A zöldhidrogén jelentős szerepet játszhat a zöldátmenetben, viszont ezeket az új projekteket technikai, környezetvédelmi, szabályozási kihívások akadályozhatják. Az olyan globális játokosok, mint az Európai Unió, Kína és az Egyesült Államok, eltérő fejlesztési stratégiákkal állnak neki a kihívások kezelésének.
Mihálovics Zoltán politológus, a Makronóm Intézet elemzőjének írása
A zöldhidrogénprojektek bár ígéretesek, jó ideje technológiai és geopolitikai bizonytalanságokkal, valamint pénzügyi korlátokkal és környezetvédelmi aggályokkal küzdenek, ami most sincs másként.
Az ma már kétségtelen, hogy a tiszta hidrogén hozzájárulhat a szén-dioxid-kibocsátás csökkentéséhez, különösen a nehezen szén-dioxid-mentesíthető ágazatokban, mint a nehézipari és energiaigényes iparágak, például az acél- és vegyipar. A hidrogén a villamosenergia-tárolás kulcsfontosságú megoldásaként is megjelenik, amely megoldja a szél- és napenergia időszakossági problémáit. Jelenleg azonban elsősorban a hagyományos finomításban és ipari alkalmazásokban használják.
A hidrogénben rejlő lehetőségek
A hidrogén iránti globális kereslet 2021-ben 94 millió tonna volt, ami a világ energiafogyasztásának mintegy 2,5 százalékát tette ki. A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) 2022-ben azt jósolta, hogy ez a kereslet 2030-ra mindössze 115 millió tonnára nő, amelyből kevesebb mint 2 millió származik majd az új alkalmazásokból.
2050-re azonban a globális hidrogénpiac megugorhat, és elérheti a 600-650 millió tonnát, ami a globális energiaszükséglet több mint 20 százalékát fedezheti.
2030-ra mind a hidrogén iránti kereslet, mind a hidrogéntermelés mérsékelt növekedésnek indul, ami potenciálisan ellensúlyozhatja az évi 14 milliárd köbméter földgáz, 20 millió tonna szén és 360 ezer hordó kőolaj napi fogyasztását. Évente körülbelül 12 millió tonna hidrogén exportálható. Ahhoz, hogy a mai, kevesebb mint 1 millióról 30 millió tonnás tiszta hidrogéntermelést el lehessen érni, 170 milliárd dolláros beruházásra van szükség az elektrolízerekbe, valamint a szén-dioxid-leválasztási, -hasznosítási és -tárolási (CCUS) projektekbe.
A hidrogén azonnali csodaszerként való értékelése viszont kockázatokkal jár, amit az elektrolízis jelenlegi alacsony hatékonysága és a hidrogén szintetikus üzemanyagokká történő átalakításának energiaigényes folyamata rejt magában. A hidrogén előállítása 45-60, a villamos energia hidrogénné alakítása 25 százalékos energiaveszteséget eredményez, emellett a hidrogénben lévő energia az alacsonyabb energiasűrűség miatt nagyjából 60 százalékkal kevésbé hatékony a cseppfolyósított földgázhoz képest.
Magyarország első hidrogén-előállító üzeme Forrás: MTI
A globális politika játékosai eltérő stratégiákban gondolkodnak
2020-ra Németország és az Európai Unió is felismerte, hogy hidrogénstratégiáik jelentős importot igényelnek. Az EU 2022-ben 5 millióról 10 millió tonnára növelte a 2030-ra kitűzött megújuló hidrogén termelési célját, és 2030-ig további 10 millió tonna importot tervez. Ennek a mennyiségnek a behozatalához közel 500 terawattóra megújuló villamos energiára van szükség, ami az EU teljes villamosenergia-fogyasztásának a 14 százaléka.
Európán kívül olyan nemzetek, mint Japán és Ausztrália, a hidrogénenergia-ellátási lánc (HESC) projekt keretében nemcsak a zöld- – azaz megújuló energiaforrásokból és elektrolízisből származó – hidrogén, hanem a CCUS-t is magában foglaló, tiszta kék hidrogén iránt is érdeklődést mutattak. E projektek megtérülése és alkalmassága azonban a magasabb szállítási költségek miatt egyelőre nem egyértelmű.
Elegendők a meglévő gázvezetékek?
A jelenlegi gázvezeték-hálózatoknagyrészét át lehet alakítani hidrogénszállításra. A meglévő csővezetékek felhasználásával a beruházási költségek 50-80 százalékkal csökkenthetők az újak építéséhez képest. Európának 2040-re várhatóan mintegy 39 700 km kiterjesztett hidrogénvezeték-infrastruktúrája lesz, amely összeköti a költséghatékony termelési területeket az exportcélpontokkal.
Érdemes megemlíteni, hogy egy német, osztrák és olasz gázipari vállalatokból álló konzorcium egy 3300 kilométeres hidrogénvezetéket tervez, amely Észak-Afrikát Olaszországgal, Ausztriával és Németországgal köti össze. Spanyolország és Franciaország a H2Med projektet vizsgálja – egy a két országot átszelő víz alatti csővezetéket, amely a Földközi-tengeren keresztül szállítana hidrogént Spanyolországból Franciaországba.
Egy nemrég készült német tanulmány több mint 30 acélt vizsgált, és megállapította, hogy a hidrogén szállítására vonatkozó teljesítményük a gázellátó hálózatokban a szokásos üzemeltetési feltételek mellett nem különbözik a földgázétól. A hidrogén 20 százalékos keverési aránya 6 százalékos CO2-kibocsátás-csökkenést eredményezhet.
Egy szintén a közelmúltban készült amerikai tanulmány azonban, amely a hidrogén földgázzal való keverését vizsgálta, és különböző anyagi, gazdasági, üzemeltetési tényezőket vett figyelembe, óvatosságra int. Rámutatott a lehetséges buktatókra, megjegyezve, hogy
a hidrogén könnyen áthatolhat a szilárd fémeken, ami a csővezetékek acélját hajlamosabbá teszi a repedésre.
Hogyan szállítsunk folyékony hidrogént?
Az alacsony szén-dioxid-kibocsátású üzemanyag szállítása során a hidrogén transzportálható folyékony hidrogén (LH2), ammónia (NH3) vagy folyékony szerves hidrogénhordozó (LOHC) formájában különböző távolságokra. A McKinsey becslése szerint az EU éghajlati célkitűzéseinek eléréséhez 2050-re várhatóan szükséges 660 millió tonnából 400 millió hosszú távú szállítást igényel. A 2000-2500 kilométert meghaladó útvonalak esetében a tengeri szállítás tűnik a legköltséghatékonyabb választásnak.
A földgázzal összehasonlítva a folyékony hidrogént könnyebb tárolni, de több technológiai kihívást jelent. Többek között –253 Celsius-fokos hőmérsékletet kell fenntartani a forrás megakadályozása érdekében, ami lényegesen hidegebb az LNG –162 Celsius-fokához képest.
A nagy távolságokon történő szállítás több mint 30 százalékos energiavesztéssel járhat, és egyes esetekben 40 százalékos veszteséget is okozhat a felforralás és a meghajtáshoz szükséges üzemanyag-felhasználás, ami majdnem kilencszerese az LNG-hajózásénak.
A hidrogénimportban a terminálokon történő szállítás és az újragázosítás során további mintegy 5 százalékos energiaveszteség keletkezik. Az olyan országok, mint Japán, Ausztrália és Szaúd-Arábia, előnyben részesítik az ammóniát, mint gyakorlatiasabb, alacsony szén-dioxid-kibocsátású üzemanyagot az enyhébb hűtési igénye (–33 Celsius-fok) és a meglévő szállítási lehetőségei miatt. Japán támogatja a délkelet-ázsiai országokban a szénről az ammóniára való áttérést, hogy a szén-dioxid-kibocsátást a meglévő szénerőművek bezárása nélkül csökkentsék, azonban a magas költségek korlátozzák a jelenlegi megvalósíthatóságot.
Hidrogénmeghajtású vonat Németországban Forrás: MTI
Jelentős pénzügyi korlátokba ütközik a hidrogéngyártás
A zöldhidrogén-fejlesztések szükségessé teszik az elektrolitikus hidrogéngyártási folyamathoz szükséges nap- és szélerőművek bővítését, ami jelentős költségekkel jár.
Például egy LNG-terminál utólagos átalakítása ammónia kezelésére 11–20 százalékkal drágább beruházás, mint egy új terminál építése, míg egy hidrogéntároló tartály 50 százalékkal többe kerülhet, mint egy LNG-tároló.
A jelentős külföldi befektetések létfontosságúak Afrikában, ahol a legtöbb helyi energiaipari cég pénzügyi korlátok közé van szorítva. Az olyan országokat, mint Egyiptom és Dél-Afrika magában foglaló Afrikai Zöld Hidrogén Szövetségnek a becslések szerint 2050-ig 450––900 milliárd dollárra van szüksége hidrogénprojektekre. A technológiai bizonytalanságok óvatossá tették a befektetőket, bár a közelmúltbeli kezdeményezések, mint például az Egyesült Államok kormányának a tiszta hidrogénprojektekre vonatkozó új adókedvezményei és az Európai Bizottság által javasolt „hidrogénbank” a befektetők bizalmát és a hidrogénfejlesztés előmozdítását célozzák.
Mi lesz a vízhiánnyal?
Az EU-ban a napsütötte régiók, például Spanyolország és Olaszország, valamint Észak-Afrika optimális a zöldhidrogén előállítására. Ezért az unió kiterjesztette a hidrogénnel kapcsolatos „egyenrangú partnerségét” Afrika és Dél-Amerika országaira is. Ebből következik, hogy arra törekszik, hogy diverzifikálja a jövőbeli hidrogénimportját, hogy megelőzze az új geopolitikai függőségeket, tiszteletben tartsa a partnerországok dekarbonizációs érdekeit, és elkerülje a gyarmati hibákat – szemben Kína „neokolonialista erőforrásrablásával”.
A zöldhidrogén nagyüzemi előállítása azonban súlyosbíthatja az Afrikában és a Közel-Keleten fennálló vízhiányproblémákat, ami potenciálisan károsíthatja a mezőgazdasági termelést, különösen a tengerpartnélküli területeken.
A tengerparti államok a hidrogénprojektjeikbe sótalanító üzemeket építenek be, ezek azonban költségesek és energiaigényesek, sőt, további környezeti problémákat okozhatnak a közeli vizekben. Jelenleg a tervezett zöldhidrogénprojektek több mint 70 százaléka vízhiányos régiókban található, többek között az USA-ban (a tervezett hidrogénközpontok 33 projektje), a Közel-Keleten és Afrikában, ami kritikus kihívást jelent a fenntartható hidrogéntermelés szempontjából.
Zöldhidrogén-bemutató modell a Planet Budapest 2023 Fenntarthatósági Expo és Élményprogram rendezvényén Forrás: MTI
Hogyan tovább: hidrogénnel vagy nélküle?
Az elmúlt években a technológia fejlődése gazdaságosabbá tette a hidrogén előállítását, tárolását és alkalmazását. Egyes előrejelzések szerint 2050-re a tiszta hidrogén a világ energiaszükségletének közel a negyedét fedezheti. A zöldhidrogén 2030-ra várhatóan költség tekintetében a kékkel azonos szinten lesz, és a költségek a 2020-as adatokhoz képest 60 százalékkal csökkenhetnek. A 2030-ra 134–240 GW-ra becsült telepített elektrolízis-kapacitás kulcsfontosságú lesz a 2030 utáni kiterjesztett ellátási láncok előmozdításában.
Ennek a zöldforradalomnak a jelei már most is nyilvánvalók:
- az első folyékony hidrogénszállítmányt 2022 elején szállították Ausztráliából Japánba;
- a repülési iparban zajló innovációk arra utalnak, hogy 2025–2026-ra hidrogénnel átalakított repülőgépek jelenhetnek meg, amelyek közvetlenül hidrogénnel működő motorokat használnak;
- Ausztráliában olyan új elektrolízis-technikát fejlesztettek ki, amely a hatékonyságot 75-ről 95 százalékra növelheti. Ez a zöldhidrogént gazdaságilag versenyképessé teheti a kékkel szemben a 2030-ra vonatkozó előrejelzéseknél korábban;
- az első jelek szerint 2025-re egy elektrolízis-gigagyár kezdheti meg működését, ami csökkenő elektrolízis-kapacitás árakat jelez.
Míg az EU, Japán, Ausztrália és az USA ambiciózusan támogatja a hidrogénfejlesztést, addig Kína előrejelzései a hidrogénfejlesztésre vonatkozóan visszafogottabbnak tűnnek, és diverzifikálják az energetikai lehetőségeket. Peking jövőbeli előrejelzései szerint 2030-ra a hidrogén aránya a teljes energiafogyasztás 5 százalékára, 2050-re pedig 10 százalékára nő, míg 2035-re átfogó hidrogénenergia-iparral számol. 2030-ra Kína a nap- és szélenergia-kapacitásának közel háromszorosára, 3,3 terawattórára történő növelését tervezi, és stratégiai költségcsökkentések, valamint támogatások révén már most a globális telepített napenergia-kapacitás 30 százalékát adja.
Bár az ázsiai nagyhatalom hidrogénfejlesztése az évtized végéig várhatóan fokozatosan, mintegy 11–20 százalékkal növekszik, a 2030-as években felgyorsulhat, és 2060-ra 90 millió tonnára emelkedhet, hogy megfeleljen a nettó nulla kibocsátási célnak. Az EU-val ellentétben Kína jövőbeli megközelítése a hidrogénprojektek pragmatikus keverékét foglalja magában, kihasználva szénkészleteit a CCUS-szal együtt.
Az elektrolízishez létfontosságú kritikus nyersanyagok – nikkel, platinacsoportba tartozó fémek – feletti ellenőrzésével Kína pozíciója befolyásolhatja a globális függőségeket, és szorosabban kötné azokat gazdasági, valamint politikai célkitűzéseihez.
A hidrogén iránti globális lelkesedés tehát összességében kézzelfogható, de számos európai hidrogénkezdeményezés továbbra is bizonytalan a nem egyértelmű szabályozás és az Európa-szerte eltérő szabványok miatt. A szabványosítás hiánya világszerte akadályozhatja a nemzetközi hidrogénkereskedelmet. Az IEA azt tanácsolja a kormányoknak, hogy a piac széttöredezettségének megelőzése és az ipari dekarbonizáció felgyorsítása érdekében összpontosítsanak a szabványosított folyamatokra. Jelenleg a globálisan bejelentett alacsony kibocsátású hidrogénprojektek mindössze 4 százalékát helyezték üzembe, vagy kapott végleges beruházási jóváhagyást, ami rávilágít ezekre az akadályokra.
Borítókép: 123rf
