Hvað er grænt vetni og hvers vegna þurfum við það

Tíminn er rétti tíminn til að nýta möguleika vetnis til að gegna lykilhlutverki í að takast á við mikilvægar orkuáskoranir. Nýleg velgengni endurnýjanlegrar orkutækni og rafknúinna farartækja hefur sýnt að stefna og tækninýjungar hafa vald til að byggja upp alþjóðlegan hreinan orkuiðnað.

Vetni er að koma fram sem einn af leiðandi valkostum til að geyma orku úr endurnýjanlegum efnum með vetnisbundnu eldsneyti sem hugsanlega flytur orku frá endurnýjanlegum efnum yfir langar vegalengdir - frá svæðum með mikla orkuauðlindir, til orkusjúkra svæða í þúsundum kílómetra fjarlægð.

Grænt vetni kom fram í fjölda loforða um minnkun losunar á loftslagsráðstefnu Sameinuðu þjóðanna, COP26, sem leið til að kolefnislosa stóriðju, langflutninga, skipaflutninga og flug. Bæði stjórnvöld og iðnaður hafa viðurkennt vetni sem mikilvæga stoð í hreinu núllhagkerfi.

The Green Hydrogen Catapult, frumkvæði Sameinuðu þjóðanna til að ná niður kostnaði við grænt vetni tilkynnti að það væri næstum tvöföldun markmiðs síns fyrir græna rafgreiningartæki úr 25 gígavöttum sem sett voru á síðasta ári, í 45 gígavött fyrir árið 2027. Framkvæmdastjórn Evrópusambandsins hefur samþykkt lagasetningu tillögur um að kolefnislosa gasmarkað ESB með því að auðvelda upptöku endurnýjanlegra og lágkolefnislofttegunda, þar með talið vetnis, og tryggja orkuöryggi allra borgara í Evrópu. Sameinuðu arabísku furstadæmin eru einnig að auka metnað, með nýju vetnisstefnu landsins sem miðar að því að halda fjórðungi af alþjóðlegum lágkolefnisvetnismarkaði fyrir árið 2030 og Japan tilkynnti nýlega að það muni fjárfesta 3,4 milljarða dala úr grænum nýsköpunarsjóði sínum til að flýta fyrir rannsóknum og þróun og efling vetnisnotkunar á næstu 10 árum.

Þú gætir rekist á hugtökin „grár“, „blár“, „grænn“ tengd þegar þú lýsir vetnistækni. Allt kemur það niður á því hvernig það er framleitt. Vetni losar aðeins vatn þegar það er brennt en það getur verið kolefnisfrekt. Það fer eftir framleiðsluaðferðum, vetni getur verið grátt, blátt eða grænt – og stundum jafnvel bleikt, gult eða grænblátt. Hins vegar er grænt vetni eina tegundin sem er framleidd á loftslagshlutlausan hátt sem gerir það að verkum að mikilvægt er að ná núllinu árið 2050.

Við spurðum Dr Emanuele Taibi, yfirmann orkugeirans umbreytingarstefnu, International Renewable Energy Agency (IRENA) að útskýra hvað grænt vetni er og hvernig það gæti rutt brautina í átt að hreinni núlllosun. Hann hefur nú aðsetur hjá IRENA nýsköpunar- og tæknimiðstöðinni í Bonn, Þýskalandi, þar sem hann er ábyrgur fyrir því að aðstoða aðildarlöndin við að móta áætlanir um umbreytingu orkugeirans og stýra nú vinnu við sveigjanleika raforkukerfa, vetni og geymslu sem lykilatriði. sem gerir orkuskiptin kleift. Dr Taibi er einnig sýningarstjóri fyrir Strategic Intelligence vettvang Alþjóðaefnahagsráðsins, þar sem teymi hans þróaði umbreytingarkortið á vetni.

Græn vetnistækni

Hvað hvatti þig til að þróa þekkingu þína á orkutækni og hvernig stuðlar starf þitt hjá IRENA til þess?

Það var í meistaraprófsritgerðinni minni. Ég fór í starfsnám hjá ítölsku orku- og umhverfisstofnuninni (ENEA) þar sem ég lærði um sjálfbæra þróun og orku og tengslin þar á milli. Ég skrifaði ritgerðina mína í rekstrarverkfræði um það og ákvað að þetta væri svæðið þar sem ég vildi einbeita mér að atvinnulífinu. Hratt áfram næstum 20 ára reynslu í orku og alþjóðlegu samstarfi, doktorsgráðu í orkutækni og tíma í einkageiranum, rannsóknum og milliríkjastofnunum, ég stýr nú umbreytingarteymi orkugeirans hjá IRENA síðan 2017.

Starf mitt hjá IRENA er að leggja mitt af mörkum, með teyminu mínu og í nánu samstarfi við samstarfsmenn á stofnuninni og utanaðkomandi samstarfsaðila eins og World Economic Forum, við að styðja 166 aðildarlönd okkar í orkuumskiptum, með áherslu á endurnýjanlega raforkuveitu og þess nota til að kolefnislosa orkugeirann með grænum rafeindum sem og grænum sameindum eins og vetni og afleiðum þess.

Hvað er grænt vetni? Hvernig er það frábrugðið hefðbundnu „gráu“ vetni og bláu vetni sem krefst losunar?

Vetni er einfaldasta og minnsta frumefnið í lotukerfinu. Sama hvernig það er framleitt endar það með sömu kolefnislausu sameindina. Hins vegar eru leiðirnar til að framleiða það mjög fjölbreyttar og losun gróðurhúsalofttegunda eins og koltvísýrings (CO2) og metans (CH4).

Grænt vetni er skilgreint sem vetni sem framleitt er með því að kljúfa vatn í vetni og súrefni með endurnýjanlegri raforku. Þetta er allt önnur leið miðað við bæði gráa og bláa.

Grátt vetni er jafnan framleitt úr metani (CH4), sem er klofið með gufu í CO2 – aðal sökudólg loftslagsbreytinga – og H2, vetni. Grátt vetni hefur í auknum mæli einnig verið framleitt úr kolum, með umtalsvert meiri losun CO2 á hverja framleidda vetniseiningu, svo mikið sem oft er kallað brúnt eða svart vetni í stað grátt. Það er framleitt í iðnaðar mælikvarða í dag, með tilheyrandi losun sambærileg við samanlagða losun Bretlands og Indónesíu. Það hefur ekkert orkuskiptagildi, þvert á móti.

Blátt vetni fylgir sama ferli og grátt, með þeirri viðbótartækni sem nauðsynleg er til að fanga CO2 sem myndast þegar vetni er klofið úr metani (eða úr kolum) og geyma það til lengri tíma. Það er ekki einn litur heldur mjög breitt stigbreyting, þar sem ekki er hægt að fanga 100 prósent af CO2 sem framleitt er, og ekki allar leiðir til að geyma það eru jafn árangursríkar til lengri tíma litið. Aðalatriðið er að með því að fanga stóran hluta CO2 er hægt að draga verulega úr loftslagsáhrifum vetnisframleiðslu.

Það er tækni (þ.e. metan pyrolysis) sem gefur fyrirheit um háan fanghraða (90-95 prósent) og skilvirka langtímageymslu á CO2 í föstu formi, hugsanlega svo miklu betri en blár að þeir eiga skilið sinn eigin lit í " vetnisflokkunarregnbogi", grænblár vetni. Hins vegar er metan pyrolysis enn á tilraunastigi, á meðan grænt vetni er að stækka hratt á grundvelli tveggja lykiltækni - endurnýjanlegrar orku (sérstaklega frá sólarorku og vindi, en ekki aðeins) og rafgreiningu.

Ólíkt endurnýjanlegri orku, sem er ódýrasta raforkugjafinn í flestum löndum og svæðum í dag, þarf rafgreining til græns vetnisframleiðslu að aukast verulega og lækka kostnað um að minnsta kosti þrisvar á næsta áratug eða tveimur. Hins vegar, ólíkt CCS og metan pyrolysis, er rafgreining í boði í dag og hægt að útvega hana frámargir alþjóðlegir birgjar núna.

Grænar vetnisorkulausnir

Hverjir eru kostir orkuskiptalausna í átt að „grænu“ vetnishagkerfi? Hvernig gætum við skipt yfir í grænt vetnishagkerfi þaðan sem við erum núna með grátt vetni?

Grænt vetni er mikilvægur þáttur í orkuskiptum. Það er ekki næsta skref þar sem við þurfum fyrst að flýta enn frekar fyrir dreifingu endurnýjanlegrar raforku til að kolefnislosa núverandi raforkukerfi, hraða rafvæðingu orkugeirans til að nýta ódýra endurnýjanlega raforku, áður en að lokum afkolefnisgeira sem erfitt er að rafvæða – eins og stóriðja, siglingar og flug – í gegnum grænt vetni.

Það er mikilvægt að hafa í huga að í dag framleiðum við umtalsvert magn af gráu vetni, með mikilli losun koltvísýrings (og metans): Forgangsverkefni væri að byrja að kolefnislosa núverandi vetniseftirspurn, til dæmis með því að skipta út ammoníaki úr jarðgasi fyrir grænt ammoníak.

Nýlegar rannsóknir hafa vakið umræðu um hugmyndina um blátt vetni sem umskiptaeldsneyti þar til grænt vetni verður kostnaðarsamkeppnishæft. Hvernig myndi grænt vetni verða kostnaðarsamkeppnishæft gagnvart bláu vetni? Hvers konar stefnumótandi fjárfestingar þurfa að eiga sér stað í tækniþróunarferlinu?

Fyrsta skrefið er að gefa merki um að blátt vetni komi í stað grátt, þar sem án verðs fyrir losun CO2 er engin viðskiptaleg rök fyrir fyrirtæki að fjárfesta í flóknu og kostnaðarsömu kolefnisfangakerfi (CCS) og jarðfræðilegum geymslum á CO2. Þegar umgjörðin er orðin þannig að kolefnislítið vetni (blátt, grænt, grænblátt) sé samkeppnishæft við grátt vetni, þá er spurningin: eigum við að fjárfesta í CCS ef hættan er á strandaðum eignum og hversu fljótt verður grænt ódýrara en blár.

Svarið er auðvitað mismunandi eftir svæðum. Í hreinum núllheimi, markmiði sem sífellt fleiri lönd skuldbinda sig til, þyrfti að jafna þá losun sem eftir er af bláu vetni með neikvæðri losun. Þetta mun kosta. Samhliða þessu hefur gasverð verið mjög sveiflukennt undanfarið, þannig að verð á bláu vetni er í mikilli fylgni við gasverð og ekki aðeins óvissu um verð á koltvísýringi heldur einnig óstöðugleika í verðlagi á jarðgasi.

Fyrir grænt vetni gætum við hins vegar orðið vitni að svipaðri sögu og sólarljós. Það er fjármagnsfrek, þess vegna þurfum við að draga úr fjárfestingarkostnaði sem og kostnaði við fjárfestingu, með því að auka framleiðslu á endurnýjanlegri tækni og rafgreiningartækjum, á sama tíma og skapa áhættulítið úttak til að draga úr fjármagnskostnaði fyrir græna vetnisfjárfestingar. Þetta mun leiða til stöðugs, minnkandi kostnaðar við grænt vetni, öfugt við rokgjarnt og hugsanlega vaxandi kostnað við blátt vetni.

Endurnýjanleg orkutækni náði þroskastigi þegar í dag sem gerir samkeppnishæfa endurnýjanlega raforkuframleiðslu um allan heim sem er forsenda samkeppnishæfrar græns vetnisframleiðslu. Rafgreiningartæki eru þó enn notaðir í mjög litlum mæli og þurfa að stækka um þrjár stærðargráður á næstu þremur áratugum til að þrefalda kostnað þeirra.

Í dag er leiðsla fyrir grænt vetnisverkefni á réttri leið með helmingslækkun rafgreiningarkostnaðar fyrir 2030. Þetta, ásamt stórum verkefnum sem eru staðsett þar sem bestu endurnýjanlegu auðlindirnar eru, getur leitt til þess að samkeppnishæft grænt vetni verði fáanlegt í stærðargráðu á næstu {{1 }} ár. Þetta gefur ekki mikinn tíma fyrir blátt vetni – sem er enn á tilraunastigi í dag – til að stækka úr tilrauna- í viðskiptaskala, koma á fót flóknum verkefnum (td langtíma jarðfræðilega koltvísýringsgeymslu) á viðskiptalegum mælikvarða og samkeppnishæfum kostnaði og endurheimta fjárfestingar sem gerðar hafa verið í næstu 10-15 árin.

Nokkrar ríkisstjórnir hafa nú tekið vetniseldsneytistækni inn í landsáætlun sína. Með hliðsjón af auknum kröfum um umskipti í átt að afkolefnisvæðingu hagkerfisins og tækni sem gerir kleift með hærra kolefnisfangahlutfalli, hvað væri ráð þitt til stefnumótenda og ákvarðanatökumanna sem eru að meta kosti og galla græns vetnis?

Við munum þurfa grænt vetni til að ná hreinni núlllosun, sérstaklega fyrir iðnað, siglinga og flug. Hins vegar, það sem við þurfum brýnasta er:

1) orkunýtni;

2) rafvæðing;

3) hraðari vöxtur endurnýjanlegrar orkuframleiðslu.

Þegar þessu hefur verið náð, sitjum við eftir með ca. 40 prósent af eftirspurninni verða kolefnislaus, og það er þar sem við þurfum grænt vetni, nútíma líforku og beina notkun endurnýjanlegrar orku. Þegar við stækkum enn frekar endurnýjanlega orku til að draga úr kolefnislosun raforku, munum við vera í aðstöðu til að auka enn frekar endurnýjanlega orkugetu til að framleiða samkeppnishæft grænt vetni og kolefnislosa atvinnugreinar sem erfitt er að draga úr með lágmarks aukakostnaði.

Hvar sérðu orkutækni sem tengist vetni þróast fyrir árið 2030? Gætum við gert ráð fyrir vetnisknúnum atvinnubílum?

Við sjáum tækifæri fyrir hraðri upptöku græns vetnis á næsta áratug þar sem vetnisþörf er þegar fyrir hendi: kolefnislosun ammoníak, járns og aðrar vörur sem fyrir eru. Mörg iðnaðarferli sem nota vetni geta komið í stað grás fyrir grænt eða blátt, að því tilskildu að CO2 sé verðlagt á viðunandi hátt eða að komið sé á fót öðrum aðferðum til að losa kolefnislosun þessara geira.

Hvað varðar siglingar og flug er staðan aðeins önnur. Drop-in eldsneyti, byggt á grænu vetni en í meginatriðum eins og flugvélaeldsneyti og metanól framleitt úr olíu, er hægt að nota í núverandi flugvélum og skipum, með lágmarks eða engum breytingum. Hins vegar inniheldur þetta eldsneyti CO2, sem þarf að fanga einhvers staðar frá og bæta við vetnið, til að losna aftur við bruna: Þetta dregur úr en leysir ekki vandamálið varðandi CO2-losun. Hægt er að nota tilbúið eldsneyti fyrir 2030, ef réttir hvatar eru til staðar til að réttlæta aukakostnaðinn við minni (ekki eytt) losun.

Á næstu árum geta skip skipt yfir í grænt ammoníak, eldsneyti sem er framleitt úr grænu vetni og köfnunarefni úr lofti, sem inniheldur ekki CO2, en fjárfestinga þarf til að skipta um vélar og tanka og grænt ammoníak er nú mun dýrara en eldsneytisolía.

Vetnis (eða ammoníak) flugvélar eru lengra í burtu og þetta verða í rauninni nýjar flugvélar sem þarf að hanna, smíða og selja flugfélögum til að koma í stað núverandi flugvéla sem knúnar eru þotueldsneyti – greinilega ekki framkvæmanlegt árið 2030: í þessum skilningi, græn þota eldsneyti – framleitt með blöndu af grænu vetni og sjálfbærri líforku – er lausn sem hægt er að nota á næstunni.

Að lokum má segja að helstu aðgerðir til að flýta fyrir kolefnislosun á tímabilinu til ársins 2030 eru 1) orkunýtni 2) rafvæðing með endurnýjanlegri orku 3) hröð hröðun endurnýjanlegrar orkuframleiðslu (sem mun draga enn frekar úr þegar lágum kostnaði við endurnýjanlega raforku) 4) uppbygging sjálfbærrar orku. , nútíma líforku, þarf - meðal annars - til að framleiða grænt eldsneyti sem krefst CO2 5) afkolefnislosunar á gráu vetni með grænu vetni, sem myndi auka mælikvarða og draga úr kostnaði við rafgreiningu, gera grænt vetni samkeppnishæft og tilbúið fyrir frekari stækka á þriðja áratug 20. aldar í átt að því markmiði að ná núlllosun fyrir árið 2050.

World Economic Forum er langvarandi stuðningsmaður stefnuskrár um hreint vetni síðan 2017, og hefur meðal annars hjálpað til við stofnun vetnisráðsins, stofnun vetnisnýsköpunaráskorunar í samstarfi við Mission Innovation og stofnunina, ásamt Energy Transitions Commission, frá Mission Possible vettvangnum til að hjálpa til við að skipta um atvinnugreinar sem erfitt er að draga úr í hreinan núlllosun fyrir árið 2050. Lestu meira um Accelerating Clean Hydrogen Initiative hér.