Vodonik ujedinjuje planetu

Vodonik je jedan od najozbiljnijih kandidata za gorivo budućnosti, ono koje će svetu doneti nultu emisiju ugljenika. Samim tim, nameće se pitanje koje su to zemlje vodeće na planu njegove primene?

Vodonik je gas najmanje gustine u univerzumu. Pored toga, imamo ga u izobilju: sadržan je u vodi (H₂O) i ugljovodonicima kao što je metan (CH₄). Međutim, ne možemo ga prosto izolovati i skladištiti iz prirode, već on mora da se izdvaja iz hemijskih jedinjenja koje ga sadrže, da bi se mogao proizvoditi kao iskoristivo gorivo. U tečnoj formi, vodonik ima zapreminu 1:800 u odnosu na gasovito stanje.

Kada dođe u dodir s atmosferskim kiseonikom, vodonik sagoreva i ispušta energiju bez da za posledicu ima emisiju ugljen-dioksida. Njegova energetska vrednost od 120 MJ/kg, daleko je viša od uglja ili benzina (25 MJ/kg, odnosno 47 MJ/kg). jedini nusproizvod sagorevanja vodonika je vodena para. Kao komprimovan gas ili u tečnoj formi, može da posluži u svrhu skladištenja energije duži vremenski period, a može i lako da se transportuje putem drumskog saobraćaja, cevovoda ili tankera.

Danas je upotreba vodonika ograničena na rafinerije nafte i industriju. Malo je verovatno da će se koristiti za potrebe komercijalnih vozila i domaćinstava u narednih 15 godina. Očekuje se da će veliki rast doći upravo u okviru postojećih sektora, kao što su naftna i druge industrije, ali i na planu grejanja u zemljama u kojima se koriste velike količine gasa. Potpuna zamena sistema grejanja za domaćinstva će biti skupa, pa je treba očekivati tek sredinom četrdesetih godina ovog veka.

Da bi podstakle proizvodnju i upotrebu vodonika, vlade brojnih zemalja će kroz subvencije podržati ulaganja u infrastrukturu. Vodonik je trenutno više nego dvostruko skuplji od fosilnih goriva kada govorimo o onom namenjenom za potrebe industrije, a analitičari smatraju da će se prednosti ogledati u dekarbonizaciji koja će ujedno doneti brojne finansijske olakšice i podsticajne šeme.

Japan

Od 2017., mnoge države sastavljaju izveštaje vezane za vodoničnu strategiju. Prvi je s ovom praksom krenuo Japan, koji je postavio cilj redukovanja nivoa emisije ugljen-dioksida za 80 odsto do 2050., u odnosu na nivo iz 2013.

„Zemlja izlazećeg sunca“ nije bogata prirodnim resursima, tako da će morati da se osloni na proizvodnju i uvoz vodonika. Dom je najvećeg svetskog pogona za proizvodnju ovog gasa, 10-megavatnog Fukushima Hydrogen Energy Research Fielda (FH2R).

Japan takođe planira da izdvaja vodonik iz rezervi smeđeg uglja u Australiji, pretvara ga u tečno stanje i isporučuje ga na domaće tržište.

Decembra 2019., Kawasaki Heavy Industries je lansirao prvi svetski tanker za tečni vodonik. Suiso Frontier ima vakuumski izolovanu dvostruku školjku rezervoara za tečni vodonik, unutar kojeg se održava temperatura od -253 stepeni Celzijusa za prekomorski transport iz fabrike u Australiji.

I Toyota i Honda proizvode vozila pogonjena vodoničnim gorivnim ćelijama za domaće tržište, kao i izvoz mahom u SAD. Vodonična strategija Japana je postavila cilj da do 2030. na putevima bude 800.000  FCV modela, kao i 1.200 autobusa na gorivne ćelije.

U okviru dva partnerstva, onog između Honde i Isuzu Motorsa, kao i Toyote i Hino Motorsa, istražiće se mogućnosti u oblasti proizvodnje kamiona s gorivnim ćelijama, a Toyota je ujedno potpisala ugovor sa železničkom kompanijom JR East, upravo radi uvođenja tehnologije gorivnih ćelija u ovaj vid prevoza. Testiranja će se obaviti tokom ove godine.

Kina

U martu, kineske vlasti su najavile najnoviji petogodišnji plan (2021-2026.), ali nisu precizirale šta konkretno planiraju s vodonikom. Ipak, dotični plan uključuje nameru da se redukuje potrošnja energije po jedinici BDP-a za 13,5 odsto, kao i emisija CO₂ za 18 odsto.

Doduše, kineska vlada je saopštila da želi da poveća broj električnih automobila koji koriste gorivne ćelije (FCEV) i namerava da dostigne brojku od milion vozila na putevima i izgradnju 1.000 stanice za punjenje vodonikom do 2030.

Godine 2019., kineski ministar nauke i tehnologije najavio je izgradnju najvećeg svetskog pogona za proizvodnju vodonika Ningxia Baofeng Energy grupe u Ningša Huiju na severozapadu Kine, napajanog električnom energijom iz solarnih farmi. Tu će se proizvoditi 160 miliona miliona kubnih metara vodonika godišnje, počev od ove godine, uz pomoć dva elektrolizera kapaciteta 10.000 m³/h, pogonjena od strane 10-megavatnih solarnih farmi.

Danas u Šangaju ordinira 200 autobousa na gorivne ćelije, koje  podržavaju dve stanice za punjenje, razvijene od strane partnera Air Liquide i Sinopec. Air Liquide takođe sarađuje s kompanijom Huopu, koja se bavi tehnologijom vodonika, u cilju uvođenja stanice za punjenje u Pekingu za potrebe Zimskih olimpijskih igara 2022. U druge ciljeve vezane za igre se ubraja 10 stanica za punjenje u gradu i 1.000 FCEV autobusa za prevoz posetilaca.

Nemačke kompanije Siemens i Linde će takođe obezbediti sistem za proizvodnju i punjenje vodonikom za Zimske olimpijske igre.

SAD

Gotovo sav vodonik koji se proizvodi u SAD, koristi se u rafinerijama nafte, za tretiranje metala, proizvodnju đubriva i procesuiranje hrane.

Laka serijska vozila, uključujući Hondu FCX Clarity, dostupna su u saveznim državama koje imaju stanice za punjenje, tako da je njihovo prisustvo ograničeno na Kaliforniju, Masačusets, Konektikat i Severnu Karolinu.

Od navedenih saveznih država, u Kaliforniji postoje 43 stanice za punjenje, dok ih je 19 u pripremi ili izgradnji. One opslužuju 8.000 vozila. Po jedna je u Masačusetsu i Konektikatu, dok su dve u Severnoj Karolini.

Samo nekoliko časova nakon što je inaugurisan na mesto predsednika SAD, Džo Bajden je potpisao izvršnu naredbu o ponovnom uključivanju zemlje u Pariski klimatski sporazum. Tokom predsedničkih izbora, on se obavezao i obećao je glasačima formiranje „Build Back Better“ plana koji podrazumeva izgradnju obnovljive infrastrukture i isporuku čiste energije. U međuvremenu, veliko je pitanje da li će njegovo predizborno obećanje dato industriji u vezi s ubrzanim ulaganjem od 2 biliona dolara tokom mandata između 2020. i 2024., biti ispunjeno.

EU

Juna 2020., Evropska unija je kreirala sopstvenu vodoničnu strategiju. Postavljeni su ciljevi vezani za kapacitet elektrolizera od 6 i 40 GW do 2024., odnosno 2030., koji će proizvoditi zeleni vodonik.

Najveći elektrolizer u izgradnji u Evropi danas ima kapacitet od 10 MW a trenutni kapacitet elektrolizera je ispod 1 GW godišnje, tako da će za ostvarenje tih ciljeva biti neophodno značajno i brzo povećanje proizvodnje. Da bi postojale bilo kakve nade za ostvarenje cilja od 6 GW do 2024., nekoliko vlada evropskih zemlja će morati da organizuje tendere za takve projekte u narednih 12 meseci.

Čak i uz ambiciozne ciljeve, potražnja u EU će verovatno nadmašiti proizvodnju. Kapacitet od 40 GW, uz pretpostavku 4.000 radnih sati godišnje, jednak je proizvodnom kapacitetu (energetskog sadržaja) na oko 12-15 milijardi kubnih metara prirodnog gasa, dok će 2030. godine ukupna potražnja za prirodnim gasom u Evropi verovatno biti veća od 400 milijardi kubnih metara.

Nemačka

U okviru najmoćnije evropske ekonomije, pokrajine Hamburg, Bremen, Meklenburg-Zapadna Pomeranija, Donja Saksonija i Šlezvig-Holštajn, formirale su HY-5 inicijativu za zeleni  vodonik, koja razvija ekonomski sektor zasnovan na vodoniku dobijenom uz nultu emisiju. Plan je da se instaliraju elektrolizeri kapaciteta ne manjeg od 500 MW do 2025., što bi bilo povećano na najmanje 5 GW do 2030.

Velika Britanija

Budžet kancelara Rišija Sunaka za 2021., odobrio je instalaciju elektrolizera od 6 MW u Sajzvelu i kooperaciju Ryse Hydrogena i EDF Energyja u cilju proizvodnje vodonika u oko luke Felikstou.

Takođe je izdvojeno 4,8 miliona funti za postrojenje za proizvodnju vodonika u Holihedu na severu Velsa. Ova luka će biti lokacija za čvorište za proizvodnju vodonika, koristeći obnovljive izvore energije za teška teretna vozila. Plan je da bude operativno 2023.

Očekuje se da će investicija za Hydrogen to Humber Saltend (H2H Saltend) u Hambersajdu biti finalizovana do 2023., što će biti prvi svetski industrijski klaster s neto nultom emisijom do 2040. Početnu fazu čini procesor za automatsko termičko reformiranje uz izolaciju ugljenika, u cilju izdvajanja vodonika iz prirodnog gasa. Industrije u okviru čvorišta će moći da pređu na vodonično gorivo, dok će elektrana raditi s odnosom vodonika i prirodnog gasa 30:70, što Saltend Chemicals Parku omogućava da smanji emsiju CO₂ za skoro  900.000 tona godišnje, kaže energetska kompanija Equinor, koja je vodeća u H2H Saltend projektu.

U kasnijim fazama će se obezbediti vodonik za druga industrijska postrojenja u blizini i preko Hambera, uz pomoć cevovoda ispod reke. Radovi na izgradnji će započeti 2024., a proizvodnja će startovati 2026.

Na lokalnom nivou, autobusi na vodonik se testiraju širom Velike Britanije. Wrightbus je isporučio autobuse s gorivnim ćelijama gradskim vlastima Aberdina i Birmingema, kao i londonskom TfL-u.

Transport vodonika

Vrlo je verovatno da mnoge zemlje neće moći samostalno da zadovolje svoje potrebe za obnovljivom energijom, tako da će morati da ga uvoze. Nemačka, primera radi, sigurno će biti veliki uvoznik. Procena je da će najsnažnija evropska ekonomija morati da uvozi polovinu vodonika neophodnog da ispuni svoje prohteve.

Velika Britanija, s druge strane, ima veliki potencijal, posebno kao proizvođač prirodnog gasa, tako da će verovatno morati manje da uvozi.

Po analizama potražnje za vodonikom, 40 GW će zaodovoljiti oko polovinu do dve trećine evropske potražnje za vodonikom, tako da će polovina do jedne trećine morati da se uvozi. Samo nekoliko regiona prelazi na vodonik s niskim sadržajem ugljenika, pre svega Japan, Južna Koreja i SAD. Zemlje koje imaju obilje sunčeve svetlosti ili prirodnih resursa poput Rusije, Maroka, Čilea i Australije, biće izvoznici.

Vodonik će se transportovati preko mora i okeana, puteva i cevovoda. Što se potonjeg rešenja tiče, postojeći gasovodi će morati da se modifikuju, jer su molekuli vodonika ekstremno mali, tako da mogu lako „pobeći“.

Čelične cevi uz neke vrste plastike, mogu istrpeti vodonik, ali ne i stariji materijali. Gasovodi u istočnoj Evropi su prilično vremešni, tako da će dosta koštati da se unaprede ili čak zamene, da bi mogli da posluže za prenos vodonika.

Investicije vlada širom sveta motivišu povećano  interesovanje za vodonik kao održivo alternativno gorivo, koje može da se koristi u brojne industrijske svrhe. Kompanije reaguju s uvođenjem održivih solucija da bi bile u skladu s planovima koji nalažu budućnost bez emisije ugljenika, što na kraju krajeva masovno usvajaju i potrošači.

Izvor: Decarbonization Center

Priredio: Pavle Barta