Apakah Hidrogen Hijau Dan Mengapa Kita Memerlukannya

Masa yang tepat untuk memanfaatkan potensi hidrogen untuk memainkan peranan penting dalam menangani cabaran tenaga kritikal. Kejayaan teknologi tenaga boleh diperbaharui dan kenderaan elektrik baru-baru ini telah menunjukkan bahawa dasar dan inovasi teknologi mempunyai kuasa untuk membina industri tenaga bersih global.

Hidrogen muncul sebagai salah satu pilihan utama untuk menyimpan tenaga daripada tenaga boleh diperbaharui dengan bahan api berasaskan hidrogen yang berpotensi mengangkut tenaga daripada boleh diperbaharui dalam jarak yang jauh - dari kawasan yang mempunyai sumber tenaga yang banyak, ke kawasan yang kelaparan tenaga beribu-ribu kilometer jauhnya.

Hidrogen hijau dipaparkan dalam beberapa ikrar pengurangan pelepasan pada Persidangan Iklim PBB, COP26, sebagai cara untuk menyahkarbon industri berat, pengangkutan jarak jauh, perkapalan dan penerbangan. Kerajaan dan industri telah mengiktiraf hidrogen sebagai tonggak penting ekonomi sifar bersih.

Green Hydrogen Catapult, inisiatif Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu untuk menurunkan kos hidrogen hijau mengumumkan bahawa ia hampir menggandakan matlamatnya untuk elektroliser hijau daripada 25 gigawatt yang ditetapkan tahun lepas, kepada 45 gigawatt menjelang 2027. Suruhanjaya Eropah telah menerima pakai satu set perundangan cadangan untuk menyahkarbon pasaran gas EU dengan memudahkan pengambilan gas karbon yang boleh diperbaharui dan rendah, termasuk hidrogen, dan untuk memastikan keselamatan tenaga untuk semua rakyat di Eropah. Emiriah Arab Bersatu juga meningkatkan cita-cita, dengan strategi hidrogen baharu negara itu menyasarkan untuk memegang satu perempat daripada pasaran hidrogen rendah karbon global menjelang 2030 dan Jepun baru-baru ini mengumumkan akan melabur $3.4 bilion daripada dana inovasi hijaunya untuk mempercepatkan penyelidikan dan pembangunan dan promosi penggunaan hidrogen dalam tempoh 10 tahun akan datang.

Anda mungkin menemui istilah 'kelabu', 'biru', 'hijau' yang dikaitkan apabila menerangkan teknologi hidrogen. Semuanya bergantung kepada cara ia dihasilkan. Hidrogen hanya mengeluarkan air apabila dibakar tetapi menciptanya boleh menjadi intensif karbon. Bergantung pada kaedah pengeluaran, hidrogen boleh menjadi kelabu, biru atau hijau - dan kadang-kadang merah jambu, kuning atau biru. Walau bagaimanapun, hidrogen hijau adalah satu-satunya jenis yang dihasilkan dalam cara neutral iklim menjadikannya kritikal untuk mencapai sifar bersih menjelang 2050.

Kami meminta Dr Emanuele Taibi, Ketua Strategi Transformasi Sektor Kuasa, Agensi Tenaga Boleh Diperbaharui Antarabangsa (IRENA) untuk menerangkan apa itu hidrogen hijau dan bagaimana ia boleh membuka jalan ke arah pelepasan sifar bersih. Beliau kini berpangkalan di Pusat Inovasi dan Teknologi IRENA di Bonn, Jerman, di mana beliau bertanggungjawab untuk membantu Negara Anggota dalam merangka strategi untuk transformasi sektor kuasa, dan pada masa ini menguruskan kerja mengenai fleksibiliti sistem kuasa, hidrogen dan penyimpanan sebagai kunci. pemboleh untuk peralihan tenaga. Dr Taibi juga merupakan kurator bersama untuk platform Perisikan Strategik Forum Ekonomi Dunia, di mana pasukannya membangunkan peta transformasi mengenai Hidrogen.

Teknologi hidrogen hijau

Apakah yang mendorong anda untuk membangunkan kepakaran anda dalam teknologi tenaga dan bagaimana kerja anda di IRENA menyumbang kepadanya?

Ia adalah semasa tesis Sarjana saya. Saya menjalani latihan magang di Agensi Kebangsaan untuk Tenaga dan Alam Sekitar (ENEA) Itali, tempat saya belajar tentang pembangunan dan tenaga mampan, serta perhubungan antara kedua-duanya. Saya menulis tesis saya dalam kejuruteraan pengurusan mengenainya dan memutuskan ini adalah bidang di mana saya mahu menumpukan kehidupan kerja saya. Dengan pantas pengalaman hampir 20 tahun dalam tenaga dan kerjasama antarabangsa, PhD dalam Teknologi Tenaga dan masa yang dihabiskan di sektor swasta, penyelidikan dan agensi antara kerajaan, saya kini mengetuai pasukan transformasi sektor kuasa di IRENA sejak 2017.

Kerja saya di IRENA adalah untuk menyumbang, bersama pasukan saya dan dengan kerjasama erat dengan rakan sekerja di seluruh agensi dan rakan kongsi luar seperti Forum Ekonomi Dunia, dalam menyokong 166 Negara Anggota kami dalam peralihan tenaga, dengan tumpuan pada bekalan elektrik boleh diperbaharui dan digunakan untuk menyahkarbon sektor tenaga melalui elektron hijau serta molekul hijau seperti hidrogen dan terbitannya.

Apakah hidrogen hijau? Bagaimanakah ia berbeza daripada hidrogen 'kelabu' intensif pelepasan tradisional dan hidrogen biru?

Hidrogen ialah unsur termudah dan terkecil dalam jadual berkala. Tidak kira bagaimana ia dihasilkan, ia berakhir dengan molekul bebas karbon yang sama. Walau bagaimanapun, laluan untuk menghasilkannya sangat pelbagai, begitu juga dengan pelepasan gas rumah hijau seperti karbon dioksida (CO2) dan metana (CH4).

Hidrogen hijau ditakrifkan sebagai hidrogen yang dihasilkan dengan membelah air menjadi hidrogen dan oksigen menggunakan tenaga elektrik yang boleh diperbaharui. Ini adalah laluan yang sangat berbeza berbanding dengan kedua-dua kelabu dan biru.

Hidrogen kelabu secara tradisinya dihasilkan daripada metana (CH4), berpecah dengan wap kepada CO2 - punca utama perubahan iklim - dan H2, hidrogen. Hidrogen kelabu semakin banyak dihasilkan juga daripada arang batu, dengan pelepasan CO2 yang jauh lebih tinggi bagi setiap unit hidrogen yang dihasilkan, begitu banyak yang sering dipanggil hidrogen coklat atau hitam dan bukannya kelabu. Ia dihasilkan pada skala perindustrian hari ini, dengan pelepasan berkaitan yang setanding dengan pelepasan gabungan UK dan Indonesia. Ia tidak mempunyai nilai peralihan tenaga, sebaliknya.

Hidrogen biru mengikuti proses yang sama seperti kelabu, dengan teknologi tambahan yang diperlukan untuk menangkap CO2 yang dihasilkan apabila hidrogen dipecah daripada metana (atau daripada arang batu) dan menyimpannya untuk jangka panjang. Ia bukan satu warna tetapi lebih kepada penggredan yang sangat luas, kerana tidak 100 peratus CO2 yang dihasilkan boleh ditangkap, dan tidak semua cara menyimpannya adalah sama berkesan dalam jangka panjang. Perkara utama ialah menangkap sebahagian besar CO2, kesan iklim pengeluaran hidrogen dapat dikurangkan dengan ketara.

Terdapat teknologi (iaitu pirolisis metana) yang menjanjikan kadar tangkapan yang tinggi (90-95 peratus ) dan penyimpanan CO2 jangka panjang yang berkesan dalam bentuk pepejal, berpotensi jauh lebih baik daripada biru sehingga mereka berhak mendapat warna mereka sendiri dalam " taksonomi hidrogen pelangi", hidrogen turquoise. Walau bagaimanapun, pirolisis metana masih di peringkat perintis, manakala hidrogen hijau meningkat dengan pantas berdasarkan dua teknologi utama - kuasa boleh diperbaharui (khususnya daripada solar PV dan angin, tetapi bukan sahaja) dan elektrolisis.

Tidak seperti kuasa boleh diperbaharui, yang merupakan sumber elektrik termurah di kebanyakan negara dan rantau hari ini, elektrolisis untuk pengeluaran hidrogen hijau perlu dipertingkatkan dengan ketara dan mengurangkan kosnya sekurang-kurangnya tiga kali ganda dalam satu atau dua dekad akan datang. Walau bagaimanapun, tidak seperti CCS dan pirolisis metana, elektrolisis boleh didapati secara komersil hari ini dan boleh diperolehi daripadapelbagai pembekal antarabangsa sekarang.

Penyelesaian tenaga hidrogen hijau

Apakah kebaikan penyelesaian peralihan tenaga ke arah ekonomi hidrogen 'hijau'? Bagaimanakah kita boleh beralih kepada ekonomi hidrogen hijau dari tempat kita sekarang dengan hidrogen kelabu?

Hidrogen hijau adalah bahagian penting dalam peralihan tenaga. Ia bukanlah langkah segera seterusnya, kerana kita perlu mempercepatkan lagi penggunaan tenaga boleh diperbaharui untuk menyahkarbon sistem tenaga sedia ada, mempercepatkan elektrifikasi sektor tenaga untuk memanfaatkan tenaga elektrik boleh diperbaharui kos rendah, sebelum akhirnya menyahkarbon sektor yang sukar untuk dielektrikkan – seperti industri berat, perkapalan dan penerbangan – melalui hidrogen hijau.

Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa hari ini kami menghasilkan sejumlah besar hidrogen kelabu, dengan pelepasan CO2 (dan metana) yang tinggi: keutamaan adalah untuk mula menyahkarbon permintaan hidrogen sedia ada, contohnya dengan menggantikan ammonia daripada gas asli dengan ammonia hijau.

Kajian terbaru telah mencetuskan perdebatan tentang konsep hidrogen biru sebagai bahan api peralihan sehingga hidrogen hijau menjadi kompetitif kos. Bagaimanakah hidrogen hijau menjadi kompetitif kos berbanding hidrogen biru? Apakah jenis pelaburan strategik yang perlu berlaku dalam proses pembangunan teknologi?

Langkah pertama ialah memberikan isyarat untuk hidrogen biru menggantikan kelabu, kerana tanpa harga untuk mengeluarkan CO2, tidak ada kes perniagaan bagi syarikat untuk melabur dalam sistem penangkapan karbon (CCS) yang kompleks dan mahal serta penyimpanan geologi CO2. Setelah rangka kerja sedemikian rupa sehingga hidrogen karbon rendah (biru, hijau, turquoise) bersaing dengan hidrogen kelabu, maka persoalannya menjadi: patutkah kita melabur dalam CCS jika risikonya adalah untuk memiliki aset terkandas, dan berapa lama hijau akan menjadi lebih murah daripada biru.

Jawapannya sudah tentu berbeza bergantung pada wilayah. Dalam dunia sifar bersih, objektif yang semakin banyak negara komited, sisa pelepasan daripada hidrogen biru perlu diimbangi dengan pelepasan negatif. Ini akan dikenakan bayaran. Secara selari, harga gas sangat tidak menentu akhir-akhir ini, menyebabkan harga hidrogen biru sangat berkorelasi dengan harga gas, dan terdedah bukan sahaja kepada ketidaktentuan harga CO2, tetapi juga kepada turun naik harga gas asli.

Untuk hidrogen hijau, bagaimanapun, kita mungkin menyaksikan kisah yang serupa dengan PV solar. Ia berintensifkan modal, oleh itu kita perlu mengurangkan kos pelaburan serta kos pelaburan, melalui meningkatkan pengeluaran teknologi boleh diperbaharui dan elektroliser, sambil mewujudkan pengambilan berisiko rendah untuk mengurangkan kos modal untuk pelaburan hidrogen hijau. Ini akan membawa kepada kos hidrogen hijau yang stabil dan berkurangan, berbanding dengan kos hidrogen biru yang tidak menentu dan berpotensi meningkat.

Teknologi tenaga boleh diperbaharui telah mencapai tahap kematangan hari ini yang membolehkan penjanaan elektrik boleh diperbaharui yang kompetitif di seluruh dunia, prasyarat untuk pengeluaran hidrogen hijau yang kompetitif. Elektroliser walaupun masih digunakan pada skala yang sangat kecil, memerlukan peningkatan tiga urutan magnitud dalam tiga dekad akan datang untuk mengurangkan kosnya tiga kali ganda.

Hari ini saluran paip untuk projek hidrogen hijau berada di landasan untuk mengurangkan separuh kos elektroliser sebelum 2030. Ini, digabungkan dengan projek besar yang terletak di mana sumber boleh diperbaharui terbaik, boleh membawa kepada hidrogen hijau yang kompetitif untuk tersedia pada skala dalam {{1 akan datang }} tahun. Ini tidak meninggalkan banyak masa untuk hidrogen biru – masih di peringkat perintis hari ini – untuk meningkatkan daripada skala perintis kepada skala komersial, menggunakan projek yang kompleks (contohnya penyimpanan CO2 geologi jangka panjang) pada skala komersial dan kos yang kompetitif, dan mendapatkan semula pelaburan yang dibuat dalam 10-15 tahun akan datang.

Beberapa kerajaan kini telah memasukkan teknologi bahan api hidrogen dalam strategi nasional mereka. Memandangkan permintaan yang semakin meningkat untuk beralih ke arah penyahkarbonan ekonomi dan membolehkan teknologi dengan kadar tangkapan karbon yang lebih tinggi, apakah nasihat anda kepada pembuat dasar dan pembuat keputusan yang menilai kebaikan dan keburukan hidrogen hijau?

Kami memerlukan hidrogen hijau untuk mencapai pelepasan sifar bersih, khususnya untuk industri, perkapalan dan penerbangan. Walau bagaimanapun, perkara yang paling kami perlukan adalah:

1) kecekapan tenaga;

2) elektrifikasi;

3) mempercepatkan pertumbuhan penjanaan kuasa boleh diperbaharui.

Apabila ini dicapai, kita tinggal dengan ca. 40 peratus daripada permintaan untuk dinyahkarbonkan, dan di sinilah kita memerlukan hidrogen hijau, biotenaga moden dan penggunaan terus yang boleh diperbaharui. Sebaik sahaja kami meningkatkan lagi kuasa boleh diperbaharui untuk menyahkarbon elektrik, kami akan berada dalam kedudukan untuk mengembangkan lagi kapasiti kuasa boleh diperbaharui untuk menghasilkan hidrogen hijau yang berdaya saing dan menyahkarbon sektor yang sukar dihentikan pada kos tambahan yang minimum.

Di manakah anda melihat teknologi tenaga yang berkaitan dengan hidrogen berkembang menjelang 2030? Bolehkah kita menjangkakan kenderaan komersial berkuasa hidrogen?

Kami melihat peluang untuk menyerap hidrogen hijau dengan cepat dalam dekad akan datang di mana permintaan hidrogen sudah wujud: menyahkarbonkan ammonia, besi dan komoditi sedia ada yang lain. Banyak proses perindustrian yang menggunakan hidrogen boleh menggantikan kelabu dengan hijau atau biru, dengan syarat CO2 mempunyai harga yang mencukupi atau mekanisme lain untuk penyahkarbonan sektor tersebut disediakan.

Untuk perkapalan dan penerbangan, keadaannya sedikit berbeza. Bahan api drop-in, berasaskan hidrogen hijau tetapi pada asasnya sama dengan bahan api jet dan metanol yang dihasilkan daripada minyak, boleh digunakan dalam kapal terbang dan kapal sedia ada, dengan minimum atau tiada pelarasan. Walau bagaimanapun, bahan api tersebut mengandungi CO2, yang perlu ditangkap dari suatu tempat dan ditambah kepada hidrogen, untuk dibebaskan semula semasa pembakaran: ini mengurangkan tetapi tidak menyelesaikan masalah pelepasan CO2. Bahan api sintetik boleh digunakan sebelum 2030, jika insentif yang betul disediakan untuk mewajarkan kos tambahan bagi pengurangan (tidak dihapuskan) pelepasan.

Pada tahun-tahun akan datang, kapal boleh bertukar kepada ammonia hijau, bahan api yang dihasilkan daripada hidrogen hijau dan nitrogen dari udara, yang tidak mengandungi CO2, tetapi pelaburan akan diperlukan untuk menggantikan enjin dan tangki, dan ammonia hijau pada masa ini jauh lebih mahal daripada minyak bahan api.

Pesawat hidrogen (atau ammonia) berada lebih jauh, dan ini pada dasarnya adalah pesawat baharu yang perlu direka bentuk, dibina dan dijual kepada syarikat penerbangan untuk menggantikan pesawat berkuasa bahan api jet sedia ada - jelas tidak dapat dilaksanakan menjelang 2030: dalam pengertian ini, jet hijau bahan api - dihasilkan dengan gabungan hidrogen hijau dan biotenaga mampan - adalah penyelesaian yang boleh digunakan dalam jangka masa terdekat.

Kesimpulannya, tindakan utama untuk mempercepatkan penyahkarbonan antara sekarang dan 2030 ialah 1) kecekapan tenaga 2) elektrifikasi dengan tenaga boleh diperbaharui 3) pecutan pesat penjanaan kuasa boleh diperbaharui (yang akan mengurangkan lagi kos elektrik boleh diperbaharui yang sudah rendah) 4) peningkatan skala mampan. , biotenaga moden, diperlukan - antara lain - untuk menghasilkan bahan api hijau yang memerlukan CO2 5) penyahkarbonan hidrogen kelabu dengan hidrogen hijau, yang akan membawa skala dan mengurangkan kos elektrolisis, menjadikan hidrogen hijau berdaya saing dan bersedia untuk meningkat pada tahun 2030-an, ke arah objektif untuk mencapai pelepasan sifar bersih menjelang 2050.

Forum Ekonomi Dunia adalah penyokong lama agenda hidrogen bersih sejak 2017, telah membantu -antara lain- dengan penciptaan Majlis Hidrogen, penubuhan Cabaran Inovasi hidrogen dengan kerjasama Inovasi Misi, dan penciptaan, bersama-sama dengan Suruhanjaya Peralihan Tenaga, platform Mission Possible untuk membantu mengalihkan sektor yang sukar dihentikan kepada pelepasan sifar bersih menjelang 2050. Baca lebih lanjut mengenai Inisiatif Mempercepat Hidrogen Bersih di sini.