Zamenjava fosilnih goriv z vodikom ne bo ustavila izpustov toplogrednih plinov: študija inštituta Paul Scherrer v Švici

Prihodnji scenariji ublažitve podnebja predvidevajo množično uporabovodik, za katerega se zdi, da bo od zdaj do leta 2050 igral ključno vlogo pri razogljičenje sektorjih, ki jih je težko elektrificirati, pa tudi pri shranjevanju energije iz občasnih obnovljivih virov in za sintezo e-goriv.

Ob povpraševanju, ki bo naraslo do šestkrat, se bo morala enako povečati tudi proizvodnja vodika. Vendar je še vedno treba pojasniti več vidikov: kjer bomo zgradili rastline proizvodnje vodika? In kakšne metode bomo uporabili za njegovo proizvodnjo?

Raziskovalci Inštitut Paul Scherrer so količinsko opredelili stroške in vpliv na okolje različnih obsežnih vodikovih gospodarstev, pri čemer so analizirali štiri različne scenarije od danes do leta 2050. Študija, objavljena v reviji “Nature Communication”, nosi zgovoren naslov “Prihodnja vodikova gospodarstva vključujejo okoljske kompromise in neravnovesje med ponudbo in povpraševanjem".

Podnebna nevtralnost: bo vodik rešitev?

Da bi dosegli podnebna nevtralnost do leta 2050 Elektrifikacija in prehod na ne bosta dovolj obnovljivi viri energije za proizvodnjo električne energije. Nekateri industrijski sektorji, dejavni v Švici, kot sta kmetijstvo in jeklarska industrija, zahtevajo energijo z večjo gostoto. In tukaj jevodik, možna alternativa fosilnim gorivom za vse industrijske sektorje, ki jih je težko elektrificirati.

Po napovedih znanstvenikov bo leta 2050 vodik absorbiral 2-10 odstotkov povpraševanja skupne energije na svetovni ravni: njena proizvodnja se bo zato morala močno povečati, in sicer s sedanjih 90 milijonov metričnih ton na leto na 200-600 Mt na leto.

Enostavna zamenjava fosilnih goriv z elektriko in vodikom pa ne bo odpravila emisij toplogrednih plinov: to je eden glavnih zaključkov študije, ki je bila pravkar objavljena v "Narava Sporočilo” dai ricercatori del Paul Scherrer Institut, guidati dall’autore principale Tom Terlouw in vodja projekta Christian Bauer Laboratorija za analizo energetskih sistemov PSI.

Sedanja proizvodnja vodika, ugotavljajo raziskovalci, temelji na ogljično intenzivnih metodah, kot je npr parni reforming metana in uplinjanje premoga, tako zelo, da proizvodnja vodika že prispeva k približno 2 odstotkom svetovnih emisij ogljikovega dioksida, povezanih z energijo.

Tudi zeleni vodik z zelo nizkimi emisijami ogljika«povzroča posredne emisije in snovne tokove, ki zahtevajo vrednotenje okoljski kompromisi in potencialna ozka grla za obsežno uvajanje«, beremo v študiji, »Poleg tega kako in kje proizvajati te ogromne količine zelenega vodika ostajajo večinoma neznane".

Z elektrolizo do 90 % manj emisij

Raziskovalci PSI so zbrali geografske in ekonomske podatke ter napovedi za opis razvoja vodikovega gospodarstva v štiri različne scenarije. Glede na scenarij predvidevajo, da bo do leta 2050 povpraševanje po vodiku med 111 in 614 megatonami na leto.

Po prvem scenariju se svet še naprej zanaša na fosilna goriva, kot da se ni nič zgodilo. Po četrtem scenariju, ki je najbolj optimističen, vlade sprejmejo rigorozne ukrepe za zaščito podnebja in človeštvu uspe doseči cilje Pariškega sporazuma ter tako omejiti dvig globalnih temperatur na 1.5 °C.

V vsakem primeru začnemo s postopkom proizvodnja vodika: Trenutno prevladujoča metoda je parni reforming metana, pri katerem se element ekstrahira iz zemeljskega plina, nafte ali drugih fosilnih goriv v pogojih visokega tlaka in temperature.

Najbolj optimistični scenariji, ki so jih analizirali raziskovalci, predvidevajo vse večjo uporaboelektroliza s polimerno elektrolitno membrano (PEM), ki uporablja elektriko in elektrolitsko membrano za cepljenje vode na vodik in kisik. Dejansko, če se uporablja samo električna energija iz obnovljivih virov, lahko ta proces deluje tudi brez fosilnih goriv in proizvaja do 90 odstotkov manj toplogrednih plinov v primerjavi z reformingom metana.

Kje naj proizvajamo vodik prihodnosti?

Osrednje vprašanje pa ostaja kje proizvajati vodik s to tehnologijo. “Uporabili smo predvsem ekonomske kriterije«, pojasnjuje Terlouw, »z drugimi besedami, iskali smo mesta, kjer bi bila proizvodnja najcenejša".

In to je v bistvu odvisno od dveh dejavnikov: možnosti zadovoljevanjaveliko povpraševanje po zeleni energiji, zato imajo alternativne vire energije in primerne prostore zgraditi proizvodne prostore.

Na podlagi analiz raziskovalcev je ena najboljših regij za prihodnjo proizvodnjo vodika Kanada: "Veliko je odprtih prostorov, ki so zelo vetrovni in so zato idealni za postavitev vetrnih turbin«, pojasnjuje Terlouw, »poleg tega je naokoli veliko vode in politične razmere so stabilne, čeprav teh dveh meril v naši študiji nismo podrobneje obravnavali. Seveda pa tudi razpoložljivost vode za elektrolizo igra pomembno vlogo, kot tudi vprašanje, ali je zadevna država tista, iz katere je mogoče zanesljivo uvažati vodik".

Tudi osrednje Združene države Amerike ponujajo dobre pogoje, kot tudi deli Avstralije, Sahare, severne Kitajske in severozahodne Evrope, tako zato, ker je tam veliko sonca za sončno energijo kot tudi zato, ker veter in odprti prostori zgraditi vetrne turbine (in tovarne vodika).

Vodik, trenutno neravnovesje med ponudbo in povpraševanjem

Industrijske države srednje Evrope, kot npr Švica ali Nemčija, pojasnjujejo raziskovalci, so manj primerni za proizvodnjo vodika, ker ni veliko zemlje, ki je na voljo za vetrne turbine, ravni sončnega sevanja pa so relativno nizke. Druge gosto poseljene regije in države, kot so Japonska ali velika obalna območja ZDA in Kitajske, bi lahko proizvajale vodik le pri razmeroma visoki stroški.

"Ugotovili smo nekaj neskladij med regijami z velikim povpraševanjem po vodiku in regijami z visoko zmogljivostjo za njegovo učinkovito proizvodnjo«, zaključuje Terlouw. Gospodarstvo vodika bi moralo to neskladje premagati s pomočjo svetovna trgovina, a to zahteva dodatno energijo, pa tudi politično sodelovanje.

Obstajali bi tudi stranski učinki potencialnega vodikovega gospodarstva, ki jih javno mnenje pogosto ignorira: "Prvič, pomembno je poudariti, da tudi delujoče vodikovo gospodarstvo bo še naprej proizvajal preostale emisije toplogrednih plinov«, pravi Terlouw. Glede na študijo znašajo te preostale emisije skoraj gigatono ekvivalenta CO2 na leto.

Vpliv proizvodnje vodika (ne le na podnebje)

"Vpliva na podnebje ne bo mogoče zmanjšati na nič«Razloži Christian Bauer: proizvodnja in distribucija vodika sta pravzaprav neločljivo povezani z emisijami. Poleg izgub, pri katerih se v ozračje sprosti približno 2,5 odstotka proizvedenega vodika (ta pa deluje kot toplogredni plin), obstajajo tako imenovane utelešene emisije, tj. proizvodnja in transport.

"Številni sistemi in stroji, ki se uporabljajo v vodikovem gospodarstvu, so proizvedeni v državah, kjer bo v bližnji prihodnosti njihova proizvodnja močno odvisna od fosilnih goriv«, pojasnjuje Terlouw. “Danes je na primer večina sončni kolektorji prihaja iz Kitajske, od koder se še vedno proizvede največ električne energije elektrarne na premog".

"Nenazadnje je tu še veliko vprašanjedružbena sprejetost«, poudarja Terlouw. “Bodo ljudje sprejeli, da obalne krajine prevzamejo velike tovarne za proizvodnjo vodika?".

"V trenutni študiji teh dejavnikov še nismo upoštevali«, priznava Christian Bauer. “Sledile bodo nadaljnje študije. Želimo nakazati možna sredstva za dosego energetskega prehoda. Ali in kako strogo jih bomo preganjali, je na koncu odvisno od nas družbenopolitično vprašanje".

Tukaj so tri vsebine, ki vas lahko zanimajo za dodatne informacije:

Digitalni prehod in podnebna nevtralnost za izhod iz tunela
Vodik v Nemčiji: čas je za energetsko revolucijo
Zajem in shranjevanje ogljika: kako naj uporabljamo CO2?