Lietuvos energetikos strategijoje numatoma, kad jau 2030 m. galėtume pasiekti nemažą proveržį ir per metus pagaminti 130 tūkst. tonų žaliojo vandenilio. Vandenilio gamyba ne tik paverstų šalį Baltijos regiono energetiniu centru, bet šią energijos kaupimui naudojamą medžiagą taip pat būtų galima eksportuoti Vokietijai, kadangi Lietuva turi geografiškai daug vietos atsinaujinančiosios energijos jėgainėms. Kol kas kiša koją, kad vandenilį gaminti – labai brangu.
Viso pasaulio šalys varžosi dėl to, kuri išplėtos vandenilio gamybos infrastruktūrą, nes tai – priemonė sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį. Ypač tose pramonės šakose, kuriose dekarbonizacija sudėtingiausia – pavyzdžiui, plieno ir chemijos pramonėje.
Japonija šiuo metu yra vandenilio gamybos priešakinėse linijose. Dar 2017 m. ji pirmą kartą paskelbė savo vandenilio strategiją ir visai neseniai pareiškė, jog iki 2040 m. turi ambicingą tikslą padidinti vandenilio tiekimą iki 12 mln. tonų per metus. Šiuo metu šalis pagamina 2 mln. tonų, o pagal pradinį planą iki 2030 m. turėjo šį kiekį padidinti iki 3 mln.
Šalis užsibrėžusi tapti visiškai anglies dioksido neišskiriančia „vandenilio visuomene“. Techniškai kalbant, vandenilio energetikos pramonę galima skirstyti į tris dalis: gamybą, transportavimą ir saugojimą bei naudojimą. Daugiau ar mažiau Japonija įsitraukusi į visus šiuos etapus.
Per 15 metų žada investuoti 107 mlrd. dolerių
Vandenilio gamybos pradininkė Japonijoje yra kompanija „Iwatani“, kuri dar 1941 m. pradėjo pardavinėti vandenilį, o 1978-aisiais ėmė veikti pirmoji didelio masto skysto vandenilio gamykla. Dar 2002 m. kompanija baigė statyti pirmąją šalyje plataus masto vandenilio degalinę Osakoje, o 2014 m. atidarė pirmąją komercinę degalinę.
Kita japonų kompanija „Showa Denko“, neseniai pervadinta į „Resonac“, gamina mažai anglies dioksido į aplinką išskiriantį vandenilį ir amoniaką, naudodama cheminę plastiko perdirbimo technologiją. Bendradarbiaudama su „Showa Denko“, „Toshiba“ panaudojo vandenilio energiją pirmajam pasaulio „vandenilio viešbučiui“ Kavasakio mieste. Bendrovė taip pat prisidėjo ir prie šiuo metu didžiausios pasaulyje vandenilio gamyklos.
Bendradarbiaujančios Japonijos kompanijos taip pat sukūrė pirmąjį pasaulyje suskystinto vandenilio transporterį „Suiso Frontier“, kuriuo gali transportuoti Australijoje gaminamą žaliąjį vandenilį.
Vandenilio panaudojimo srityje Japonija taip pat pradėjo dirbti jau senokai. Pavyzdžiui, „Toyota“ 2014 m. pabaigoje pradėjo pardavinėti pirmąją pasaulyje transporto priemonę, varomą kuro elementais. Tai yra elektrinė transporto priemonė, kurioje, kitaip nei akumuliatoriniuose automobiliuose, elektra gaminama vykstant reakcijai tarp vandenilio ir deguonies iš oro. Panašaus pobūdžio transporto priemones 2016 m. pradėjo pardavinėti „Honda“ ir „Nissan“.
Tai tik keletas pavyzdžių, Japonija šioje srityje nesiruošia sustoti – per artimiausius 15 metų planuoja į vandenilio ekonomiką investuoti 107 mlrd. dolerių.
Apie tai, kodėl vertinga yra investuoti į vandenilio gamybą, ką su juo galima veikti ir kas mus stabdo, išsamiai papasakojo ir LRT.lt kalbinti mokslininkai.
Vandenilis bespalvis, bet turi daug spalvų pavadinimų
Kai kalbama apie vandenilį, gali būti painu išgirdus apie įvairias jo spalvas – žaliasis, mėlynasis, rudasis, geltonasis, turkio ir rožinis vandenilis. Tai yra spalvų kodai arba pravardės, naudojamos energetikos pramonėje vandenilio rūšims atskirti. Spalvų pavadinimai priklauso nuo gamybos būdo.
Pats vandenilis yra nematomos dujos. Taigi, nepaisant spalvingų apibūdinimų, tarp skirtingų vandenilio rūšių matomų skirtumų nėra.
Žaliasis vandenilis gaminamas naudojant švarią elektros energiją iš atsinaujinančių energijos šaltinių, pavyzdžiui, saulės ar vėjo energijos, vandeniui elektrolizuoti. Elektrolizeriuose elektrocheminės reakcijos metu vanduo suskaidomas į vandenilio ir deguonies sudedamąsias dalis, neišskiriant anglies dioksido. Šiuo metu žaliasis vandenilis sudaro nedidelę viso vandenilio dalį, nes jo gamyba yra brangi.
Mėlynasis vandenilis daugiausia gaminamas iš gamtinių dujų, naudojant vadinamąjį garo reformatavimą, kurio metu gamtinės dujos ir įkaitintas vanduo susilieja į garus. Gaunamas vandenilis, tačiau kaip šalutinis produktas susidaro ir anglies dioksidas. Taigi, mėlynojo vandenilio apibrėžtis apima anglies dioksido surinkimo ir saugojimo (CCS) metodą, skirtą šiam anglies dioksidui surinkti ir saugoti.
Pilkasis vandenilis gaminamas iš gamtinių dujų arba metano, naudojant garinį metano reformatavimą, tačiau nesulaikant šio proceso metu susidarančių šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Pilkasis vandenilis iš esmės yra tas pats kaip ir mėlynasis vandenilis, tačiau nenaudojamas anglies dioksido surinkimas ir saugojimas. Tai labiausiai paplitęs vandenilio gamybos būdas.
Juodasis arba rudasis vandenilis gaminamas naudojant juodąsias anglis arba lignitą (rudąsias anglis). Šis vandenilis yra visiška priešingybė žaliajam vandeniliui ir labiausiai kenkia aplinkai. Tiesa, bet koks vandenilis, pagamintas iškastinio kuro dujinimo būdu, kartais pakaitomis vadinamas juoduoju arba ruduoju vandeniliu.
Rožinis vandenilis gaminamas elektrolizės būdu, naudojant branduolinę energiją. Tokiu būdu pagamintas vandenilis taip pat gali būti vadinamas violetiniu arba raudonuoju vandeniliu.
Turkio spalvos vandenilis gaminamas naudojant metano pirolizės procesą, kurio metu gaunamas vandenilis ir kietoji anglis. Ateityje turkio spalvos vandenilis gali būti vertinamas kaip mažai taršus, priklausomai nuo to, ar terminis procesas bus varomas atsinaujinančiąja energija ir ar anglis bus nuolat saugoma, ar naudojama.
Geltonasis vandenilis yra palyginti nauja frazė, reiškianti vandenilį, gaminamą elektrolizės būdu naudojant saulės energiją.
Baltasis vandenilis yra natūralus geologinis vandenilis, randamas požeminiuose telkiniuose ir gaunamas atliekant hidraulinį ardymą. Šiuo metu nėra jokių šio vandenilio naudojimo strategijų.
Deginant susidaro tik vandens garai
VILNIUS TECH Transporto inžinerijos fakulteto doc. dr. Saugirdas Pukalskas LRT.lt aiškino, jog vandenilis Žemėje dažniausiai yra žinomas tam tikruose cheminiuose junginiuose – pvz., su deguonimi visiems puikiai žinomas kaip vanduo (H2O). Taip pat yra junginių su anglimi, kai susidaro įvairūs angliavandeniliai, bei kitais cheminiais elementais.
„Tik nedidelė dalis vandenilio Žemėje yra randama vandenilio dujų pavidalu. Tiesa, pastarųjų metų tyrimai atskleidė daug žadančių prognozių, kurios, jei pasitvirtins, gali suteikti žmonijai didelius pigios energijos klodus“, – paminėjo S. Pukalskas.
Ieva Barauskienė, Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakulteto (KTU CTF) mokslininkė, paaiškino, jog vandenilis, kaip ir iškastinis kuras, yra degi medžiaga, kurios degimo metu išsiskiria didelis kiekis energijos.
Pasak mokslininkės, tai yra ir puikus atsinaujinančiosios energijos saugojimo būdas, kuris leidžia subalansuoti elektros tiekimą, t. y. esant palankiam vėjui ar intensyviai saulės šviesai, pagamintas elektros energijos perteklius naudojamas vandeniliui gaminti, o vėliau, esant poreikiui, iš jo paimamas degimo metu ir tiekiamas į tinklą.
„Didžiulis ir svarbiausias vandenilio pranašumas prieš iškastinį kurą yra tas, kad deginant vandenilį susidaro tik vanduo (vandens garai), tuo metu iškastinis kuras degimo metu išskiria anglies dioksidą, azoto oksidus, kietąsias daleles ir kt. Iškastinio kuro deginimas sukelia klimato pokyčius, oro ir vandens taršą. Vandenilio degimas yra visiškai nekenksmingas aplinkai“, – pabrėžė I. Barauskienė.
Ji įvardijo, kad vandenilis kol kas plačiai energijai nenaudojamas dėl kelių priežasčių: kainos ir infrastruktūros trūkumo.
Švariai vandenilio gaunama tik 4 proc.
Pramoniniu būdu vandenilis gaunamas keliais būdais, iš kurių dažniausias yra gamtinių dujų reformatavimas, t. y. gamtinės dujos veikiamos vandens garais aukštoje temperatūroje ir slėgiu. Šis metodas yra ne tik energetiškai imlus dėl aukštų temperatūrų, bet jo metu išsiskiria ir daugybė anglies dioksido kaip šalutinio produkto.
„Šiuo būdu gaminama net 48 proc. viso vandenilio. Kiti būdai, naudojant naftą ar anglį, taip pat yra labai taršūs. Švarus būdas gauti vandenilį yra elektrolizė, tačiau šiuo metodu gaunama tik 4 proc. viso pagaminamo vandenilio.
Tiesa, brangstant įprastiems gamybos būdams dėl didėjančių aplinkosauginių, taršos reikalavimų, elektrolizė sulaukia vis didesnio šalių susidomėjimo. Kol kas ji yra brangiausias būdas vandeniliui gauti“, – LRT.lt aiškino KTU mokslininkė.
Pasak jos, dujų reformatavimu gauto vandenilio gamybos kaina yra apie 1,5 euro už kilogramą. Taikant CCS technologiją (angl. carbon capture and storage), kai gaunamas mėlynasis vandenilis, kaina siekia apie 2 eurus už kilogramą.
Žaliojo vandenilio, gaunamo elektrolizės būdu, kaina svyruoja priklausomai nuo elektros kainos ir pasirinktos technologijos. Gali būti tarp 2,5 ir 5,5 euro už kilogramą.
„Tose vietovėse, kur atsinaujinančių šaltinių elektra yra pigi ir jos daug, ir vandenilio gamyba bus žymiai pigesnė.
Kita priežastis, stabdanti platesnį vandenilio naudojimą energetikoje, yra infrastruktūros trūkumas arba jos nepritaikymas vandeniliui laikyti ir gabenti – vandenilio suskystinimo temperatūra yra net šimtu laipsnių Celsijaus žemesnė nei gamtinių dujų. Tai taip pat reikalauja didelių investicijų, todėl ieškoma įvairių alternatyvų, pvz., pagamintą vandenilį saugoti ir naudoti kitų – „patogesnių“ – junginių pavidalu, tokių kaip amoniakas“, – dėstė I. Barauskienė.
Vandeniliui pagaminti reikia daugiau elektros, nei iš jo gaunama naudos
S. Pukalskas, be jau paminėtų išgavimo būdų, taip pat išskyrė, jog dar vandenilį galima gauti ir reformatuojant metanolį – tai yra alternatyvus šaltinis. Metanolio reformatavimas susideda iš cheminių reakcijų, kurios konvertuoja metanolį į vandenilį ir anglies dioksidą.
Dar jis paminėjo ir termolizę – procesą, kurio metu vandenilis gaunamas iš vandens. Jį kaitinant iki aukštų temperatūrų, daugiau kaip 2000 laipsnių Celsijaus, vanduo skyla į vandenilį ir deguonį. Šis metodas nėra labai plačiai naudojamas dėl aukštų energijos sąnaudų.
„Kiekvienas iš vandenilio gamybos būdų turi savo privalumų ir trūkumų, ir tinkamiausias metodas gali skirtis, priklausomai nuo konkrečios pramonės arba vartotojo poreikių, infrastruktūros ir galimų energijos šaltinių.
Dažniausiai vandenilis yra suprantamas kaip energijos akumuliatorius, o ne energijos šaltinis, nes, kaip matyti iš jo gamybos būdų, jam pagaminti reikia nemažai resursų ir, deja, ne visi gamybos būdai yra neutralūs klimato kaitos atžvilgiu. Todėl vandenilio gamybos būdai turi tam tikrų atspalvių“, – teigė mokslininkas.
S. Pukalskas atkreipė dėmesį, jog, norint pagaminti 1 kilogramą žaliojo vandenilio, reikia sunaudoti 50 kilovatvalandžių (kWh) elektros energijos. Vėliau, vandenilį konvertuojant atgal į elektros energiją, gaunama jau tik 33 kWh. Dėl to patiriama nemažai nuostolių, o ir pats vandenilis tampa gana brangus.
Daugelyje Europos miestų vandenilio degalinėse 1 kg kaina svyruoja nuo 15 iki 20 Eur/kg. 100 km kelio nuvažiuoti lengvuoju automobiliu reikia apie 1 kg vandenilio
Pašnekovas įvardijo, kad vandenilio gamybos, saugojimo ir pylimo į automobilius stotelės, kuri per 10–12 val. sugeneruoja apie 1 kg vandenilio, kaina svyruoja nuo 0,8–1 mln. Eur. Daugelyje Europos miestų vandenilio degalinėse 1 kg kaina svyruoja nuo 15 iki 20 Eur/kg. 100 km kelio nuvažiuoti lengvuoju automobiliu reikia apie 1 kg vandenilio.
Plėsti vandenilio gamybą trukdo kaina ir infrastruktūros trūkumas
I. Barauskienė įvardijo, kad, pagal Tarptautinės atsinaujinančiosios energijos agentūros skaičiavimus, iki 2050 m. reikėtų kasmet investuoti apie 170 mlrd. dolerių į žaliojo vandenilio gamybą, norint, kad Žemės paviršiaus temperatūra nekiltų ties užsibrėžta 1,5 laipsnio Celsijaus riba.
Mokslininkės teigimu, daugiau nei 60 išsivysčiusių šalių turi savo nacionalines vandenilio strategijas, kuriose numatyti skirtingi tikslai, poreikiai ir terminai, susiję su žaliojo vandenilio gamyba.
Europos Sąjungoje (ES) daugiausia investicijų skiria Ispanija, Vokietija, Prancūzija, Nyderlandai, Danija. Pasaulio mastu lyderystę dalijasi ES ir Azija. Pasak mokslininkės, didžiausias pranašumas planuojant žaliojo vandenilio gamybą yra atsinaujinančiosios elektros energijos kaina, o tai labai priklauso nuo valstybių geografijos.
Didžiausias stabdis plėsti vandenilio panaudojimą yra kaina, nurodė I. Barauskienė. Kol vandenilio kaina iš elektrolizės nėra konkurencinga, tol didelio postūmio ir nesimato.
„Naudojant vandenilį, pagamintą įprastais gamybos būdais, gamtai daroma žala dėl taršos nustelbia vandenilio teikiamą naudą. Kaip įveikti kliūtis? Ieškoti, kaip atpiginti šią technologiją.
Tą daro mokslininkai visame pasaulyje, taip pat ir Lietuvoje. Kuriame pigesnes, aplinką tausojančias ir stabilesnes katalizines sistemas, ieškome, kaip integruoti atsinaujinančiąją energiją į vandenilio gamybą, kaip atpiginti atsinaujinančiosios elektros gamybą ir kt. Dėl to per pastarąjį dešimtmetį elektrolizės kaštai jau sumažėjo 60 proc. ir toliau yra mažinami. Nors elektrolizė pramoniniu būdu taikoma nuo 1920 m., tai yra nuolat plėtojama technologija“, – tikino KTU mokslininkė.
Dauguma šiuolaikinių gamybos technologijų yra saugios
I. Barauskienė pabrėžė, jog kuo švaresnė energija yra naudojama, kuo mažiau kenksmingų medžiagų išskiriama į aplinką – tuo švaresnis oras bei vanduo, o tai tiesiogiai susiję su kiekvieno iš mūsų sveikata. Kuo greičiau atsisakysime iškastinio kuro kaip energijos šaltinio, tuo švaresnėje aplinkoje gyvensime.
Visgi žmonės bijo vandenilio gamyklų. Keliama klausimų dėl potencialios taršos, galimų rizikų sveikatai. I. Barauskienės teigimu, baimės galbūt kyla iš informacijos trūkumo.
„Vandenilio gamybos elektrolizės būdu metu yra skaidomi vandeniniai tirpalai ar garai, naudojant elektros energiją. Tokio skilimo produktai yra vandenilis ir deguonis. Nei vienos iš šių dujų aplinkai tikrai nėra kenksmingos.
Kaip minėjau, pramoniniu būdu elektrolizė yra naudojama nuo 1920 m., todėl saugumo ir aplinkosaugos aspektais ši technologija yra subrendusi. Kitas klausimas būtų, jei gamyba vyktų įprastiniais metodais, t. y. iš gamtinių dujų ar naftos, tada tarša tikrai būtų“, – aiškino mokslininkė.
S. Pukalskas tikino, jog baimės dėl vandenilio gamyklų gali būti pagrįstos, jei gamybos procesas nėra tinkamai valdomas arba jei nėra tinkamai įgyvendintos saugos priemonės. Vis tik jis pabrėžė, kad dauguma šiuolaikinių gamybos technologijų yra saugios ir mažina teršalų išmetimą bei jų poveikį aplinkai ir sveikatai. Jeigu vandenilis gaminamas vandens elektrolizės būdu, tuomet teršalų rizikos apskritai nelieka, nes gamybos procese nenaudojamos jokios nuodingos cheminės medžiagos.
Vandenilis – ne energijos šaltinis, o akumuliatorius
Pasak I. Barauskienės, atsinaujinantys energijos šaltiniai, tokie kaip saulė, vėjas ir kiti, mums tiekia švarią energiją, todėl tiesioginis jos panaudojimas yra pats geriausias.
Tačiau ne visose srityse galima tiesiogiai naudoti alternatyviąją energiją. Pvz., laivininkystės sektoriuje atsinaujinančiosios energijos inkorporavimas yra ypač sudėtingas. Todėl vandenilio kaip kuro naudojimas būtų alternatyva dabar naudojamam iškastiniam kurui.
S. Pakalskas taip pat nurodė, jog vandenilio technologijos turi trūkumų, kuriuos dar sunku išspręsti. Tai – didelės gamybos sąnaudos, sudėtinga infrastruktūra, vandenilio saugumo problemos, efektyvumo stoka ir technologiniai iššūkiai, pvz., vandenilio laikymas ir transportavimas.
Mokslininkas akcentavo, jog tam, kad turėtume vandenilio, turime būti apsirūpinę atsinaujinančiosios energijos šaltiniais, kurie leistų generuoti vandenilį ir taip akumuliuoti sunkiai prognozuojamą atsinaujinančiąją energiją.
„Akivaizdu, kad vandenilis bus svarbus energijos akumuliavimo būdas ateityje, ir, tikėtina, jis nebus vienintelis. Jeigu nebus atrasti vandenilio požeminiai klodai, jis nepakeis kitų energijos šaltinių“, – LRT.lt sakė S. Pukalskas.
Vandenilį galėtume eksportuoti vokiečiams
Kovo pabaigoje Ekonomikos komiteto posėdyje pristatydamas Lietuvos energetikos strategiją energetikos ministras Dainius Kreivys kalbėjo apie tai, kad mes galėtume tapti energetikos centru Baltijos šalyse.
„Mes esame vartai – labiausiai geografiškai į pietus nutolę, per mus judės visos jungtys, energetiniai mazgai. Turime didžiulį vandenilio poreikį, ko neturi kitos Baltijos šalys. Mes turime didžiausią pramonę, vandenilio panaudojimą – čia yra ir „Achema“, ir Mažeikių „Orlen“, „Akmenės cementas“ ir t. t. Gebėjimas vandenilį naudoti ir bus tas strateginis elementas, kuris mums leis tapti Baltijos šalių energetiniu centru“, – posėdžio metu sakė D. Kreivys.
Savo ruožtu Lietuvos atsinaujinančių išteklių energetikos konfederacijos prezidentas (LAIEK) Martynas Nagevičius LRT.lt teigė, kad gerosios naujienos yra, jog vandenilį galima gaminti iš elektros, o jos mes galėtume turėti didelį perteklių, nes atsinaujinančių išteklių potencialas Lietuvoje yra smarkiai didesnis, negu kada nors galėtume suvartoti savo reikmėms.
Tą potencialo perteklių galima naudoti elektrolizės būdu gaminant vandenilį ir jo išvestinius produktus – Lietuva tam yra gera vieta, paminėjo pašnekovas. Nemaža dalis kitų valstybių tiek vietos sustatyti saulės ir vėjo jėgainių neturi, kad būtų galima jau vien tik savo elektros poreikius patenkinti.
„Vandenilio paklausa Lietuvoje irgi yra. Šiuo metu Lietuvoje naudojamas ne žaliasis vandenilis – ne iš atsinaujinančių išteklių, – o tas, kuris gaminamas iš iškastinio kuro. Tas vandenilis naudojamas amoniako gamybai, trąšoms. Latvija ir Estija tokių poreikių neturi, o pas mus jau yra kur naudoti vandenilį.
Gerai, kad mes esame netoli tokių šalių kaip Vokietija, kur numatomas labai didelis vandenilio poreikis. Jie dėl vietos trūkumo negali pasigaminti pakankamo kiekio, Vokietijoje yra milžiniškas elektros suvartojimas, jei dar reikėtų vandenilį pasigaminti, tai neturėtų jau kur pristatyti saulės ir vėjo elektrinių“, – aiškino M. Nagevičius.
Anot jo, kadangi Lietuva yra netoli nuo Vokietijos, galėtų būti ta šalis, kuri eksportuotų vandenilį arba išvestinius jo produktus ten, kur būtų jo paklausa.
Proveržis – jau kitame dešimtmetyje
M. Nagevičius paantrino anksčiau mokslininkų išsakytiems komentarams, jog kol kas vandenilio gamybą Lietuvoje stabdo tai, kad ji yra brangi. Žaliajam vandeniliui sunku konkuruoti su tuo, kuris gaminamas iš iškastinio kuro. Technologijos, kurios šį procesą leis stipriai atpiginti, kol kas dar tik tobulinamos.
„Tai reiškia, kad gaminant trąšas ir naudojant vandenilį iš atsinaujinančių išteklių, tos trąšos tampa brangesnės, nes vandenilis brangus. Tuomet jas sunkiau parduoti. Vandenilio gamyba taip greitai netobulėja kaip mes norėtume. Yra keli variantai – arba valstybė teikia paramą ir tą vandenilį dirbtinai atpigina, arba verslas žalinasi savo iniciatyva“, – sakė LAIEK prezidentas.
Pašnekovo teigimu, strategiškai vertinant, vandenilio gamyba Lietuvoje gana aukštai iškelta prioritetų sąraše. Manoma, kad proveržio šioje srityje galima tikėtis nuo 2030 metų. Kaip nurodė D. Kreivys, tais metais Lietuvoje jau galėsime pasigaminti apie 130 tūkst. tonų vandenilio.
