναι 28 φορές πιο επιβλαβές για το κλίμα από ό,τι το CO2 σε διάρκεια εκατό ετών, ενώ σε διάστημα 20 ετών η επίδρασή του είναι 84 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του CO2. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πολλές περιβαλλοντικές οργανώσεις, μεταξύ άλλων, επικρίνουν το μπλε υδρογόνο.

Πολλοί ειδικοί και μεγάλα τμήματα της βιομηχανίας υποστηρίζουν ότι το μπλε υδρογόνο είναι απαραίτητο ως ενδιάμεση λύση, έως ότου υπάρξει επαρκής ποσότητα πράσινου υδρογόνου, και ότι είναι ζωτικής σημασίας η κατασκευή εγκαταστάσεων υδρογόνου τώρα· στη βιομηχανία χάλυβα για παράδειγμα. Διατείνονται ότι οι επενδυτικοί κύκλοι διαρκούν πολύ καιρό και ότι πολλές εγκαταστάσεις (παλιές, με λιθάνθρακα) βρίσκονται σήμερα στα πρόθυρα ενός νέου επενδυτικού κύκλου. Ως εκ τούτου, η στιγμή για επενδύσεις και ανάπτυξη της χρήσης υδρογόνου σε νεόδμητες εγκαταστάσεις είναι τώρα και, όταν καταστεί διαθέσιμο επαρκές πράσινο υδρογόνο, θα μπορούσε να γίνει η μετάβαση από το μπλε στο πράσινο.

Ενώ η γερμανική κυβέρνηση αναφέρει στην επίσημη στρατηγική της για το υδρογόνο ότι θέλει να προωθήσει κυρίως το πράσινο υδρογόνο, η ΕΕ αφήνει ανοιχτή την πόρτα για το μπλε υδρογόνο.

6. Ποιος ο ρόλος του υδρογόνου στην κλιματικά ουδέτερη βιομηχανία;

Το υδρογόνο είναι σημαντικό για να καταστούν ορισμένες βασικές βιομηχανικές διαδικασίες κλιματικά ουδέτερες έως το 2045. Στη χημική βιομηχανία, το πράσινο υδρογόνο μπορεί να παράγει πράσινη αμμωνία. Η αμμωνία είναι ένα σημαντικό βασικό υλικό για τη χημική βιομηχανία και η σύνθεσή της είναι η πετροχημική διεργασία με τη μεγαλύτερη ένταση εκπομπών CO2. Έτσι, η πράσινη αμμωνία θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά το αποτύπωμα CO2 της χημικής βιομηχανίας.

Επίσης, το πράσινο υδρογόνο είναι μια βιώσιμη εναλλακτική στη θέση των ορυκτών καυσίμων στην παραγωγή χάλυβα: Ο χάλυβας παράγεται σε υψικαμίνους ή σε εγκαταστάσεις απευθείας αναγωγής. Στην υψικάμινο, το πράσινο υδρογόνο μπορεί να αντικαταστήσει τον άνθρακα έγχυσης, ενώ στην απευθείας αναγωγή χρησιμοποιείται αντί για φυσικό αέριο.

Επειδή είναι τόσο ακριβό και πρέπει να προορίζεται για ειδικούς σκοπούς, το υδρογόνο αναφέρεται μερικές φορές ως 'σαμπάνια της ενεργειακής μετάβασης'.

7. Τι ισχύει για τα αυτοκίνητα με κυψέλες καυσίμου;     

Τα αυτοκίνητα κυψελών καυσίμου κινούνται με υδρογόνο. Βραχυπρόθεσμα και μεσοπρόθεσμα, τα οχήματα αυτά δεν αποτελούν αποτελεσματική επιλογή για τον περιορισμό των εκπομπών στις μετακινήσεις με αυτοκίνητο. Εάν τα αυτοκίνητα είναι απαραίτητα, τότε τα ηλεκτρικά είναι προτιμότερα, καθώς το συνολικό κόστος και η ενεργειακή απόδοσή τους είναι σε καλύτερα επίπεδα. Οι περισσότερες αυτοκινητοβιομηχανίες ποντάρουν σε ηλεκτρικά συστήματα κίνησης με μπαταρίες. Δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου αυτοκίνητα κυψελών καυσίμου στην αγορά, ούτε υπάρχει υποδομή ανεφοδιασμού με υδρογόνο. Αυτή θα πρέπει να αναπτυχθεί, με υψηλό κόστος, το οποίο τελικά θα ανεβάσει τις τιμές καταναλωτή.

Simpsons

Το σύνθημα είναι: 'Πρώτα η ηλεκτροκίνηση'.

8. Και τα συνθετικά καύσιμα;

Για την παραγωγή ηλεκτρικών καυσίμων πραγματοποιείται πρώτα ηλεκτρόλυση: το νερό διασπάται, όπως προαναφέρθηκε, σε υδρογόνο και οξυγόνο. Με την προσθήκη διοξειδίου του άνθρακα παράγεται μεθάνιο και, στη συνέχεια, χρησιμοποιούνται περαιτέρω χημικές διεργασίες για την απόκτηση των επιθυμητών καυσίμων. Τα καύσιμα αυτά είναι χημικά πανομοιότυπα με τη συμβατική βενζίνη, το ντίζελ ή την κηροζίνη, και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο προωθούνται από εκείνους που θέλουν να παραμείνουν στους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Υπάρχει μόνο μία παγίδα: η παραγωγή «πράσινων» ηλεκτρικών καυσίμων απαιτεί πολλή καθαρή ηλεκτρική ενέργεια. Έτσι, είναι πολύ πιο αποδοτικό να χρησιμοποιείται αυτή η ενέργεια απευθείας, για παράδειγμα, σε μια ηλεκτρική μονάδα κίνησης με μπαταρία. Η πολύπλοκη διαδικασία παραγωγής και η χαμηλή διαθεσιμότητα καθιστούν τα ηλεκτρικά καύσιμα πολύ ακριβά. Επί του παρόντος, ένα λίτρο ηλεκτρικών καυσίμων κοστίζει 4,50 ευρώ!

Εάν τα αεροσκάφη τροφοδοτούνται με συνθετική κηροζίνη, που περιραμβάνεται στα κατάντη προϊόντα του υδρογόνου, αυτό μπορεί να κάνει τις πτήσεις κάπως πιο φιλικές προς το κλίμα. Ταυτόχρονα, είναι σημαντικό να ενθαρρυνθούν και άλλες, φιλικές προς το κλίμα, μέθοδοι πτήσεων, όπως η κατασκευή ελαφρύτερων αεροσκαφών, η βελτιστοποίηση των διαδρομών πτήσης κλπ., καθώς και πλήρεις εναλλακτικές λύσεις αντί των πτήσεων, όπως τα ταξίδια με τρένο.

9. Πόση ποσότητα υδρογόνου θα χρειάζεται η Γερμανία στο μέλλον;    

Στη Γερμανία, η ζήτηση υδρογόνου κυμαίνεται, σήμερα, μεταξύ 55 και 60 τεραβατώρων ετησίως.  Πρόκειται, κυρίως, για γκρίζο υδρογόνο, το οποίο παράγεται από φυσικό αέριο και πετρέλαιο. Είναι ιδιαίτερα επιβλαβές για το κλίμα και  δεν έχει θέση σε μια κλιματικά ουδέτερη οικονομία. Η παρακάτω εικόνα δείχνει ένα σενάριο για τη ζήτηση και την παραγωγή υδρογόνου σύμφωνα με τον στόχο της κλιματικής ουδετερότητας έως το 2045. Το σενάριο προβλέπει ένα μείγμα πράσινου και μπλε υδρογόνου το 2030. Έως το 2045, ωστόσο, το πράσινο υδρογόνο θα αντικαταστήσει πλήρως το μπλε υδρογόνο. Η ζήτηση για υδρογόνο και άλλα συνθετικά καύσιμα και πρώτες ύλες θα αυξηθεί απότομα μεταξύ 2030 και 2045.

Co2-free hydrogen generation and use in Germany
Μελέτη «Towards a Climate-Neutral Germany by 2045» (Προς μια κλιματικά ουδέτερη Γερμανία έως το 2045), σ. 26.

Η ζήτηση για (πράσινο) υδρογόνο θα υπερβεί την ποσότητα η οποία μπορεί να παραχθεί στην ίδια τη Γερμανία. Είναι μια χώρα πυκνοκατοικημένη και ο ήλιος δεν λάμπει όλο το χρόνο, δεδομένα που περιορίζουν τις δυνατότητες παραγωγής αιολικής και ηλιακής ενέργειας. Συνεπώς, τα δύο τρίτα του απαιτούμενου υδρογόνου θα πρέπει να εισάγονται, ήδη από το 2030.

10. Τι ισχύει για αυτές τις εισαγωγές υδρογόνου;

Η Γερμανία και άλλα ευρωπαϊκά κράτη στρέφονται προς τις αφρικανικές χώρες για φθηνές εισαγωγές. Αυτή η ζήτηση από τις βιομηχανικές χώρες συνεπάγεται κινδύνους και ευκαιρίες για τις αναπτυσσόμενες και εξαγωγικές χώρες.

Ποιες είναι οι προκλήσεις; Για παράδειγμα: Η ηλεκτρόλυση απαιτεί πολύ καθαρό νερό. Στις ηλιόλουστες χώρες του παγκόσμιου Νότου, το καθαρό νερό τείνει να είναι σπάνιος πόρος. Θα πρέπει να διασφαλιστεί ότι –παρά αυτή την παραγωγή υδρογόνου– υπάρχει ασφαλής παροχή πόσιμου νερού για τους κατοίκους και το περιβάλλον της περιοχής. Το ίδιο ισχύει και για την προμήθεια πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας. Οι πράσινοι σταθμοί παραγωγής ενέργειας θα πρέπει να παράγουν πράσινη ενέργεια για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου αλλά και για ένα πράσινο τοπικό ενεργειακό σύστημα.

Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχει δεσμευτικό κανονιστικό πλαίσιο για τις εισαγωγές (πράσινου) υδρογόνου. Συνεπώς, η Γερμανία και η Ευρώπη έχουν την ευκαιρία να πρωτοστατήσουν και να χρησιμοποιήσουν την ισχύ τους στην αγορά για τη δημιουργία αυστηρών και επαληθεύσιμων προτύπων. Ένα τέτοιο σύνολο κανόνων, σε συνδυασμό με απτές κυρώσεις, θα μπορούσε να βοηθήσει το πράσινο υδρογόνο να γίνει μια πραγματικά βιώσιμη, παγκόσμια επιχείρηση: κοινωνικά δίκαιη, οικολογικά συμβατή και οικονομικά επιτυχημένη. Η ώρα για έξυπνη ρύθμιση είναι τώρα.

 

 

Βιντεοσκόπηση του διαδικτυακού σεμιναρίου «Introduction to Hydrogen #1 - Production and application climate-friendly hydrogen» (Εισαγωγή στο υδρογόνο #1 - Παραγωγή και εφαρμογή υδρογόνου φιλικού προς το κλίμα) στις 13 Οκτωβρίου 2021. Διαθέσιμο με υπότιτλους στα Ελληνικά.

#1 Herstellung und Anwendung von klimafreundlichem Wasserstoff (1/2) - Heinrich-Böll-Stiftung

video-thumbnail Watch on YouTube

Βιντεοσκόπηση του διαδικτυακού σεμιναρίου «Introduction to Hydrogen #2 - Political framework for climate-friendly hydrogen» (Εισαγωγή στο υδρογόνο #2 - Πολιτικό πλαίσιο για φιλικό προς το κλίμα υδρογόνο) στις 14 Οκτωβρίου 2021. Διαθέσιμο με υπότιτλους στα Ελληνικά.

Introduction to Hydrogen (2/2) - Heinrich-Böll-Stiftung

video-thumbnail Watch on YouTube