Mikä on vihreä vety ja miksi tarvitsemme sitä

On oikea aika hyödyntää vedyn potentiaalia ollakseen avainasemassa kriittisten energiahaasteiden ratkaisemisessa. Uusiutuvan energian teknologioiden ja sähköajoneuvojen viimeaikainen menestys on osoittanut, että politiikalla ja teknologisilla innovaatioilla on voima rakentaa maailmanlaajuista puhtaan energian teollisuutta.

Vety on nousemassa yhdeksi johtavista vaihtoehdoista varastoida uusiutuvista energialähteistä peräisin olevaa energiaa vetypohjaisilla polttoaineilla, jotka voivat kuljettaa uusiutuvista lähteistä peräisin olevaa energiaa pitkiä matkoja – runsaiden energiavarojen alueilta tuhansien kilometrien päähän energiannälkäisille alueille.

Vihreä vety esiteltiin useissa päästövähennyslupauksissa YK:n ilmastokonferenssissa COP26 keinona vähentää hiilestä raskaan teollisuuden, kaukoliikenteen rahtiliikennettä, merenkulkua ja lentoliikennettä. Hallitukset ja teollisuus ovat molemmat tunnustaneet vedyn nollatalouden tärkeäksi pilariksi.

Green Hydrogen Catapult, Yhdistyneiden kansakuntien aloite vihreän vedyn hinnan alentamiseksi, ilmoitti lähes kaksinkertaistavansa vihreiden elektrolyysilaitteiden tavoitteensa viime vuonna asetetusta 25 gigawatista 45 gigawattiin vuoteen 2027 mennessä. Euroopan komissio on hyväksynyt joukon lainsäädäntöä. ehdotukset EU:n kaasumarkkinoiden hiilestä poistamiseksi helpottamalla uusiutuvien ja vähähiilisten kaasujen, mukaan lukien vedyn, käyttöönottoa ja varmistamaan energiavarmuus kaikille Euroopan kansalaisille. Myös Yhdistyneet arabiemiirikunnat nostavat kunnianhimoa, sillä maan uudella vetystrategialla on tavoitteena saada neljännes maailman vähähiilisen vetymarkkinoista vuoteen 2030 mennessä, ja Japani ilmoitti äskettäin sijoittavansa 3,4 miljardia dollaria vihreästä innovaatiorahastostaan ​​nopeuttaakseen tutkimusta ja kehitystä sekä Vedyn käytön edistäminen seuraavien 10 vuoden aikana.

Saatat kohdata termejä 'harmaa', 'sininen' ja 'vihreä', kun kuvaat vetyteknologiaa. Kaikki riippuu tavasta, jolla se on tuotettu. Vety vapauttaa palaessaan vain vettä, mutta sen luominen voi olla hiiliintensiivistä. Valmistusmenetelmistä riippuen vety voi olla harmaata, sinistä tai vihreää – ja joskus jopa vaaleanpunaista, keltaista tai turkoosia. Vihreä vety on kuitenkin ainoa tyyppi, joka on tuotettu ilmastoneutraalilla tavalla, joten on ratkaisevan tärkeää saavuttaa nettonolla vuoteen 2050 mennessä.

Pyysimme tohtori Emanuele Taibia, Kansainvälisen uusiutuvan energian järjestön (IRENA) sähkösektorin muutosstrategioiden johtajaa selittämään, mitä vihreä vety on ja miten se voisi tasoittaa tietä kohti nollapäästöjä. Hän työskentelee tällä hetkellä IRENA-innovaatio- ja teknologiakeskuksessa Bonnissa, Saksassa, missä hän on vastuussa jäsenmaiden avustamisesta strategioiden suunnittelussa energiasektorin muutosta varten ja johtaa tällä hetkellä sähköjärjestelmän joustavuutta, vetyä ja varastointia avainasemassa. energian siirtymisen mahdollistajia. Tohtori Taibi on myös kuraattori World Economic Forumin Strategic Intelligence -alustassa, jossa hänen tiiminsä kehitti vedyn muutoskartan.

Vihreät vetyteknologiat

Mikä motivoi sinua kehittämään energiateknologioiden osaamistasi ja miten työsi IRENA:ssa vaikuttaa siihen?

Se tapahtui diplomityöni aikana. Tein harjoittelun Italian kansallisessa energia- ja ympäristövirastossa (ENEA), jossa opin kestävästä kehityksestä ja energiasta sekä näiden kahden välisestä yhteydestä. Kirjoitin aiheesta johtamistekniikan opinnäytetyöni ja päätin, että tämä on alue, jolle haluan keskittyä työelämääni. Nopeasti eteenpäin lähes 20 vuoden kokemuksella energia- ja kansainvälisestä yhteistyöstä, tohtorintutkinto energiateknologiasta sekä yksityisellä sektorilla, tutkimuksessa ja hallitustenvälisissä virastoissa käytetty aika, johdan tällä hetkellä IRENAn sähköalan muutostiimiä vuodesta 2017 lähtien.

Työni IRENAlla on osallistua tiimini kanssa ja tiiviissä yhteistyössä kollegoiden kanssa virastosta ja ulkoisista kumppaneista, kuten Maailman talousfoorumista, tukemaan 166 jäsenmaatamme energian siirtymävaiheessa keskittyen uusiutuvaan sähköntuotantoon ja sen kehittämiseen. käyttää energiasektorin hiilestä poistamiseen vihreiden elektronien sekä vihreiden molekyylien, kuten vedyn ja sen johdannaisten, avulla.

Mikä on vihreä vety? Miten se eroaa perinteisestä päästöintensiivisestä "harmaasta" vedystä ja sinisestä vedystä?

Vety on jaksollisen järjestelmän yksinkertaisin ja pienin alkuaine. Riippumatta siitä, miten se on valmistettu, se päätyy samaan hiilettömään molekyyliin. Sen tuotantoreitit ovat kuitenkin hyvin erilaisia, samoin kuin kasvihuonekaasujen, kuten hiilidioksidin (CO2) ja metaanin (CH4), päästöt.

Vihreä vety määritellään vedyksi, joka tuotetaan jakamalla vettä vedyksi ja hapeksi uusiutuvalla sähköllä. Tämä on hyvin erilainen reitti verrattuna sekä harmaaseen että siniseen.

Harmaa vetyä tuotetaan perinteisesti metaanista (CH4), joka hajoaa höyryn mukana CO2:ksi, joka on ilmastonmuutoksen pääsyyllinen, ja H2:ksi, vedyksi. Harmaa vetyä on tuotettu yhä enemmän myös kivihiilestä, ja tuotettua vetyyksikköä kohden on huomattavasti korkeammat CO2-päästöt, niin paljon, että sitä kutsutaan usein ruskeaksi tai mustaksi vedyksi harmaan sijaan. Sitä valmistetaan nykyään teollisessa mittakaavassa, ja siihen liittyvät päästöt ovat verrattavissa Yhdistyneen kuningaskunnan ja Indonesian yhdistettyihin päästöihin. Sillä ei ole energian siirtymäarvoa, päinvastoin.

Sininen vety noudattaa samaa prosessia kuin harmaa, lisätekniikoilla, jotka ovat välttämättömiä hiilidioksidin talteenottamiseksi, joka syntyy, kun vety erotetaan metaanista (tai hiilestä) ja varastoida se pitkällä aikavälillä. Se ei ole yksivärinen, vaan pikemminkin hyvin laaja sävy, sillä 100 prosenttia syntyvästä hiilidioksidista ei voida ottaa talteen, eivätkä kaikki sen varastointitavat ole yhtä tehokkaita pitkällä aikavälillä. Pääasia on, että ottamalla suuri osa CO2:sta talteen, vedyn tuotannon ilmastovaikutuksia voidaan vähentää merkittävästi.

On olemassa teknologioita (esim. metaanipyrolyysi), jotka lupaavat korkeita talteenottomääriä (90-95 prosenttia) ja hiilidioksidin tehokasta pitkäaikaista varastointia kiinteässä muodossa, mahdollisesti niin paljon paremmin kuin sininen, että ne ansaitsevat oman värinsä. vetytaksonomian sateenkaari", turkoosi vety. Metaanin pyrolyysi on kuitenkin vielä pilottivaiheessa, kun taas vihreä vety kasvaa nopeasti kahden keskeisen teknologian – uusiutuvan energian (etenkin aurinkoenergian ja tuulen, mutta ei vain) ja elektrolyysin – pohjalta.

Toisin kuin uusiutuva energia, joka on nykyään halvin sähkönlähde useimmissa maissa ja alueilla, vihreän vedyn tuotannon elektrolyysin on laajennettava merkittävästi ja alennettava kustannuksiaan vähintään kolme kertaa seuraavan vuosikymmenen tai kahden vuoden aikana. Kuitenkin toisin kuin CCS ja metaanipyrolyysi, elektrolyysi on nykyään kaupallisesti saatavilla ja se voidaan hankkiauseita kansainvälisiä toimittajia juuri nyt.

Vihreät vetyenergiaratkaisut

Mitkä ovat energiasiirtymäratkaisujen edut kohti "vihreää" vetytaloutta? Miten voisimme siirtyä vihreään vetytalouteen nykyisestä harmaavetyä?

Vihreä vety on tärkeä osa energiasiirtymää. Se ei ole seuraava välitön askel, sillä meidän on ensin vauhditettava uusiutuvan sähkön käyttöönottoa nykyisten sähköjärjestelmien hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi, nopeuttamaan energia-alan sähköistämistä edullisen uusiutuvan sähkön hyödyntämiseksi, ennen kuin lopulta hiilidioksidipäästöt poistetaan vaikeasti sähköistettävistä sektoreista. kuten raskas teollisuus, merenkulku ja lentoliikenne – vihreän vedyn kautta.

On tärkeää huomata, että nykyään tuotamme huomattavan määrän harmaata vetyä, jolla on korkeat CO2- (ja metaani)päästöt: ensisijaisena olisi aloittaa nykyisen vedyn kysynnän dekarbonointi esimerkiksi korvaamalla maakaasun ammoniakki vihreällä ammoniakilla.

Viimeaikaiset tutkimukset ovat herättäneet keskustelua sinisen vedyn käsitteestä siirtymäpolttoaineena, kunnes vihreästä vedystä tulee kustannuskilpailukykyistä. Miten vihreästä vedystä tulisi kustannuskilpailukykyistä sinistä vetyä vastaan? Millaisia ​​strategisia investointeja teknologian kehitysprosessissa tarvitaan?

Ensimmäinen askel on antaa signaali sinisen vedyn korvaamisesta harmaan, koska ilman hiilidioksidipäästöjen hintaa yrityksillä ei ole liiketoimintaa investoida monimutkaisiin ja kalliisiin hiilidioksidin talteenottojärjestelmiin (CCS) ja geologisiin hiilidioksidivarastoihin. Kun puitteet ovat sellaiset, että vähähiilinen vety (sininen, vihreä, turkoosi) kilpailee harmaan vedyn kanssa, kysymys kuuluu: pitäisikö meidän investoida CCS:ään, jos riskinä on, että omaisuus on hukassa, ja kuinka pian vihreä tulee halvemmaksi kuin sininen.

Vastaus vaihtelee tietysti alueittain. Nettonolla-maailmassa, johon yhä useammat maat sitoutuvat, jäljellä olevat sinisen vedyn päästöt olisi kompensoitava negatiivisilla päästöillä. Tämä tulee maksamaan. Samanaikaisesti kaasun hinnat ovat olleet erittäin epävakaat viime aikoina, minkä vuoksi sinisen vedyn hinta korreloi voimakkaasti kaasun hintaan ja se on alttiina paitsi hiilidioksidin hinnan epävarmuudelle myös maakaasun hinnanvaihteluille.

Vihreän vedyn osalta saatamme kuitenkin todistaa samanlaista tarinaa kuin aurinkoenergian. Se on pääomavaltaista, joten meidän on vähennettävä sekä investointikustannuksia että investointikustannuksia lisäämällä uusiutuvien teknologioiden ja elektrolyysilaitteiden valmistusta ja luotava samalla vähäriskinen otto, jolla vähennetään vihreän vetyinvestointien pääomakustannuksia. Tämä johtaa vakaaseen, aleneviin vihreän vedyn kustannuksiin, toisin kuin sinisen vedyn haihtuva ja mahdollisesti nouseva hinta.

Uusiutuvan energian teknologiat saavuttivat jo tänään sellaisen kypsyystason, joka mahdollistaa kilpailukykyisen uusiutuvan sähköntuotannon kaikkialla maailmassa, mikä on kilpailukykyisen vihreän vedyn tuotannon edellytys. Elektrolyysilaitteita käytetään kuitenkin edelleen hyvin pienessä mittakaavassa, ja niitä on lisättävä kolmella suuruusluokalla seuraavan kolmen vuosikymmenen aikana kustannusten kolminkertaistamiseksi.

Nykyään vihreiden vetyprojektien putkilinjassa on tarkoitus puolittaa elektrolyysilaitteiden kustannukset ennen vuotta 2030. Tämä yhdistettynä suuriin hankkeisiin, jotka sijaitsevat parhaiden uusiutuvien luonnonvarojen alueella, voi johtaa kilpailukykyiseen vihreään vetyyn, joka tulee saataville suuressa mittakaavassa seuraavana vuonna {{1 }} vuotta. Tämä ei jätä paljon aikaa siniselle vedylle – vielä pilottivaiheessa – siirtyä pilotista kaupalliseen mittakaavaan, ottaa käyttöön monimutkaisia ​​hankkeita (esim. pitkäaikainen geologinen hiilidioksidin varastointi) kaupallisessa mittakaavassa ja kilpailukykyisin kustannuksin ja saada takaisin markkinoille tehdyt investoinnit. seuraavat 10-15 vuotta.

Useat hallitukset ovat nyt sisällyttäneet vetypolttoaineteknologiat kansallisiin strategioihinsa. Ottaen huomioon kasvavat vaatimukset siirtyä kohti talouden hiilestä poistamista ja mahdollistaa teknologioiden korkeampi hiilidioksidin talteenottoaste, mitä neuvoisit päättäjille ja päätöksentekijöille, jotka arvioivat vihreän vedyn etuja ja haittoja?

Tarvitsemme vihreää vetyä päästäksemme nollapäästöihin erityisesti teollisuudessa, merenkulussa ja lentoliikenteessä. Tarvitsemme kuitenkin kiireellisesti:

1) energiatehokkuus;

2) sähköistys;

3) uusiutuvan sähköntuotannon kiihtynyt kasvu.

Kun tämä on saavutettu, meille jää n. 40 prosenttia kysynnästä on hiilidioksidipäästötöntä, ja tähän tarvitaan vihreää vetyä, modernia bioenergiaa ja uusiutuvien energialähteiden suoraa käyttöä. Kun lisäämme uusiutuvan energian käyttöä sähkön hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi, pystymme edelleen laajentamaan uusiutuvan energian kapasiteettia tuottamaan kilpailukykyistä vihreää vetyä ja vähentämään hiilidioksidipäästöjä vaikeasti vähennettäviltä aloilta pienin lisäkustannuksin.

Missä näet vetyyn liittyvän energiateknologian kehittyvän vuoteen 2030 mennessä? Voimmeko ennakoida vetykäyttöisiä hyötyajoneuvoja?

Näemme mahdollisuuden vihreän vedyn nopeaan käyttöön seuraavan vuosikymmenen aikana, kun vedyn kysyntä on jo olemassa: ammoniakin, raudan ja muiden olemassa olevien hyödykkeiden hiilidioksidin poistaminen. Monet vetyä käyttävät teolliset prosessit voivat korvata harmaan vihreällä tai sinisellä edellyttäen, että hiilidioksidi hinnoitellaan asianmukaisesti tai otetaan käyttöön muita mekanismeja näiden alojen hiilestä poistamiseksi.

Merenkulun ja lentoliikenteen osalta tilanne on hieman erilainen. Drop-in -polttoaineita, jotka perustuvat vihreään vetyyn, mutta ovat olennaisesti identtisiä lentopetrolin ja öljystä tuotetun metanolin kanssa, voidaan käyttää olemassa olevissa lentokoneissa ja laivoissa ilman säätöjä. Nämä polttoaineet sisältävät kuitenkin CO2:ta, joka on otettava jostain talteen ja lisättävä vetyyn, jotta se vapautuu palamisen aikana: tämä vähentää, mutta ei ratkaise CO2-päästöjen ongelmaa. Synteettiset polttoaineet voidaan ottaa käyttöön ennen vuotta 2030, jos on olemassa oikeat kannustimet, jotka oikeuttavat vähennettyjen (ei eliminoitujen) päästöjen ylimääräiset kustannukset.

Laivoissa voidaan lähivuosina siirtyä vihreästä ammoniakista, vihreästä vedystä ja ilmasta tulevasta typestä valmistettuun polttoaineeseen, joka ei sisällä hiilidioksidia, mutta moottoreiden ja säiliöiden korvaamiseen tarvitaan investointeja, ja vihreä ammoniakki on tällä hetkellä paljon kalliimpaa kuin polttoöljy.

Vety (tai ammoniakki) lentokoneet ovat kauempana, ja nämä ovat pohjimmiltaan uusia lentokoneita, jotka on suunniteltava, rakennettava ja myytävä lentoyhtiöille korvaamaan olemassa olevat lentopolttoaineella toimivat lentokoneet – ei selvästikään ole mahdollista vuoteen 2030 mennessä: tässä mielessä vihreä suihkukone Vihreän vedyn ja kestävän bioenergian yhdistelmällä valmistettu polttoaine on ratkaisu, joka voidaan ottaa käyttöön lähitulevaisuudessa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tärkeimmät toimet hiilestä poistamisen nopeuttamiseksi vuoteen 2030 mennessä ovat 1) energiatehokkuus 2) sähköistys uusiutuvilla energialähteillä 3) uusiutuvan sähkön tuotannon nopea nopeuttaminen (joka vähentää entisestään uusiutuvan sähkön jo ennestään alhaisia ​​kustannuksia) 4) kestävän kehityksen mittakaava. , modernia bioenergiaa, jota tarvitaan muun muassa vihreiden polttoaineiden tuottamiseen, jotka vaativat CO2 5) harmaan vedyn hiilenpoisto vihreällä vedyllä, mikä toisi mittakaavassa ja alentaisi elektrolyysin kustannuksia tehden vihreästä vedystä kilpailukykyisen ja valmiina jatkokäyttöön. asteikkoa 2030-luvulla kohti tavoitetta nollapäästöistä vuoteen 2050 mennessä.

Maailman talousfoorumi on pitkäaikainen puhtaan vety-agendan kannattaja vuodesta 2017 lähtien, ja se on auttanut muun muassa vetyneuvoston perustamisessa, vetyinnovaatiohaasteen perustamisessa yhteistyössä Mission Innovationin kanssa sekä perustamisessa yhdessä Energy Transitions Commission, Mission Possible -alustasta, jonka tehtävänä on auttaa vaikeasti vähennettäviä sektoreita siirtämään nettopäästöttömiin vuoteen 2050 mennessä. Lue lisää Accelerating Clean Hydrogen Initiative -aloitteesta täältä.