NRGreport
Menü

A hidrogénről szólhat a klímaváltozás elleni küzdelem második menete

Fenntarthatóság | NRGreport, Major András | 2020-03-09 05:57

Ahogyan az üvegházhatású gázok kibocsátásnak felszámolására irányuló erőfeszítés egyelőre túlságosan lassan is, de halad előre, újabb és újabb technológiák merülnek fel (újra) a probléma lehetséges megoldásának részeként . Ilyen technológia a hidrogén, amelynek kulcsszerepe lehet a jövő fenntartható energiagazdaságában. A hidrogén a Nemzetközi Energiaügynökség szerint a hiányzó láncszem lehet a dekarbonizációs folyamatban, de mások is úgy vélik, hogy a hidrogén egybefoghatja a jövő tiszta, karbonsemleges energiarendszerét, a DNV GL új jelentése szerint pedig a megújuló alapon előállított hidrogén egyike lehet annak a három technológiának, amelyek a 2020-as évtizedben áttörést idézhetnek elő és jelentősen felgyorsíthatják a globális kibocsátáscsökkentést.

Kép forrása: Pixabay

A megújuló alapú villamos energia ugyan nélkülözhetetlen az energiarendszerek "kitisztításában", azonban kizárólag a szél- és napenergia nyilvánvalóan nem lesz képes megoldani a problémát. A megújulók terjedésével párhuzamosan, attól azonban részben függetlenül zajló villamosítási folyamat eredményeképpen a villamos energia bizonyos területek energiaellátásában - például a személyautóknál - képes lesz a szennyező fosszilis forrásokat kiváltani. Máshol azonban, például az ipar és a szállítás-közlekedés bizonyos formáinak energiaellátása vagy a lakások fűtése, erre kevés esély látszik. A hidrogén mint energiahordozó viszont mind ígéretesebb alternatívának tűnik, alapvetően azért, mert 1) az égése során mindössze víz képződik melléktermékként 2) egyre inkább adottnak tűnik a technológiai háttér ahhoz, hogy a megújuló áramtermeléssel összekapcsolva, annak részben energiatároló megoldásaként olyan intenzív energiaigényű területek ellátását is megoldhatja, ahol közvetlenül a megújuló villamos energia nem használható.

A hidrogén valójában régóta jelen van számos kereskedelmi célú alkalmazási területen, mint például az ammóniagyártás és egyéb vegyszerek alapanyagaként. Ma az iparban használt hidrogént szinte teljes egészében fosszilis energiahordozókból, elsősorban is földgázból állítják elő. Ez, az úgynevezett szürke hidrogént eredményező módszer ugyanakkor jelentős mennyiségű szén-dioxid-kibocsátással jár. Ez utóbbi szén-dioxid-leválasztás és -tárolási (CCS) eljárásokkal történő kombinálása azonban érdemben mérsékelheti a földgázból történő előállítással járó kibocsátását; az így előállított hidrogént kék hidrogénnek is nevezik. A jövő átmenetileg részben a kék, hosszabb távon viszont egyértelműen az úgynevezett zöld hidrogéné, amelyet gyakorlatilag kimeríthetetlen energiahordozóként megújuló energia alapú vízbontással szinte korlátlan mennyiségben lehet előállítani - minimális üvegházhatásúgáz-kibocsátás mellett.

Az, hogy a dekarbonizáció részeként csak a zöld, vagy esetleg a CCS-sel kombinált kék hidrogén is támogatandó-e, vita tárgyát képezi, olyannyira, hogy a kérdésben például a jelentős hidrogén-stratégiával rendelkező német kormányon belül is megosztottság van.

A kék hidrogén hatalmas léptékű CCS-infrastruktúra fejlesztéseket is megkövetel, ugyanakkor a zöld hidrogén előállítása ma még jóval költségesebb mint a kék hidrogéné.

Minden kérdésre választ ad?

A hidrogén egyik óriási előnye a villamos energiával szemben, hogy nagyobb időtávon is jól tárolható, szállítható és egyre növekvő alkalmazási kör számára feldolgozható. Előállítása és felhasználása elvileg nem helyhez kötött, bárhol megvalósulhat. Nagy energiasűrűsége miatt pedig olyan, rendkívül hőenergia-intenzív ipari tevékenységek számára is gazdaságilag életképes megoldásul szolgálhat, mint például a cementgyártás - szemben a villamos energiával. A hidrogén energetikai célú hasznosításában így a legnagyobb potenciál az acél-, üveg és cementipar, a repülés, valamint a hosszú távú tengeri, légi, vasúti és közúti szállítás-közlekedés területén mutatkozik. Azokon a területeken tehát, ahol a hidrogénnek gyakorlatilag nem is kínálkozik alternatívája a dekarbonizáció, vagyis az üvegházhatású gázok kibocsátásának minimalizálására. Márpedig a klímasemlegesség eléréséhez a következő években, évtizedekben ezeknek az iparágaknak is végre kell hajtaniuk a maguk dekarbonizációját, már csak azért is, mert a légkörből szén-dioxidot kivonó úgynevezett negatív emissziós technológiák lehetőségei erősen korlátozottnak tűnnek.

A zöld hidrogén mindemellett a villamos energia tárolására is megoldást nyújthat. A nap- és szélenergia időjárásfüggő jellege miatt sokszor akkor termeli a legtöbb áramot, amikor a fogyasztás mérsékelt (az árak pedig alacsonyak), ami vagy a többi erőmű leszabályozását vagy fokozott energiatárolást kívánna meg. A jelenleg legérettebb energiatároló technológiának számító lítiumion-akkumulátor ugyanis nem jelent minden szempontból megoldást, akár a tárolhatóság időtartamára, akár a tárolható energiamennyiségre, akár az akkumulátorok ökolábnyomára gondolunk. A nap- és szélerőművek által termelt többlet villamos energiával előállított hidrogén jóval később és az előállítás helyétől jóval távolabb is használható, és akár elektromossággá is visszaalakítható. Az elektrolizálók a termelés és az árak ingadozásához igazodva akár szakaszosan is működhetnek, és a hidrogénellátás biztosítása érdekében akár kiegészítő kék hidrogéntermelésre is lehetőség nyílhat. A zöld hidrogénre tehát nem a megújuló energiaforrások konkurenseként, hanem természetes kiegészítőjükként érdemes gondolni.

A zöld hidrogén mellett szóló további érv, hogy a szállításához szükséges infrastruktúrát nem a semmiből kell felépíteni. A létező földgázvezeték-rendszerek ugyanis vállalható költségű átalakításokkal alkalmassá tehetők a hidrogén szállítására is. Ez az adottság a költségeket mérsékelve felgyorsíthatja a zöld hidrogén terjedését, miközben nagyrészt kiváltja a villamosenergia-hálózat hatalmas mértékű kapcsolódó fejlesztési szükségletét is.

Európai Hidrogén-völgy

A hidrogén kereskedelmi alkalmazása tehát önmagában egyáltalán nem új, nem úgy, mint a karbonintenzív nehéziparban való hasznosítás. Az olajfinomítók és petrolkémiai üzemek ma világszerte vezető szerepet játszanak a tiszta hidrogén projektek megvalósításában, de a gázvezeték tulajdonosai, az ammónia- és műtrágyagyártók, valamint számos más ágazat szereplői is érdekeltek a zöld hidrogén technológia hasznosításában. A Shell például február végén jelentette be, hogy tanulmányozni kezdte a világ legnagyobb zöld hidrogén projektjének megvalósíthatóságát. A terv szerint 2030-tól 3-4 gigawatt északi-tengeri szélerőmű kapacitás kizárólag a zöld hidrogén előállítását fogja szolgálni, a projekt azonban 2040-től 10 GW-ra lesz bővíthető. Az elektrolizálók ugyancsak a tengeren, pontosabban az erre a célra létrehozott mesterséges szigeteken kapnának helyet. A Shell Hollandia, a Gasunie holland gázhálózat-üzemeltető és a groningeni kikötő alkotta konzorcium további partnereket is szívesen látna közös NortH2 projektjében, valamint az egyesült államokbeli Szilícium-völgy mintájára egy „Európai Hidrogén-völgy” klaszter létrejöttében is bíznak.

Kép forrása: Toyota Motors

Hollandia mellett például Belgium, Németország és az Egyesült Királyság is komoly terveket dédelget a hidrogénnel kapcsolatban. Utóbbi jókora szerepet szánna a hidrogénnek az épületek fűtésében is. A Northern Gas Networks terve alapján 2034-re 3,7 millió otthont és 40 000 kereskedelmi helyiséget hidrogénnel fog ellátni földgáz helyett a szigetországban. A projekt becslések szerint 22,7 milliárd fontba kerül, az első észak-angliai házak pedig 2028-ban fűthetnek hidrogénnel.

A hidrogén a szállítási-közlekedési ágazatot is átformálhatja, bár itt a nagy távolságokat megtevő nehézgépjárművek esetében jóval nagyobb lehetőségek kínálkoznak, mint a személygépkocsiknál. Bár a technológia hatótávolság tekintetében még évekig a tisztán elektromos hajtás előtt járhat, a töltőinfrastruktúra kiépítésének költségei azonban olyan erős akadályt jelentenek, amelyek csak a nagy távolságra közlekedő járművek esetében lehetnek bevállalhatók, amelyeknél az akkumulátor alapú meghajtás továbbra sem tűnik kielégítő megoldásnak.

A nap- és szélenergia mutathat utat

A zöld hidrogén széles körű alkalmazása előtt álló legnagyobb akadályt jelenleg a rendszerköltségek jelentik. A villamos energia - hidrogén átalakítás hatékonyságával, illetve az átalakítási lépések során keletkező veszteségekkel kapcsolatban még szintén vannak aggályok. Azonban éppúgy, ahogy annak idején a nap- és szélenergia esetében, a hidrogén esetében is a költséggörbe csökkenése prognosztizálható, amint a technológia mind szélesebb körű alkalmazása lendületet vesz, a méretgazdaságosság pedig teret nyer.

A hidrogén a Nemzetközi Energiaügynökség szerint is a hiányzó láncszem lehet a dekarbonizációs folyamatban, kiváltképp ott, ahol a fosszilis üzemanyagokkal szemben nem sikerült valódi alternatívákat felmutatni. Frank Wouters, a Nemzetközi Megújuló Energia Ügynökség (IRENA) korábbi főtitkár-helyettese, úgy véli, a hidrogén lehet az a ragasztó vagy utolsó építőkocka, ami egybefoghatja a jövő tiszta, karbonsemleges energiarendszerét. Kihívások, mint minden új esetében persze itt is akadnak, de a várható eredmény akkora és olyan pozitív, hogy egyszerűen nincs más választás, mint belevágni - fogalmaz.


A hidrogénről is szólhat az energiaátmenet második fázisa

A zöld hidrogén egyike lehet annak a három technológiának (a magas hőmérsékletű hőszivattyúk és új típusú vegyi energiatároló megoldások mellett), amelyek a 2020-as évtizedben áttörést idézhetnek elő és jelentősen felgyorsíthatják bizonyos iparágak kibocsátáscsökkentését, ezzel lendületet adva a globális energiaátmenetnek is - állítja a DNV GL február végén közzétett új jelentésében. A jelentés alapján a zöld hidrogén 2030-től válhat versenyképessé a kék hidrogénnel, miután a zöld hidrogén termelésének fokozására irányuló igény erősödésével az elektrolízis tőkeköltségei jelentősen mérséklődnek majd a következő években. Az elektrolízis így valamikor 2030 és 2035 között válhat a hidrogénellátás általános részéve, a földgáz szén-dioxid-kibocsátás árához nagyban kapcsolódó költségeinek, valamint a megújuló energia túlkínálatos időszakainak alakulásától, illetve az elektrolizálók fejlődésétől és várható árcsökkenésétől függően.

A jelentés szerint napjainkra tulajdonképpen lezárult az energiaátmenet első fázisa, amelynek eredményeképpen a villamosenergia-termelés dekarbonizációja gyakorlatilag lehetővé vált elsősorban a megbízható és versenyképes árú nap- és szélenergiának köszönhetően. Az átmenet második szakaszában az első fázis eredményeire és technológiáira épülően az olyan karbonintenzív iparágak és területek kerülhetnek sorra, mint például a szállítás és a fűtési szektor, amelyek kibocsátását jóval nehezebb visszafogni, főleg villamos energiával. A hidrogén a feldolgozóiparban is kiválthatja a szenet és gázt, ott, ahol hőszivattyús vagy közvetlen elektromos fűtés nem elégséges, valamint 2030 után a vas- és acélgyártásban is nagyobb teret nyerhet. Ezért a zöld hidrogén fejlesztése és széles körű elterjedése érdekében a nap- és szélenergia esetében sikerrel alkalmazott politikai-szabályozási támogatást kell biztosítani a technológiának a DNV GL szerint.


Címlapkép forrása: Pixabay

NRGreport, Major András