Proizvodnja vodika može biti skupa i energetski intenzivna, a transport i skladištenje mogu biti teški. Infrastruktura potrebna za potporu širokog usvajanja vodika kao izvora goriva još je daleko od potpunog razvoja. Unatoč svemu, Europa želi biti globalni lider u vodikovom gospodarstvu, posebno ciljajući na obnovljivi vodik kroz REPowerEU.
Sveprisutni H2
Vodik je kemijski element sa simbolom H i atomskim brojem 1. Najlakši je i najzastupljeniji element u svemiru, koji čini oko 75% njegove elementarne mase. Vodik je plin bez boje, mirisa i okusa koji je vrlo zapaljiv i ima najveći sadržaj energije po jedinici težine od svih poznatih goriva. To je građevni element vode, vitalne komponente svakodnevnog života.
Vodik se može koristiti kao gorivo na različite načine, uključujući izgaranje, gorive ćelije i kao sirovina u industrijskim procesima. Prilikom izgaranja, vodik u doticaju s kisikom stvara visoke temperature te se proizvodi velika količina topline koja se može koristiti za proizvodnju električne energije ili pogon vozila. U gorivim ćelijama vodik reagira s kisikom iz zraka kako bi se proizvela električna energija, a voda je jedini nusproizvod. Gorive ćelije često se koriste za automobile, autobuse, pa čak i zrakoplove.
Boje vodika
Industrija koristi općepoznatu tablicu za opisivanje različitih metoda za proizvodnju vodika.
Sivi vodik: Ovo je vodik koji se proizvodi iz prirodnog plina kroz reformiranje metana parom (SMR). To je najčešće korištena metoda proizvodnje vodika, ali također proizvodi značajnu količinu emisija stakleničkih plinova.
Plavi vodik: sličan je sivom vodiku, ali se emisije ugljika iz SMR-a hvataju i pohranjuju ili iskorištavaju, obično tehnologijom hvatanja i skladištenja ugljika (CCS).
Tirkizni vodik: proizvodi se procesom koji se naziva piroliza metana, kojim se metan razgrađuje na vodik i čvrsti ugljik bez emisije CO2. Ovo je tehnologija koja je još uvijek u razvoju i još nije komercijalno dostupna.
Zeleni vodik: proizvodi se procesom elektrolize, korištenjem električne energije iz obnovljivih izvora kao što su solarna energija ili energija vjetra za razdvajanje vode na vodik i kisik. To je najodrživija i ekološki najprihvatljivija metoda proizvodnje vodika.
Žuti vodik: proizvodi se rasplinjavanjem biomase, poput poljoprivrednog otpada, drvne sječke i drugih organskih materijala.
Ljubičasti vodik: proizvodi se procesom elektrolize, ali umjesto korištenja obnovljive električne energije, koristi se električna energija iz nuklearnih elektrana.
Smeđi vodik: proizvodi se rasplinjavanjem ugljena lignita, što je vrlo zagađujuća metoda proizvodnje vodika.
Crni vodik: proizvodi se rasplinjavanjem ugljena, što je metoda proizvodnje vodika koja najviše zagađuje okoliš.
Svaka od ovih boja spektra zagađuje na drugačiji način i u različitoj količini. Više-manje, trenutno se za izdvajanje vodika koriste izvori fosilnih goriva s namjerom da se u budućnosti približe zelenom vodiku kao jedinstvenom po maloj količini zagađenja.
Problem sa svima njima je taj što je izravno spaljivanje prirodnog plina za proizvodnju topline ili električne energije učinkovitije i često manje zagađuje okoliš od pretvaranja u vodikovo gorivo.
Razlog zašto se prirodni plin još uvijek koristi za proizvodnju vodika je taj što je to dobro uhodana metoda i postoji značajna infrastruktura za obradu i transport prirodnog plina. Osim toga, prirodni plin obično je jeftiniji od ostalih sirovina, poput biomase ili električne energije iz obnovljivih izvora. To je uglavnom pitanje praktičnosti.
Jedini (logično!) pravi i ekološki siguran način proizvodnje vodika je “zelena” boja, proizvedena iz električne energije iz obnovljivih izvora. S druge strane, znanstvenici kažu da u praksi i “sive” i “zelene” metode proizvodnje imaju iste količine proizvedenog CO2. Razlika je u tome što iako krajnje količine CO2mogu biti iste, u zelenom vodiku nema unosa fosilnih goriva i to ga dugoročno čini donekle besplatnim.
Ključ za razumijevanje ovoga je u učinkovitosti postrojenja za elektrolizu koja je puno lošija za povremene izvore energije, kao što su vjetar i sunce. Vodik je jednostavno lakše proizvesti uz kontinuiranu vršnu učinkovitost pomoću parnog reformiranja metana.
Troškovi poslovanja
Troškovi proizvodnje vodikovog goriva mogu varirati ovisno o korištenoj proizvodnoj metodi i dostupnosti jeftinih sirovina kao što su prirodni plin ili biomasa. Trenutačno je bez ikakve sumnje cijena proizvodnje vodikovog goriva općenito viša od cijene proizvodnje konvencionalnih goriva poput benzina ili dizela.
Usporedba različitih metoda proizvodnje vodika — Kayfeci, M., Keçebaş, A., & Bayat, M. (2019). Hydrogen production. Solar Hydrogen Production, 45–83. doi:10.1016/b978-0-12-814853-2.00003-5
Lako je uočljivo da je najčišći i najpoželjniji oblik proizvodnje vodika ujedno i najskuplji faktorom x2—x10 u usporedbi s uobičajenom sirovinom. Gledajući na samom početku, bit će to teška bitka za EU da opiše prednosti tako skupog krajnjeg proizvoda s ograničenom praktičnom upotrebom.
Planeri REPowerEU-a su na pravom mjestu, ali stvarnost je snažno protiv takvog ulaganja — osim ako se ne uloži napor na razini cijele Europe da se postigne ovaj zajednički cilj.
Nedostatak infrastrukture
Prema izvješću Europske komisije, od 2021. bilo je više od 200 stanica za točenje vodika u EU, s najvećim koncentracijama u Njemačkoj, Francuskoj i Ujedinjenom Kraljevstvu. Većina tih postaja koncentrirana je u urbanim područjima i duž glavnih prometnih ruta, a još uvijek postoje mnoge regije bez pristupa infrastrukturi za punjenje vodikom.
Kako bi podržao razvoj vodikovog gospodarstva, EU je postavio cilj postavljanja najmanje 40 000 stanica za punjenje vodikom do 2030. godine.
U Europi postoji samo nekoliko cjevovoda za vodik, uključujući cjevovod od 180 km koji ide od Rotterdama u Nizozemskoj do Antwerpena u Belgiji i cjevovod od 160 km koji ide od regije Rhine-Ruhr u Njemačkoj do Kölna. Međutim, u usporedbi s opsežnom izgrađenom mrežom cjevovoda za prirodni plin, postojeća infrastruktura cjevovoda za vodik je ograničena.
Danska i Njemačka nedavno su najavile planove za zajedničku izgradnju cjevovoda za transport vodika između ove dvije zemlje. U neobvezujućem sporazumu, obje zemlje žele zajednički povećati dansku proizvodnju vodika na više od 20 TWh s planiranim kapacitetom elektrolize od 6 GW do 2030. godine.
Za postizanje cilja EU-a proizvodnje, uvoza i transporta 20 milijuna tona vodika do 2030. bit će što je prije moguće ključno ubrzati implementaciju vodikove infrastrukture. Iako je prekogranična vodikova infrastruktura još u ranoj fazi, revidirane transeuropske energetske mreže već su uključile vodikovu infrastrukturu u svoje planiranje i razvoj.
Očekuje se da će za unutarnje cjevovode EU-a za kategoriju primarne vodikove infrastrukture potrebna ukupna ulaganja iznositi otprilike 28-38 milijardi EUR, i otprilike 6-11 milijardi EUR za skladištenje. Podsjetimo, EU se želi riješiti najmanje 35 milijardi kubičnih metara uvezenog prirodnog plina i koristi vodik, bioplin i biometan kako bi to učinila pod svaku cijenu.
Vrlo mali broj automobila koji koriste vodik
Neki europski proizvođači automobila razvijaju vozila s vodikovim gorivim ćelijama. Na primjer, njemački proizvođači automobila BMW i Mercedes-Benz predstavili su ograničen broj vozila s vodikovim gorivim ćelijama, a francuski proizvođač automobila PSA Group (sada Stellantis) također tek razvija tehnologiju vodikovih gorivih ćelija.
Trenutačni svjetski lider u tehnologiji vodikovih gorivih ćelija je Toyota, japanski proizvođač automobila. Oni u Europi nude svoju drugu generaciju vozila na vodikove gorive ćelije pod nazivom Mirai, limuzinu srednje veličine s 4 vrata koju pokreće električni motor koji koristi gorive ćelije za proizvodnju električne energije s dometom od oko 650 km (402 milje) na jednom spremniku vodika.
Toyota je također nedavno predstavila motor s unutarnjim izgaranjem na vodik (HICE) koji koristi vodikovo gorivo bez izraženih problema s dušikovim spojevima koji se obično pojavljuju zbog visokih temperatura izgaranja. Kada vodik oksidira u normalnoj atmosferi, rezultat je vodena para i nema štetnih tvari. Kada se to dogodi unutar HICE-a, tijekom procesa izgaranja to može proizvesti dušikove okside (NOx), i koji mogu reagirati s drugim spojevima u atmosferi i oblikovati štetne dušične spojeve poput dušične kiseline (HNO3) i dušikovog dioksida (NO2).
Nekoliko je razloga zašto proizvođači automobila trenutno ne proizvode više vozila s vodikovim gorivim ćelijama. Jedan od glavnih razloga je visoka cijena proizvodnje tehnologije gorivih ćelija, koja je još uvijek skuplja od tradicionalnih motora s unutarnjim izgaranjem ili baterijskih električnih vozila. Osim toga, u mnogim dijelovima svijeta nedostatak infrastrukture za punjenje vodikom proizvođačima automobila otežava da potrošačima prodaju vozila na gorive ćelije.
Nadalje, baterijska električna vozila trenutačno dobivaju više pozornosti i ulaganja od strane proizvođača automobila, pri čemu se mnogi veliki proizvođači automobila značajno obvezuju na proizvodnju električnih vozila u nadolazećim godinama. Kao rezultat toga, možda će biti manje fokusa i ulaganja u razvoj i proizvodnju vozila s vodikovim gorivnim ćelijama.
Problem kokoši i jajeta s vozilima s vodikovim gorivim ćelijama: proizvođači automobila oklijevaju proizvoditi više ovakvih vozila dok ne postoji robusna infrastruktura postaja za gorivo, ali se razvoj te infrastrukture vjerojatno neće dogoditi dok više vozila s gorivnim ćelijama ne bude na cestama. Ovo je izazovna prepreka koja će, da bi se prevladala, zahtijevati značajna ulaganja i koordinaciju između proizvođača automobila, vlada i privatne industrije.
Ekstremna tehnološka rješenja čine H2 tehnologiju teško dostupnom
Vodik je mala i skliska molekula, lako izlazi kroz svaku brtvu, čak difundira u metale čineći ih lomljivima. Budući da je vodik vrlo lagan, da bi imao značajnu gustoću energije u malom volumenu praktičnom za nošenje u vozilu, mora raditi pod visokim tlakom, koji za tehnologiju IV generacije doseže 700 bara.
Spremnici koji mogu izdržati takve ogromne pritiske i biti otporni na bilo kakvu vanjsku štetu moraju biti izrađeni prema visokim specifikacijama. Takvi spremnici obično imaju kompozitnu strukturu izrađenu od ugljičnih vlakana za krutost, posebne polimere koji sprječavaju istjecanje vodika te vanjski sloj od staklenih vlakana koji ih čine jakima i izdržljivima – što ih ukupno čini teškima i skupima.
S trenutnom tehnologijom dnevno se gubi oko 1 posto vodika pohranjenog u spremnicima. Zbog njegove niske molekularne težine i visoke stope difuzije za vodik su potrebne specijalizirane brtve. Neki često korišteni brtveni materijali za vodikove primjene uključuju elastomere kao što su Viton, Kalrez i Chemraz, kao i metalne brtve poput bakra i aluminija. Vodikove brtve često zahtijevaju specijalizirane površinske završne obrade i premaze kako bi se spriječila vodikova krtost i osigurala dugoročna učinkovitost, što još jednom podiže cijenu gotovog proizvoda.
Elektrode za gorive ćelije izrađene su od rijetkih metala koje je teško nabaviti, kao što su platina, paladij i iridij. Platina je ključna komponenta u slojevima katalizatora mnogih gorivih ćelija, a skupa je i relativno rijetka. Glavni proizvođač platine je Južnoafrička Republika, koja čini približno 75% globalne ponude, dok se ostatak proizvodi u Rusiji, Zimbabveu, Kanadi i Sjedinjenim Državama. Iako su u tijeku istraživanja za smanjenje količine platine potrebne u gorivim ćelijama ili njezinu potpunu zamjenu drugim materijalima, platina je još uvijek vrlo potrebna u proizvodnji automobila s pogonom na vodik.
Potencijal obnovljive energije Europe
U srpnju 2021. Europska komisija usvojila je paket ‘fit for 55’, kojim se ažurira postojeće zakonodavstvo o klimi i energiji kako bi se ispunio novi cilj EU-a o smanjenju emisija stakleničkih plinova za najmanje 55% do 2030. Ovaj je paket dio Europskog zelenog dogovora, čiji je cilj postizanje klimatske neutralnosti u EU do 2050. Revidirana Direktiva o obnovljivoj energiji (RED II) ključni je element paketa ‘fit for 55’, koji jača prethodni cilj osiguranja da najmanje 32% potrošnje energije u EU dolazi iz obnovljivih izvora energije do 2030.
Revidirani RED II postavlja novi cilj EU-a od najmanje 40% udjela obnovljive energije u konačnoj potrošnji energije do 2030., zajedno s novim sektorskim ciljevima. Kao dio plana REPowerEU predstavljenog u svibnju 2022., Komisija predlaže povećanje ovog cilja obnovljive energije na 45% udjela do 2030.
Provjeravajući brojke za različite vrste obnovljive energije uvijek dobijemo stari odgovor – ovisi. Kod proizvodnje energije najvažnije je pravilo učinkovitosti po euru. Nisu sve europske regije održive za sve vrste ulaganja u sustave obnovljive energije i ne mogu univerzalno koristiti jednu tehnologiju. Mnogo je čimbenika koje treba uzeti u obzir prije ulaska u investiciju.
Snaga vjetra
Nemoguće je precijeniti ulogu energije pučinskog vjetra u postizanju ciljeva Zelenog plana EU-a. U tu svrhu, strategija Europske komisije za obnovljive izvore energije na moru ima za cilj integrirati u energetski sustav do 2050. najmanje 300 GW kapaciteta vjetroelektrana na moru. Međutim, takva tranzicija velikih razmjera predstavlja nekoliko izazova za europski elektroenergetski sustav.
Ovi izazovi uključuju potrebu za uspostavom troškovno učinkovitih vodova i razvoj mreže, osiguranje sigurnosti sustava, prilagođavanje potpune redefinicije obrazaca protoka energije, rješavanje pitanja prostornog planiranja i okoliša, postizanje integrirane perspektive kroz vrijeme, prostor i sektore, te osiguravanje fleksibilnog sredstva za uravnoteženje elektroenergetskog sustava. Zvuči vrlo komplicirano, kao što i je.
Cilj REPowerEU je poboljšati energetsku sigurnost Europe povećanjem trenutnog kapaciteta energije vjetra od 190 GW na najmanje 480 GW do 2030. Da bi se to postiglo to podrazumijeva pojednostavljenje procesa izdavanja dozvola i suradnju na jačanju europskog lanca opskrbe energijom vjetra. Osim toga, to zahtijeva znatna ulaganja u offshore mrežnu infrastrukturu, lučke objekte i brodove.
Njemačka, Danska, Nizozemska i Belgija već su potpisale sporazum za povećanje kapaciteta pučinskih vjetroelektrana na 150 GW do 2050. vrijedan 135 milijardi eura. Cilj sporazuma je udeseterostručiti kapacitet regionalne pučinske vjetroelektrane, što će iz privatnog sektora privući ukupna ulaganja od 135 milijardi eura. Međutim, stvarna bi brojka mogla biti i veća, budući da je Europska komisija procijenila da je potrebno ukupno 800 milijardi eura ulaganja u offshore energiju kako bi se ispunio cilj EU-a do 2050. godine.
Četiri zemlje također planiraju povećati suradnju u proizvodnji “zelenog” vodika dobivenog obnovljivom električnom energijom i proširiti povezanu infrastrukturu u tom području. Do 2030. žele investirati u kapacitet od 30 GW elektrolizatora za dobivanje vodika iz obnovljivih izvora.
Sunčeva energija
Unatoč padu cijena solarnih fotonaponskih sustava u posljednjih deset godina od preko 80%, njihov doprinos električnoj mreži EU iznosio je u 2020. samo 5%. U proizvodnji topline, solarna energija činila je samo 1,5%.
Kako bi se ubrzao prijelaz s energije prirodnog plina za grijanje u domovima, uredima, trgovinama i tvornicama, u Bruxellesu je pokrenuta Europska inicijativa za solarne krovove. Inicijativu su podržale EU i nacionalne vlade koje su za krovne instalacije poduzele mjere za ograničavanje vremena izdavanja dozvola na tri mjeseca. Putem ove inicijative zemlje članice su uspješno iskoristile financiranje EU-a i pokrenule programe potpore za krovne solarne panele te potakle ugradnju solara u sve prikladne javne zgrade. Inicijativa je odigrala ključnu ulogu u povećanju udjela solarne energije u ukupnoj energije u EU-u i pomogla smanjiti emisije stakleničkih plinova u regiji.
U značajnom pomaku prema jačanju europske solarne industrije, EU je pokrenula nekoliko inicijativa i fondova usmjerenih na potporu ulaganja u proizvodnju i osposobljavanje radnika u solarnom sektoru. Novouspostavljeni “EU Solar Industry Alliance” namjerava koristiti proračun europskog bloka i fond za inovacije na tržištu ugljika za pomoć u financiranju projekata proizvodnje solarne energije u Europi. Kao dio inicijative, vlade i pružatelji usluga obuke surađivat će u pružanju obuke za radnike u solarnom sektoru.
Europa trenutno ima približno 14 planiranih projekata proizvodnje solarnih komponenti, od kojih neki za pokretanje zahtijevaju značajna financijska sredstva. Kako bi odgovorila na ovaj izazov, EU je poduzela proaktivne korake kako bi podržala te projekte kroz uspostavu „EU Solar Industry Alliance“.
Posljednjih se godina Europa natječe s velikim kineskim tvornicama solarnih panela, koje su činile 75% uvoza solarnih panela u EU 2020. Unatoč tome što je između 2013. i 2018. EU nametnula antidampinške i antisubvencijske kontrole na solarne panele iz Kine, Europi je bilo izazovno natjecati se s Kinom u pogledu solarne proizvodnje. Međutim, s novouspostavljenim inicijativama i fondovima, EU je optimističan glede jačanja solarne industrije na kontinentu i smanjenja ovisnosti o uvozu iz drugih zemalja.
Svijet obnovljivih izvora vodika prema EU
Obnovljivi vodik bit će ključ za zamjenu prirodnog plina, ugljena i nafte u industrijama i prijevozu koje je teško dekarbonizirati. REPowerEU postavlja cilj zamjene oko 664 TWh uvozne energije: 10 milijuna tona domaće proizvodnje obnovljivog vodika i 10 milijuna tona uvoza obnovljivog vodika do 2030. godine.
Puni prijelaz na vodikovo gospodarstvo zahtijevao bi snažno povećanje kapaciteta obnovljive energije. Vrijedno je napomenuti da se potpuni prijelaz na vodikovo gospodarstvo vjerojatno neće dogoditi preko noći i da će se vjerojatno dogoditi postupno tijekom nekoliko desetljeća, dajući vremena za razvoj potrebne infrastrukture i kapaciteta.
Studija Međunarodne agencije za energiju (IEA) otkrila je da bi zadovoljavanje globalne energetske potražnje vodikom od samo 5% zahtijevalo postavljanje 3600 GW kapaciteta elektrolizatora do 2050., što je više od deset puta više od trenutnog ugrađenog svjetskog kapaciteta obnovljivih izvora energije iz sunca i vjetra.
Ogromna europska vodikova lopta polako se počela kotrljati. U sadašnjosti i bliskoj budućnosti, kako bi se zadovoljile energetske potrebe vodikovog gospodarstva bit će potrebna kombinacija izvora energije, uključujući i obnovljive i neobnovljive izvore, posebno tijekom prijelaznog razdoblja. Za desetljeća koja dolaze, to je izgledna stvarnost.
Da bismo pružili najbolje iskustvo, koristimo tehnologije poput kolačića za čuvanje i/ili pristup informacijama o uređaju. Suglasnost s ovim tehnologijama će nam omogućiti da obrađujemo podatke kao što su ponašanje pri pregledavanju ili jedinstveni ID-ovi na ovoj web stranici. Nepristanak ili povlačenje suglasnosti može negativno utjecati na određene karakteristike i funkcije.
Funkcionalni
Uvijek aktivni
Tehničko skladištenje ili pristup je striktno neophodan za legitimnu svrhu omogućavanja korištenja određene usluge koju izričito traži pretplatnik ili korisnik, ili u jedinu svrhu izvršenja prijenosa komunikacije preko elektronske komunikacijske mreže.
Postavke
Tehničko skladištenje ili pristup su neophodni za legitimnu svrhu čuvanja podešavanja koje ne traži pretplatnik ili korisnik.
Statistika
Tehničko skladište ili pristup koji se koristi isključivo u statističke svrhe.Tehničko skladište ili pristup koji se koristi isključivo u anonimne statističke svrhe. Bez sudskog naloga, dobrovoljne suglasnosti od strane vašeg dobavljača internet usluge ili dodatnih zapisa treće strane, informacije sačuvane ili preuzete samo za ovu svrhu obično se ne mogu koristiti za vašu identifikaciju.
Marketing
Tehničko skladište ili pristup su potrebni za kreiranje korisničkih profila za slanje reklama ili za praćenje korisnika na web stranici ili na nekoliko web stranica u slične marketinške svrhe.
