Evropo, z njo pa tudi Slovenijo, je spet zajelo navdušenje nad vodikovimi tehnologijami.
Vodik je v številnih pogledih sanjsko gorivo zelene prihodnosti, ki rešuje marsikatero vprašanje trajnostne energetike. Uporabljali bi ga lahko povsod tam, kjer si ne bi mogli učinkovito pomagati baterijami, denimo v ladijskem in letalskem prevozu, sčasoma naj bi glede na načrte nadomestil tudi zemeljski plin v plinovodih. Tudi v Sloveniji se že pripravljamo na dodajanje vodika v plinovodno omrežje.
Ima pa vodik nekaj težavnih lastnosti, ki so do zdaj že večkrat prizemljile visokoleteče načrte o njegovi široki uporabi. Poleg tega se bodo z načrtovano množično proizvodnjo in porabo vodika odprli povsem novi problemi, vključno z do zdaj spregledanim vplivom na segrevanje ozračja. Strokovnjaki se slabosti dobro zavedajo, a hkrati vztrajajo, da resne alternative povečani izrabi vodika v prihodnji nizkoogljični družbi nimamo.
Vodik je ključni manjkajoči člen, ki dopolnjuje obnovljive vire energije v zeleni ekonomiji. Je izjemno čisto gorivo, glavni produkt pri njegovem zgorevanju je voda. Je gorivo, ki ponuja ves razpon uporabnosti fosilnih goriv brez izpustov toplogrednih plinov.
Je tudi potencialni odgovor na problematiko sezonskega shranjevanja energije ob zanašanju na obnovljive vire – vodik, ki bi ga proizvedli s poletnimi presežki sončne energije, bi lahko shranili do zime, ko bi nam “sončne” elektrike primanjkovalo.
Energetska kriza zaradi visokih cen zemeljskega plina je v Evropi vnovič potisnila vodik v ospredje prizadevanj za opustitev rabe fosilnih goriv in vzpostavitev trajnostne zelene ekonomije.
Gradnja plinovoda v Nemčiji, ki bo primeren tudi za vodik (Profimedia)
Norveška in Nemčija sta na začetku leta najavili gradnjo vodikovoda, po katerem naj bi Norveška z vodikom oskrbovala največje evropsko gospodarstvo.
Španija, Portugalska in Francija so konec lanskega leta najavile gradnjo vodikovoda pod Sredozemskim morjem. Konec januarja se je projektu pridružila tudi Nemčija.
Novi premiki se dogajajo tudi v Sloveniji.
Vodikova dolina – tokrat zares?
Konec januarja je mednarodni konzorcij Slovenije, Hrvaške in Furlanije-Julijske Krajine prejel 25 milijonov evrov za izvedbo projekta “severnojadranske vodikove doline”. Vodilni partner v projektu je Holding slovenske elektrarne, osnovni cilj šestletnega projekta pa je proizvesti 5 tisoč ton vodika iz obnovljivih virov energije. Ta naj bi med drugim poganjal del javnega prometa na območju Velenja in Šoštanja.
Septembra lani je po Ljubljani poskusno vozil avtobus na vodik. Kot smo takrat poročali, je ljubljanski župan Zoran Jankovič predstavnikom proizvajalca “na pol v šali sporočil, naj kar pripravijo pogodbo”.
Cisterne z vodikom za pogon avtobusa (Žiga Živulovič jr./ BOBO)
Steklarna Hrastnik je nedavno najavila sodelovanje v mednarodnem steklarskem projektu s področja vodika, v okviru katerega načrtujejo poskusno komercialno obratovanje steklarske peči na vodik.
Na Gospodarski zbornici je zadnji dan januarja potekal “Slovensko-nemški dan vodika”.
Tovrstno zagretost za vodikove tehnologije smo sicer videli že večkrat, a je navdušenje vedno do zdaj tudi popustilo. Leta 2013 so denimo na Petrolovem bencinskem servisu v Lescah slavnostno odprli prvo vodikovo polnilnico v Sloveniji, ki pa so jo zaradi pomanjkanja povpraševanja ugasnili.
Bo tokrat vendarle drugače?
“Kot povsod gre tudi pri razvoju vodikovih tehnologij za vprašanje ekonomike,” je odgovoril dr. Blaž Likozar, strokovnjak za vodikove tehnologije s Kemijskega inštituta. “Seveda je v tem trenutku vodik še vedno absolutno predrag za večji razmah uporabe. A če želimo, da se poceni, je treba v razvoj novih tehnologij in infrastrukture veliko vlagati.”
Zanimanje za vodik v zadnjem letu dodatno spodbuja težnja po energetski in surovinski suverenosti v luči prekinitve energetskih tokov z Rusijo. “Vodik predstavlja enega najboljših danes poznanih načinov za dolgoročno shranjevanje energije, proizvedene s pomočjo nestanovitnih obnovljivih virov energije,” je povedal dr. Likozar. “Baterije omogočajo zgolj kratkoročno shranjevanje energije, vodik pa je glede tega bolj fleksibilen.”
Vse vodikove barve
A vodik sam po sebi ni vir energije, temveč le njen nosilec. V naravi namreč vodik skoraj nikoli ne obstaja samostojno, temveč je vezan v kemijskih spojinah. Za razbitje vodikove vezi in pridobitev čistega vodika, ki je uporaben kot brezogljično gorivo, pa je potrebne veliko energije.
Za okoljsko sprejemljivost vodika je tako ključen izvor energije, ki jo porabimo pri postopku pridobivanja. Glede na način pridobivanja vodik razvrščamo v različne “barvne” kategorije.
N1
Več kot 95 odstotkov vodika, ki ga porabimo danes, je pridobljenih iz zemeljskega plina v t.i. postopku parnega reforminga, pri katerem se sproščajo velike količine CO2. Tako pridobljenemu vodiku pravimo sivi vodik.
Za ideal prihodnje vodikove ekonomije pa velja t.i. zeleni vodik, ki bi bil proizveden z elektrolizo – cepljenjem vode na vodik in kisik -, ki bo jo poganjala elektrika iz obnovljivih virov, kot sta sonce in veter.
Iz ozadja čaka na priložnost tudi t.i. roza vodik, proizveden s pomočjo elektrike iz jedrskih elektrarn.
Kot nam je povedal evropski poslanec Klemen Grošelj, ki kot član odbora Evropskega parlamenta za industrijo, raziskave in energijo od blizu dogajanje, je za večjo veljavo “jedrskega” vodika posebej zagreta Francija, medtem kot je največja zagovornica zelenega vodika na evropski ravni Nemčija.
S pomočjo obnovljivih virov danes proizvedemo manj kot odstotek vodika. Mednarodna agencija za energijo ocenjuje, da smo v letu 2021 na globalni ravni proizvedli 94 milijonov ton vodika, ki ga večinoma porabimo v industriji, denimo za proizvodnjo amoniaka za umetna gnojila.
Že očiščenje trenutne proizvodnje vodika bi bilo velik izziv. Kot je za Reuters dejal profesor strojništva z Univerze v Cambridgu dr. David Cebon, bi zgolj za nadomestitev trenutne proizvodnje sivega vodika za industrijske namene z zelenim vodikom iz obnovljivih virov potrebovali skoraj dvakrat toliko elektrike, kot je proizvedejo vse današnje svetovne vetrne in sončne elektrarne skupaj.
Vsaj srednjeročno naj bi se evropska vodikova ekonomija zanašala na stabilno dobavo t.i. modrega vodika, ki bi ga proizvedli iz zemeljskega plina, pri čemer naj bi zajeli in shranili izpuste CO2, ki nastanejo v procesu. Zajemanje in shranjevanje vodika je sicer postopek, ki kljub dolgoletnemu razvoju do zdaj še ni uspel dokazati uporabnosti na veliki skali.
(Profimedia)
Oktober 2022. Prva pošiljka modrega vodika v obliki amonijaka iz Združenih arabskih emiratov v Nemčijo. V skladu z načrti Evropske komisije naj bi do leta 2030 polovico od predvidene porabe vodika uvozili.
Pri modrem vodiku ključno vlogo igrajo velike naftne in plinske družbe. Kot opozarjajo v nevladni organizaciji Corporate Europe Observatory, je novo evropsko navdušenje nad vodikom v veliki meri tudi posledica organizirane lobistične kampanje industrije fosilnih goriv, ki želi še naprej uporabljati plinovode in izkoriščati zaloge zemeljskega plina. “Preveliko evropsko plinovodno omrežje so začeli predstavljati kot prihodnjo ‘vodikovo hrbtenico’.”
Dr. Blaž Likozar je poudaril, da je velika večina javnih spodbud, podpor in subvencij v tem trenutku namenjena razvoju zelenega vodika. “Naftno-plinske družbe pa seveda želijo dolgoročno zavarovati svoje investicije, svojo infrastrukturo, ki je še daleč od tega, da bi bila odplačana oziroma amortizirana. Temu interesu se je treba do neke mere prilagoditi, ker vseeno ne smemo tvegati energetske revščine.”
Ne glede na družbene prioritete glede zelenega vodika gre po njegovih besedah pri naftnih družbah za podjetja, ki ustvarjajo ogromne dobičke in zaposlujejo veliko ljudi. “Širši družbeni dogovor glede uporabe vodika zahteva usklajenost več deležnikov in sodelovanje tako javnega kot zasebnega kapitala.”
Prav tako pa, je še dodal, pri razvoju infrastrukture vodik ne pozna barve. “Najsi bo moder, siv, rožnat, karkoli prispeva k razvoju vodikovodov, kompresorjev, črpalk itd., dolgoročno pomaga tudi pri razvoju zelenega vodika. Ta pa mora z razvojem postati konkurenčen.”
Majhna molekula, velike težave
Skrbnik slovenskega plinovodnega omrežja, družba Plinovodi, se že pripravlja na dodajanje vodika v plinovode. Kot so nam povedali, so s tehnološkega vidika pripravljeni, potrebujejo le še denar za izvedbo pilotnega projekta, zato se aktivno prijavljajo na domače in tuje razpise.
V prvi fazi bi sicer zemeljskemu plinu, ki teče po plinovodu, dodajali največ pet odstotkov vodika.
Žiga Živulović jr./Bobo
Kot so nam pojasnili na Plinovodih, namreč v tem primeru plinovodne povezave ne potrebujejo pomembnejših rekonstrukcij ali nadgradenj. Ko bo delež vodika višji, pa se lahko začnejo težave. Kot ugotavljajo v lani objavljenem načrtu razvoja plinovodnega omrežja do leta 2033, “vodik bistveno vpliva na prenosne zmogljivosti prenosnega sistema in na integriteto prenosnega sistema, prek vplivov na materiale, s katerimi je v stiku”.
Vodikov atom je tako majhen, da lahko povzroča težave. “Vodik je najmanjša molekula oz. atom, kar jih poznamo, in ima sposobnost, da se vgrajuje v materiale in povzroča t.i. vodikovo krhkost,” nam je povedal dr. Boštjan Genorio z oddelka za kemijsko inženirstvo in tehniško varnost ljubljanske Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo.
Vodikova krhkost je nadpomenka, ki zajema več različnih mehanizmov. Pri visokih temperaturah, nad 400 stopinj Celzija, vodik reagira z ogljikom, ki je jeklu dodan za izboljšanje mehanskih lastnosti. “Pri tem nastajajo mehurčki metana, ki v materialu ustvarjajo dodatno napetost in lahko vodijo do propada – temu rečemo tudi vodikova korozija,” je pojasnil Genorio.
“Pri nižjih temperaturah pa pride do izraza zmožnost vodika, da zaradi majhnosti difundira v materiale, se vrine v njihovo kristalno strukturo. Prav tako lahko vodik prodre v mikroskopske nepravilnosti, razpoke v materialu, kar spet vodi v strukturno krhkost.”
Za nastanek vodikove krhkosti pri sobni temperaturi je sicer potreben visok tlak. “A vodik ima tako majhno gostoto, da so za shranjevanje in transportiranje večjih količin v plinastem stanju visoki tlaki nujni.”
To sicer po mnenju dr. Genoria ni največji problem vodikovih tehnologij:
Težave, ki jih povzroča majhnost vodika, znamo reševati, je poudaril dr. Blaž Likozar. “Zavedati se moramo, da je vodik v določenih segmentih industrije z nami že več kot sto let in rešitve za vprašanje puščanja in obrabe materiala že obstajajo. So pa nekatere od teh rešitev drage.”
Pri trenutnem razvoju je tako glavna naloga strokovnjakov predvsem izboljšanje njihove cenovne učinkovitosti, s čimer bi pocenili tudi uporabo vodika na splošno.
Puščanje vodika lahko povzroča segrevanje ozračja
Zaradi majhnosti molekule je vodik prav tako izjemno nagnjen k puščanju iz cevi in rezervoarjev. Po navedbah družbe Plinovodi vodik v primerjavi z metanom “izkazuje kar 2.8-krat višji laminarni volumetrični pretok puščanja”.
Tina Kosec/BOBO
O tem, koliko vodika nam danes uide v atmosfero, ni dobrih podatkov. Ker vodik ne velja za onesnaževalca ozračja ali toplogredni plin, se s tem vprašanjem nihče ni podrobneje ukvarjal. A v zadnjem času iz znanosti prihaja vse več opozoril, da bo treba puščanju vodika nameniti bistveno več pozornosti.
Četudi sam po sebi ni toplogredni plin, bi namreč nagnjenost vodika k puščanju lahko ogrozila prizadevanja v boju za podnebne spremembe.
Prisotnost vodika namreč podaljšuje življenjsko dobo drugih toplogrednih plinov v ozračju. Metan, drugi najpomembnejši toplogredni plin, denimo po nekaj letih v ozračju praviloma reagira s hidroksidovimi radikali (OH) in razpade. A hidroksidovi radikali reagirajo tudi z vodikom. Ob povečani prisotnosti vodika v ozračju tako ostane manj hidroksidovih radikalov, ki lahko reagirajo z metanom, to pa podaljšuje njegovo obstojnost v ozračju in prispeva večjemu učinku tople grede.
Tovornjak na vodik (Profimedia)
Po izračunih britanskih strokovnjakov ima vodik v ozračju prek vpliva na obstojnost drugih toplogrednih plinov na skali sto let približno desetkrat močnejši učinek na segrevanje ozračja kot CO2.
Če za merilo vzamemo krajše, 20-letno obdobje, je posredni toplogredni učinek vodika celo 33-krat močnejši od CO2.
Tudi proizvodnja zelenega vodika bi tako ob visoki stopnji puščanja lahko prispevala k segrevanju ozračja oziroma vsaj pomembno oklestila koristi zmanjšanje porabe fosilnih goriv.
Strokovnjaki iz Centra za globalno energetsko politiko z Univerze Columbia denimo ocenjujejo, da bi lahko stopnja puščanja vodika v ozračje ob široki uporabi v prihodnje lahko dosegla 5,6 odstotka (danes jo ocenjujejo na 2,7 odstotka).
Koncentracija vodika v ozračju se je glede na podatke, ki so jih ameriški znanstveniki pridobili iz ledu na Antarktiki, v 20. stoletju zaradi človeških aktivnosti že povečala za 70 odstotkov in se še naprej povečuje, pri čemer poglavitni vir izpustov ostaja neznan. Morda je eden od razlogov prav puščanje iz industrijskih procesov.
Strel v koleno
Že uporaba zelenega vodika bi tako utegnila imeti manjše pozitivne učinke na podnebne spremembe od pričakovanih. Ko govorimo o modrem vodiku, pridobljenem iz zemeljskega plina z zajemanjem in shranjevanjem CO2, pa je razmerje med koristjo in škodo še slabše. Dejansko izračuni znanstvenikov kažejo, da utegne biti množična energetska uporaba modrega vodika za podnebje slabša, kot če bi neposredno kurili fosilna goriva.
V primeru modrega vodika je treba namreč potencialnemu puščanju vodika prišteti še učinke puščanja metana iz plinske infrastrukture. To puščanje je slabo nadzorovano, kot je leta 2021 dokazala nevladna organizacija Clean Air Task Force, pa tudi zelo pogosto.
Vlak na vodik (Profimedia)
Ob predpostavki, da je stopnja puščanja v dobavni verigi metana, od vrtine do končnega uporabnika, 3,5-odstotna, sta denimo strokovnjaka z univerz Cornell in Stanford izračunala, da bi poraba modrega vodika za ogrevanje v 20-letnem obdobju povzročala za 20 odstotkov bolj škodljive izpuste, kot če bi za gretje uporabili neposredno zemeljski plin. Tudi pri nižji, 1,5-odstotni stopnji puščanja metana, se tehtnica še vedno nagiba na stran neposredne uporabe zemeljskega plina. “Uporaba modrega vodika je, kot kaže, težko upravičljiva z vidika podnebja,” sta sklenila.
Na naše vprašanje o stopnji puščanja slovenskih plinovodov so v družbi Plinovodi odgovorili, da se to pri nas ne dogaja. “Na slovenskem prenosnem sistemu plina ni puščanj. Enako bomo zagotavljali tudi pri primešavanju vodika ter prenosu zemeljskega plina in vodika.”
Borba proti zakonom fizike
Ključna slabost, ki je do zdaj vedno zaustavila prodor vodikovih tehnologij, je potratnost vodika kot goriva.
“Najbolj splošen odgovor na vprašanje, kakšna je energetska učinkovitost shranjevanja vodika, je, da je slaba,” je bil jasen dr. Blaž Likozar. “V končni porabi lahko izkoristimo le med 20 in 30 odstotkov energije, ki smo jo porabili za pridobitev vodika.”
Znani kritik vodikovih tehnologij, profesor energetske politike na Svobodni univerzi v Bruslju in nekdanji dolgoletni uslužbenec Evropske komisije dr. Samuele Furfari energetsko izrabo vodika primerja s kurjenjem torbic Louis Vuitton za ogrevanje.
Snežni teptalec na vodik (Profimedia)
Ugledna znanstvena revija Nature je lani jeseni v uvodniku opozorila pred pretiranim navdušenjem nad vodikom, češ da za številne predvidene uporabe vodika obstajajo bolj učinkovite rešitve in da bi pretirano zanašanje na vodik lahko ogrozilo podnebne cilje.
Da je treba biti pri uporabi vodika racionalen, se strinja tudi dr. Likozar. “Poudariti je treba, da uporaba vodika za energijo vedno pride v poštev šele potem, ko smo izčrpali vse druge mogoče načine rabe energije. Če je proces mogoče poganjati neposredno s pomočjo električne energije, je to praktično vedno bolj učinkovito. A za dolgoročno shranjevanje energije je vodik kljub slabi učinkovitosti praktično edina realistična možnost.”
Velikih možnosti za izboljšanje energetske učinkovitosti izrabe vodika ni na vidiku. “Razvoj elektrolizerjev ves čas poteka, ni pa pričakovati kakšnega dramatičnega izboljšanja učinkovitosti, ker smo pri tem omejeni z osnovnimi fizikalnimi zakoni,” je dejal Blaž Likozar. “Energija, ki je potrebna za razcep molekule vode, bo vedno ostala enaka.”
Je pa po njegovih besedah še veliko prostora za napredek, denimo pri sami proizvodnji elektrolizerjev. “V tem trenutku za izdelavo enega elektrolizerja potrebujem ogromno jekla, ogromno plemenitih kovin. Tudi sam način izdelave zaradi tega, ker do zdaj ni bilo nekega velikega povpraševanja po teh napravah, nudi še precej možnosti izboljšav.”
Vodikovod v jeklarni ThyssenKrupp v nemškemu Duisburgu (Profimedia)
Velika težava, s katero se bo treba soočiti ob morebitni masovni proizvodnji zelenega vodika iz obnovljivih virov, bo nihanje količine razpoložljive elektrike in s tem nihanje proizvodne moči naprave za elektrolizo.
“Vsa tradicionalna industrija deluje ob stabilnih obremenitvah, če pa hočemo proizvajati zeleni vodik iz obnovljivih virov, moramo vzeti v zakup njihovo nestanovitnost, nihanje proizvodnje glede na vremenske razmere, letne čase …,” je pojasnil dr. Likozar.
Nihanje razpoložljive energije pa lahko hitro vodi v povečanje neučinkovitosti proizvodnega procesa in hitrejšo obrabo ključnih delov elektrolizerja.
“Še vedno smo v testni fazi, morebitne težave spoznavamo sproti z razvojem večjih sistemov, primernih za komercialno uporabo,” priznava Likozar. “Take naprave so pri velikih kapacitetah tako drage, da do zdaj nihče ni niti pomislil, da bi se z njimi “igral” in jih preizkušal. Dejansko bo kar komercialna raba služila kot testni poligon.”
Kaj pa nam še preostane?
Ne glede na vse naštete probleme je po mnenju dr. Likozarja nadaljnji razvoj vodikovih tehnologij nujen. “Menim, da v tem trenutku, če damo na tehtnico prednosti in slabosti, na področju rabe energije praktično nimamo druge izbire kot povečanje uporabe vodika.”
Podobno meni tudi dr. Boštjan Genorio. “Po mojem mnenju je uporaba vodikovih tehnologij v prihodnje neizogibna, če želimo ohraniti dostopnost in raznolikost rabe energije brez uporabe fosilnih goriv.”
Menu Item
Kakšno je tvoje mnenje o tem?
Sodeluj v razpravi ali preberi komentarje