Zielony wodór - przegląd

Co to jest wodór?

Wodór jest jednym z najbardziej obfitych źródeł gazu, stanowiącym około 75% gazu w naszym Układzie Słonecznym. Wodór znajduje się w różnych rzeczach, w tym w świetle, wodzie, powietrzu, roślinach i zwierzętach, jednak często jest łączony z innymi pierwiastkami. Najbardziej znanym połączeniem jest połączenie z tlenem, w wyniku którego powstaje woda. Wodór jest gazem bezbarwnym, bezwonnym i bez smaku, lżejszym od powietrza. Ponieważ jest znacznie lżejszy od powietrza, unosi się w naszej atmosferze, co oznacza, że nie występuje naturalnie na poziomie gruntu, lecz musi zostać wytworzony. Odbywa się to poprzez oddzielenie go od innych elementów i zebranie gazu.

Co to jest zielony wodór?

Ekologiczny wodór jest produkowany przy użyciu energii elektrycznej do zasilania elektrolizera, który oddziela wodór od cząsteczek wody, wytwarzając tlen jako produkt uboczny. Nadmiar energii elektrycznej może być wykorzystany w procesie elektrolizy do wytworzenia wodoru gazowego, który może być przechowywany na przyszłość. Zasadniczo, jeśli energia elektryczna używana do zasilania elektrolizerów pochodzi ze źródeł odnawialnych, takich jak wiatr, słońce lub woda, lub jeśli pochodzi z energii jądrowej - rozszczepienia lub fuzji, wtedy wyprodukowany wodór jest ekologiczny, w którym jedyna emisja dwutlenku węgla pochodzi z emisji zawartej w infrastrukturze generującej. Elektrolizery są najbardziej znaczącą technologią stosowaną do syntezy zeroemisyjnego paliwa wodorowego z wykorzystaniem energii odnawialnej, zwanego zielonym wodorem. Zielony wodór i jego pochodne są niezbędnym rozwiązaniem dla dekarbonizacji sektorów przemysłu ciężkiego i eksperci sugerują, że będą stanowić do 25% całkowitego końcowego zużycia energii w gospodarce zerowej netto.

Zalety zielonego wodoru

Jest w 100% ekologiczny, ponieważ nie emituje szkodliwych gazów ani podczas spalania, ani podczas produkcji. Wodór może być łatwo przechowywany, co pozwala na jego późniejsze wykorzystanie do innych celów i/lub w czasie produkcji. Ekologiczny wodór może być przekształcony w energię elektryczną lub gaz syntetyczny i może być wykorzystywany do różnych celów domowych, komercyjnych, przemysłowych lub związanych z mobilnością. Ponadto wodór może być mieszany z gazem ziemnym w proporcji do 20% bez konieczności modyfikacji infrastruktury gazociągów lub urządzeń gazowych.

Wady zielonego wodoru

Chociaż wodór jest w 100% zrównoważony, jego produkcja wiąże się obecnie z wyższymi kosztami niż w przypadku paliw kopalnych, ponieważ energia odnawialna jest droższa. Całkowita produkcja wodoru wymaga więcej energii niż niektóre inne paliwa, więc jeśli energia elektryczna potrzebna do produkcji wodoru nie pochodzi z odnawialnego źródła, cały proces produkcji może przynieść efekt przeciwny do zamierzonego. Dodatkowo, wodór jest gazem wysoce łatwopalnym, dlatego też niezbędne są szeroko zakrojone środki bezpieczeństwa, aby zapobiec wyciekom i wybuchom.

Czym jest The Green Hydrogen Catapult (GHC) i co chce osiągnąć?

Członkowie Green Hydrogen Catapult (GHC) to koalicja liderów, których ambicją jest rozszerzanie i rozwijanie rozwoju zielonego wodoru. W listopadzie 2021 r. ogłosili oni zobowiązanie do opracowania elektrolizerów o mocy 45 GW z zabezpieczonym finansowaniem do 2026 r., z dodatkowym planowanym oddaniem do użytku w 2027 r. Jest to znacznie zwiększone ambicje, ponieważ początkowy cel wyznaczony przez koalicję w momencie jej rozpoczęcia w grudniu 2020 r. wynosił 25 GW. Ekologiczny wodór jest postrzegany jako kluczowy element w tworzeniu zrównoważonej przyszłości energetycznej, a także jako jedna z największych możliwości biznesowych w ostatnim czasie. Mówi się, że jest on kluczem do dekarbonizacji takich sektorów jak produkcja stali, żegluga i lotnictwo.

Dlaczego wodór jest postrzegany jako czystsza przyszłość?

Żyjemy w świecie, w którym jednym ze zbiorowych celów zrównoważonego rozwoju jest dekarbonizacja stosowanych przez nas paliw do roku 2050. Aby to osiągnąć, dekarbonizacja produkcji znaczącego źródła paliwa, jakim jest wodór, dająca początek zielonemu wodorowi, jest jedną z kluczowych strategii, ponieważ produkcja niezielonego wodoru jest obecnie odpowiedzialna za ponad 2 % całkowitej globalnej emisji CO2. Podczas spalania dochodzi do zerwania wiązań chemicznych i połączenia pierwiastków składowych z tlenem. Tradycyjnie gaz metanowy był wybierany jako gaz ziemny - 85% domów i 40% energii elektrycznej w Wielkiej Brytanii zależy od gazu ziemnego. Metan jest paliwem czystszym niż węgiel, jednak podczas jego spalania powstaje dwutlenek węgla jako produkt odpadowy, który po przedostaniu się do atmosfery zaczyna przyczyniać się do zmian klimatycznych. Gaz wodorowy podczas spalania wytwarza jedynie parę wodną jako produkt odpadowy, który nie ma potencjału globalnego ocieplenia.

Rząd Wielkiej Brytanii uznał wykorzystanie wodoru jako paliwa, a tym samym domów na wodór, za sposób na bardziej ekologiczny styl życia i wyznaczył cel stworzenia dobrze prosperującej gospodarki wodorowej do roku 2030. Japonia, Korea Południowa i Chiny są na dobrej drodze do osiągnięcia znacznego postępu w rozwoju gospodarki wodorowej, a ich cele do 2030 r. przewyższą cele Wielkiej Brytanii. Podobnie Komisja Europejska przedstawiła strategię wodorową, zgodnie z którą wodór mógłby pokryć 24% zapotrzebowania na energię w Europie do roku 2050.

Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź naszą stronę branżową i zapoznaj się z innymi naszymi zasobami dotyczącymi wodoru:

Co trzeba wiedzieć o wodorze?

Niebezpieczeństwa związane z wodorem

Niebieski wodór - przegląd

Xgard Bright MPS zapewnia wykrywanie wodoru w zastosowaniach związanych z magazynowaniem energii

Jak wodór pomaga przemysłowi gazowemu i stalowemu przejść na ekologię

Zielony wodór, pozyskiwany zarówno z niskoemisyjnych, jak i odnawialnych źródeł energii, może odegrać kluczową rolę w przybliżeniu firmy - lub kraju - do neutralności węglowej. Typowe zastosowania, w których można wykorzystać zielony wodór, obejmują:

  • Ogniwa paliwowe dla pojazdów elektrycznych
  • Jako wodór w mieszaniu gazu w rurociągach
  • W rafineriach "zielonej stali", które spalają wodór jako źródło ciepła, a nie węgiel
  • W kontenerowcach zasilanych ciekłym amoniakiem, który jest wytwarzany z wodoru
  • W turbinach elektrycznych zasilanych wodorem, które mogą wytwarzać energię elektryczną w okresach szczytowego zapotrzebowania

W tym wpisie przeanalizujemy zastosowanie wodoru w mieszaniu gazu w rurociągach oraz w ekologicznych rafineriach stali.

Wstrzykiwanie wodoru do rurociągów

Rządy i przedsiębiorstwa użyteczności publicznej na całym świecie badają możliwości wprowadzenia wodoru do swoich sieci gazu ziemnego, aby zmniejszyć zużycie paliw kopalnych i ograniczyć emisje. W istocie, wtłaczanie wodoru do rurociągów jest obecnie uwzględnione w krajowych strategiach dotyczących wodoru w UE, Australii i Wielkiej Brytanii, przy czym strategia UE dotycząca wodoru przewiduje wprowadzenie wodoru do krajowych sieci gazowych do 2050 roku.

Z punktu widzenia ochrony środowiska, dodanie wodoru do gazu ziemnego może potencjalnie znacznie zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych, ale aby to osiągnąć, wodór musi być produkowany z niskoemisyjnych źródeł energii i źródeł odnawialnych. Na przykład wodór wytwarzany w procesie elektrolizy, z bioodpadów lub ze źródeł kopalnych wykorzystujących wychwytywanie i magazynowanie dwutlenku węgla (CCS).

W podobny sposób, kraje aspirujące do rozwoju ekologicznej gospodarki wodorowej mogą zwrócić się do sieci w celu stymulowania inwestycji i rozwoju nowych rynków. Australia Zachodnia, chcąc rozpocząć swój plan dotyczący odnawialnego wodoru, planuje wprowadzić co najmniej 10% odnawialnego wodoru do swoich gazociągów i sieci oraz przyspieszyć realizację celów stanowych w ramach strategii dotyczącej odnawialnego wodoru z 2040 do 2030 roku.

W ujęciu objętościowym wodór ma znacznie mniejszą gęstość energetyczną niż gaz ziemny, dlatego użytkownicy końcowi gazu mieszanego potrzebowaliby większej objętości gazu, aby uzyskać tę samą wartość opałową, co użytkownicy korzystający z czystego gazu ziemnego. Mówiąc prościej, 5-procentowe objętościowe domieszkowanie wodoru nie przekłada się bezpośrednio na 5-procentowe zmniejszenie zużycia paliw kopalnych.

Czy mieszanie wodoru z naszymi dostawami gazu wiąże się z ryzykiem dla bezpieczeństwa? Przyjrzyjmy się temu ryzyku:

  1. Wodór ma niższą wartość LEL niż gaz ziemny, dlatego istnieje większe ryzyko wytworzenia atmosfery łatwopalnej w przypadku mieszanek gazowych.
  2. Wodór ma niższą energię zapłonu niż gaz ziemny i szeroki zakres palności (4% do 74% w powietrzu), więc istnieje większe ryzyko wybuchu
  3. Cząsteczki wodoru są małe i szybko się przemieszczają, więc każdy wyciek gazu mieszanego będzie rozprzestrzeniał się szybciej i szerzej niż w przypadku gazu ziemnego.

W Wielkiej Brytanii ogrzewanie domowe i przemysłowe odpowiada za połowę brytyjskiego zużycia energii i jedną trzecią emisji dwutlenku węgla. Od 2019 r. realizowany jest pierwszy w Wielkiej Brytanii projekt wtłaczania wodoru do sieci gazowej, a próby odbywają się na Uniwersytecie Keele. Projekt HyDeploy ma na celu wtłoczenie do 20% wodoru i zmieszanie go z istniejącą siecią gazową w celu ogrzewania bloków mieszkalnych i kampusów bez konieczności wymiany urządzeń gazowych lub rurociągów. W tym projekcie detektory gazu Crowcon i analizator spalin są wykorzystywane do identyfikacji wpływu mieszania wodoru w zakresie wykrywania wycieków gazu. Analizator spalin Crowcon Sprint Pro jest wykorzystywany do oceny sprawności kotła.

Crowcon's Sprint Pro to profesjonalny analizator spalin z funkcjami dostosowanymi do potrzeb profesjonalistów HVAC, solidną konstrukcją, pełnym wyborem akcesoriów i 5-letnią gwarancją. Więcej informacji na temat Sprint Pro tutaj.

Wodór w przemyśle stalowym

Tradycyjna produkcja żelaza i stali jest uważana za jeden z największych emiterów zanieczyszczeń środowiska, w tym gazów cieplarnianych i drobnego pyłu. Procesy produkcji stali w znacznym stopniu opierają się na paliwach kopalnych, z czego 78% stanowią produkty węglowe. Nie jest więc zaskoczeniem, że przemysł stalowy emituje około 10% wszystkich globalnych emisji CO2 związanych z procesami i energią.

Wodór może być alternatywą dla firm z branży stalowej, które chcą drastycznie ograniczyć emisję dwutlenku węgla. Kilku producentów stali w Niemczech i Korei już obniża emisje stosując metodę redukcji wodoru, która do produkcji stali wykorzystuje wodór, a nie węgiel. Tradycyjnie, w procesie produkcji stali znaczna ilość wodoru jest wytwarzana jako produkt uboczny, zwany gazem koksowniczym. Przepuszczając gaz koksowniczy przez proces zwany wychwytywaniem i magazynowaniem dwutlenku węgla (CCS), stalownie mogą produkować znaczne ilości błękitnego wodoru, który może być następnie wykorzystywany do kontrolowania temperatury i zapobiegania utlenianiu podczas produkcji stali.

Ponadto, producenci stali wytwarzają produkty stalowe przeznaczone specjalnie dla wodoru. Koreański producent stali POSCO, w ramach nowej wizji przekształcenia się w ekologiczne przedsiębiorstwo wodorowe, zainwestował znaczne środki w rozwój produktów stalowych przeznaczonych do produkcji, transportu, przechowywania i wykorzystania wodoru.

Ze względu na wiele zagrożeń związanych z palnymi i toksycznymi gazami występującymi w stalowniach, ważne jest zrozumienie wrażliwości krzyżowej gazów, ponieważ fałszywy odczyt może okazać się śmiertelny. Na przykład, wielki piec wytwarza dużą ilość gorącego, zapylonego, toksycznego i łatwopalnego gazu składającego się z tlenku węgla (CO) z pewną ilością wodoru. Producenci systemów detekcji gazów, którzy mają doświadczenie w pracy w takich środowiskach, doskonale znają problem wpływu wodoru na elektrochemiczne czujniki CO i dlatego standardowo dostarczają czujniki z filtrem wodorowym do zakładów hutniczych.

Aby dowiedzieć się więcej o czułości krzyżowej, odwiedź nasz blog. Detektory gazu Crowcon są stosowane w wielu zakładach stalowych na całym świecie, a więcej informacji o rozwiązaniach Crowcon w przemyśle stalowym można znaleźć tutaj.

Referencje:

  1. Wtłaczanie wodoru do sieci gazu ziemnego mogłoby zapewnić stały popyt, którego sektor potrzebuje do rozwoju (S&P Global Platts, 19 maja 2020 r.)
  2. Australia Zachodnia przeznacza 22 mln USD na plan działania w zakresie wodoru (Energetyka, 14 września 2020 r.)
  3. Zielony wodór w rurociągach gazu ziemnego: Rozwiązanie dekarbonizacji czy mrzonka? (Green Tech Media, 20 listopada 2020)
  4. Czy wodór mógłby wykorzystać infrastrukturę gazu ziemnego? (Network Online, 17 Mar 2016)
  5. Stal, wodór i odnawialne źródła energii: Strange Bedfellows? Może nie... (Forbes.com, 15 maja 2020 r.)
  6. POSCO rozszerzy produkcję wodoru do 5 mln ton do 2050 r. (Business Korea, 14 grudnia 202 0 r.) Tons by 2050 (Business Korea, 14 Dec 202 0)http://https://www.crowcon.com/wp-content/uploads/2020/07/shutterstock_607164341-scaled.jpg