Vodík dle Global Hydrogen Review 2023

Vodík přitahuje celosvětovou pozornost jako klíčový budoucí nízkouhlíkový energetický nosič pro dekarbonizaci dopravy, energetiky, vytápění a energeticky náročných průmyslových odvětví jako je chemický a ocelářský průmysl. Většina údajů v článku pochází z této rozsáhlé zprávy.

Emisní náročnost

Přímé emise z výroby vodíku ze zemního plynu se pohybují kolem 9 kg ekvivalentu CO2 na kg vodíku (ekv. CO2/kg H2). K dalším emisím dochází také při výrobě, zpracování a přepravě zemního plynu ve formě emisí metanu z odvětrávání nebo úniků nebo jako emise CO2 ze spalování metanu v plynových polích nebo související s energií používanou při výrobě a přepravě zemního plynu. Dodatečné emise jsou 2,4 kg CO2-ekv/kg H2 a celkové emise tedy   10-13 kg CO2-ekv/kg H2 pro zemní plyn.

K dosažení nákladové parity pro vodík ze zemního plynu a OZE, by byla v současné době zapotřebí cena uhlíku 230–550 USD/t CO2. Cena EU ETS se za posledních pět let pohybovala v rozmezí 20 - 100 EUR/t CO2 a i když dosáhla vrcholu na více než 100 EUR/t CO2 v roce 2023, zatím nenabízí dostatečnou stabilitu ani předvídatelnost, aby bylo možné financovat dlouhodobé vodíkové projekty a smlouvy.

Ceny elektrolyzérů

Jsou mezi 1 700 USD/kW a 2 000 USD/kW (pro alkalické, respektive PEM). Alkalické elektrolyzéry vyráběné v Číně jsou o hodně levnější než ty vyrobené v Evropě nebo Severní Americe, je to kolem 750-1 300 USD/kW.

Námořní doprava vodíku

V současné době nejsou k dispozici žádné komerčně dostupné tankery pro přepravu zkapalněného vodíku. Suiso Frontier s kapacitou 1 250 m3 (~75 tun [t] LH2), byl jediným demonstračním projektem se zásilkou LH2 z Austrálie do Japonska v roce 2022. Porucha ventilu v plynové spalovací jednotce pro vodík měla za následek požár, zatímco loď kotvila v Austrálii. Poučení z tohoto incidentu bude zapracován do nového návrhu spalovacího agregátu vodíku pro větší tanker o objemu 20 000 m3 (~1 200 t LH2). Vzhledem ke kritickému aspektu varu vodíku podepsal Shell memorandum o porozumění s Alfa Laval v prosinci 2022  o vývinu jednotky spalování plynu pro přebytečný vodík. Několik společností vyvíjí tankery na zkapalněný vodík, které by měly být v provozu do roku 2030, s kapacitou vodíkového nákladu až 160 000 m3 (-9 600 t LH2). Přeprava vodíku v tankerech s použitím topného oleje vede k vysoké uhlíková stopě. Například při přepravě amoniaku nebo LOHC (např. metanol) nad 15 000 km jsou výsledkem emise 1,2 kg ekv. CO2/kg H2 nebo 3,9 kg ekv. CO2/kg H2.

Přeprava vodíkovody

Použití např. elektřiny s emisním faktorem 540 g CO2-eq/kWh (světový průměrný emisní faktor pro zemní plyn při výroba elektřiny) ke stlačování vodíku 5 000 km v 48-palcovém potrubí provozovaném na 100 % své projektované kapacity by výsledkem jsou emise 1 kg ekvivalentu CO2/kg H2. Alternativně mohou být kompresory poháněný vodíkem z potrubí. Přeprava stlačeného vodíku potrubím může být nejkonkurenceschopnější možnost, pokud jde o náklady, přidává pouze asi 0,4–0,5 USD/kg H2 na 3 000 km.

Zásobníky na vodík

Globální kapacita podzemních zásobníků zemního plynu je přibližně 490 miliard m3, což je ekvivalent na přibližně 12 % roční poptávky po plynu. Zhruba 90 %. stávající kapacity je v porézních zásobnících, zejména ve vyčerpaných nalezištích plynu. V závislosti na geologické dostupnosti jsou neporézní zásobníky jako solné jeskyně nebo kavernové úložiště z tvrdé skály výhodnější i když jsou dražší. Porézní zásobníky jsou běžněji dostupné, ale technologie dosud nebyly demonstrovány pro skladování čistého vodíku. Navíc kvůli nízké hustotě vodíku, skladování ekvivalentního množství energie jako vodík vyžaduje tři až čtyři násobek objemu ve srovnání se zemním plynem při stejném tlaku. V Rakousku nyní zkoušejí první skladiště čistého vodíku na světě v podzemním porézním zásobníku (~3 GWh vodíku).„V našem průkopnickém demonstračním zařízení přineseme do zimy 4,2 milionu kWh (4,2 GWh) letní elektřiny ve formě vodíku a zajistíme tak dodávky obnovitelných energií.“, viz zde.

Vodík a vliv na klima

Vzhledem k tomu, že vodík je nepřímý skleníkový plyn, je také důležité lépe porozumět a zohlednit potenciální úniky podél dodávky vodíkového řetězce, včetně skladování, nakládky/vykládky a dopravy. Vodík není přímý skleníkový plyn, ale interaguje s jinými sloučeninami v atmosféře, ovlivňující koncentraci skleníkových plynů jako metan, troposférický ozón a stratosférické vodní páry. Nejnovější vědecké odhady naznačují, že by vodík mohl mít GWP ve 100-letém časovém horizontu 11,6 ± 2,8 kg CO2-ekv/kg H2. Vodík má krátkou dobu života v atmosféře a odhady naznačují, že jeho globální oteplovací potenciál v horizontu 20 let by byl více než třikrát vyšší než jeho 100-letý dopad. Vzhledem k malé velikosti molekul vodíku, vysoké difuzivitě a nízké viskozitě, může dojít k úniku v celém jeho řetězci, při přepravě a skladování představuje vyšší rizika.

Podle metodiky IPHE a globální předpoklad pro obnovitelnou elektřinu bez ohledu na její použití, obnovitelná elektřina z větru, solární FV, vodní a geotermální energie má nulové emise a přímé emise, tj. emise spojené s výrobou solárních fotovoltaických systémů nebo větrných turbín se nebere v úvahu. Výsledkem je, že i elektrolyzéry využívající tyto formy obnovitelné elektřiny mají nulové emise.

Závěr

Abych nekončil pesimisticky, tak ve zprávě je popsán projekt výroby vodíku společnosti NEOM Green Hydrogen v Saúdské Arábii se zajímavou cenou 3 - 4 USD/kg vodíku, ale to už by byl námět na další článek.