Οι αναδυόμενες χρήσεις του υδρογόνου

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Καθώς οι ενεργειακοί και βιομηχανικοί κλάδοι βιώνουν μετασχηματιστικές αλλαγές, η οικονομία του υδρογόνου έρχεται να δώσει ώθηση στη βιώσιμη ανάπτυξη. Η μελλοντική αλυσίδα αξίας του υδρογόνου θα ενσωματώσει συστήματα παραγωγής, αποθήκευσης και διανομής, υποστηρίζοντας ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών που θα καλύψουν πλήθος βιομηχανικών διαδικασιών και θα επηρεάσουν διάφορους τομείς των μεταφορών. Ενώ η ηλεκτροδότηση παραμένει ο κυρίαρχος τομέας-στόχος για την απαλλαγή από τον άνθρακα για πολλούς τομείς, το υδρογόνο αναδεικνύεται ως κρίσιμη λύση για τις βιομηχανίες που είναι δύσκολο να απαλλαγούν από τις εκπομπές άνθρακα.

Παραδοσιακοί βιομηχανικοί τομείς όπως η διύλιση, η παραγωγή αμμωνίας και η παραγωγή μεθανόλης, συνεχίζουν να διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στο εξελισσόμενο τοπίο των τεχνολογιών υδρογόνου. Η IDTechEx προβλέπει ότι η πετροχημική διύλιση θα παραμείνει ως ένας από τους μεγαλύτερους καταναλωτές υδρογόνου χαμηλών εκπομπών άνθρακα για το άμεσο μέλλον. Η πυρόλυση και η κατεργασία είναι βασικές διεργασίες που χρησιμοποιούν μεγάλες ποσότητες υδρογόνου, με την τελευταία να είναι η κύρια βιομηχανική διαδικασία που καταναλώνει υδρογόνο σε ένα διυλιστήριο. Παράγοντες όπως η αυξημένη παγκόσμια κατανάλωση πετρελαίου και η ανάγκη επεξεργασίας βαρύτερου αργού πετρελαίου, οδηγούν σε αυξανόμενη ζήτηση για υδρογόνο σε αυτόν τον τομέα.

Οι εταιρείες πετροχημικών καταβάλλουν προσπάθειες μείωσης του αποτυπώματος άνθρακα. Πολλά διυλιστήρια βρίσκονται σε βιομηχανικές ζώνες ή πάρκα, τα οποία γίνονται κομβικά σημεία για νέα έργα δέσμευσης άνθρακα και υποδομών υδρογόνου, όπως το διυλιστήριο Stanlow στο πλαίσιο της πρωτοβουλίας HyNet North West. Επιπλέον, το υδρογόνο έχει τη δυνατότητα για περαιτέρω μειώσεις εκπομπών στα διυλιστήρια μέσω της χρήσης του σε συστήματα παραγωγής ενέργειας και θερμότητας, τα οποία επί του παρόντος βασίζονται σε τεχνολογίες καύσης. Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι τέτοιες εξελίξεις αναμένεται να αποκτήσουν δυναμική στην αγορά διύλισης μακροπρόθεσμα.

Η παραγωγή αμμωνίας χρησιμεύει ως μια άλλη ζωτικής σημασίας εφαρμογή για το υδρογόνο χαμηλών εκπομπών άνθρακα, συμβάλλοντας σημαντικά στις πρωτοβουλίες απαλλαγής από τον άνθρακα στις βιομηχανίες λιπασμάτων και χημικών. Η προσαρμογή της διαδικασίας Haber-Bosch για χρήση πράσινου ή μπλε υδρογόνου, προσφέρει μια πολλά υποσχόμενη οδό για τη μείωση των εκπομπών CO₂. Εκτός από τις παραδοσιακές χρήσεις της, η αμμωνία κερδίζει έδαφος στον τομέα των μεταφορών, υποδεικνύοντας μία σημαντική προοπτική προς τη βιώσιμη ανάπτυξη του τομέα. 

Εταιρείες όπως η Yara, η Nutrien, η OCI Nitrogen και η SAFCO βρίσκονται στην πρώτη γραμμή των προσπαθειών, έχοντας ήδη εφαρμόσει τεχνολογίες δέσμευσης, χρήσης και αποθήκευσης άνθρακα (CCUS) στα εργοστάσια τους. Αν και επί του παρόντος το ανώτατο όριο δέσμευσης άνθρακα είναι της τάξης του 70%, νέα έργα που υλοποιούνται από εταιρείες όπώς οι Horisont Energi, ADNOC και CF Industries, στοχεύουν σε ποσοστά δέσμευσης άνω του 90%.

Στο μέτωπο της πράσινης αμμωνίας, πολλές εταιρείες, συμπεριλαμβανομένων των Fertiberia, Yara International και CF Industries, σχεδιάζουν να θέσουν σε λειτουργία εργοστάσια μετά το 2025 με ποικίλες δυνατότητες. Έργα όπως η πρωτοβουλία NEOM για την πράσινη αμμωνία είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακά, με στόχο την εγκατάσταση λύσεων ηλεκτρόλυσης αλκαλικού ύδατος, άνω των 2GW, παρεχόμενες από την Thyssenkrupp Nucera και με στόχο την ημερήσια παραγωγή 600 τόνων NH₃. Ομοίως, εταιρείες πυρόλυσης μεθανίου όπως η Monolith και η Hazer Group, εισέρχονται επίσης στον τομέα της αμμωνίας.

Οι εξελίξεις, τόσο στην μπλε όσο και στην πράσινη αμμωνία, σηματοδοτούν μια συνδυασμένη προσπάθεια σε όλη τη βιομηχανία για την προώθηση της βιώσιμης και αποτελεσματικότερης παραγωγής αμμωνίας.

Η IDTechEx προσδιορίζει επίσης την παραγωγή μεθανόλης με χαμηλές εκπομπές άνθρακα ως μια κρίσιμη, αν και λιγότερο σημαντική, οδό για την ανάπτυξη της χρήσης του υδρογόνου. Εταιρείες όπως η Carbon Recycling International (CRI) σημειώνουν σημαντική πρόοδο σε αυτόν τον τομέα, αναπτύσσοντας έργα όπως το εργοστάσιο e-μεθανόλης Finnjord.

Η μεθανόλη χρησιμεύει ως ζωτικό συστατικό σε διάφορες χημικές ουσίες και χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στην αποθήκευση ενέργειας και ως καύσιμο αυτοκινήτων. Η χρήση πράσινου ή μπλε υδρογόνου μπορεί να μειώσει σημαντικά τις εκπομπές κατά τη διαδικασία χημικής παραγωγής της μεθανόλης. Ωστόσο, όπως η πράσινη αμμωνία, η παραγωγή πράσινης μεθανόλης παραμένει απαγορευτική από πλευράς κόστους και εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την πηγή CO₂. Επιπλέον, το CO₂ πρέπει να προέρχεται από απευθείας δέσμευση από την ατμόσφαιρα (direct air capture) ή από απόβλητα ή βιομάζα για να ταξινομηθεί η μεθανόλη ως πραγματικά ουδέτερη ως προς τον άνθρακα.

Η IDTechEx προβλέπει σημαντικό ρόλο για το υδρογόνο στη χαλυβουργία μεσομακροπρόθεσμα. Η συμβατική παραγωγή χάλυβα συμβάλλει στο 7 έως 9% των παγκόσμιων εκπομπών CO₂. Κορυφαίες εταιρείες όπως η ArcelorMittal, η SSAB και η Tata Steel ερευνούν ενεργά τις τεχνολογίες απευθείας αναγωγής σιδήρου σε υδρογονοκίνητους κλιβάνους ηλεκτρικού τόξου (H2-DRI-EAF) για την παραγωγή πιο βιώσιμου χάλυβα.

Αυτό αποδεικνύεται από το έργο HYBRIT Demonstration, ένα σουηδικό συνεργατικό έργο με τη συμμετοχή των SSAB, LKAB και Vattenfall. Οι εταιρείες εργάζονται για την επίδειξη μιας αλυσίδας αξίας παραγωγής χάλυβα, απαλλαγμένης από ορυκτά καύσιμα, με χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και υδρογόνου στη Σουηδία. Το έργο περιλαμβάνει την απαλλαγή από τον άνθρακα όλων των σταδίων της εφοδιαστικής αλυσίδας της χαλυβουργίας. Αν και οι τεχνολογικές προκλήσεις εξακολουθούν να υφίστανται, το υδρογόνο αποτελεί πυλώνα σε αυτή τη μετάβαση.

Η εφαρμογή του υδρογόνου στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας βρίσκεται ακόμα σε πρώιμα στάδια, αλλά διαφαίνεται κρίσιμη για την επέκταση των προσπαθειών απαλλαγής από τις εκπομπές άνθρακα. Το υδρογόνο έχει πιθανές εφαρμογές σε εγκαταστάσεις αποθήκευσης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, αποθήκευσης ενέργειας εκτός δικτύου και σταθμών συνδυασμένης παραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας (CHP).

Παρά τις απώλειες απόδοσης στις μετατροπές από ισχύ σε υδρογόνο και πάλι σε ισχύ, το υδρογόνο αποτελεί μια ελκυστική εναλλακτική λύση για εφαρμογές εκτός δικτύου όπου οι επιλογές είναι περιορισμένες. Ωστόσο, η χρήση του υδρογόνου σε εφαρμογές ενέργειας και θερμότητας, ιδιαίτερα στην αποθήκευση ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, εξακολουθεί να απαιτεί εκλεπτυσμένα επιχειρηματικά μοντέλα για να γίνει πιο εμπορικά βιώσιμη.

Το υδρογόνο παίζει επίσης ουσιαστικό ρόλο στην παραγωγή βιοκαυσίμων και συνθετικών καυσίμων. Τα βιοκαύσιμα πρώτης και επόμενης γενιάς μπορούν να γίνουν όλο και πιο ουδέτερα ως προς τον άνθρακα μέσω της χρήσης πράσινου υδρογόνου. Μεγάλα διυλιστήρια όπως η Neste και η TotalEnergies επικεντρώνονται σε αυτά τα καύσιμα, λόγω της ζήτησης των καταναλωτών και τις ρυθμιστικές πολιτικές. Ωστόσο, η IDTechEx αναμένει ότι ο ρόλος του υδρογόνου σε αυτόν τον τομέα θα είναι συγκριτικά περιορισμένος, τουλάχιστον μεσοπρόθεσμα.

Οι κυψέλες καυσίμου είναι μια βασική τεχνολογία που θα χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία αυτών των τομέων των μεταφορών. Αυτοί οι τομείς μεταφορών θα απαιτήσουν την αποτελεσματική ενσωμάτωση τεχνολογίας κυψελών καυσίμου με κατάλληλες μεθόδους αποθήκευσης υδρογόνου, εναλλάκτη θερμότητας και λοιπό εξοπλισμό εξισορρόπησης της εγκατάστασης (Balance of Plant, BOP). Η περισσότερη προσοχή εστιάζεται, επί του παρόντος, στις κυψέλες καυσίμου με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC), καθώς αυτή η τεχνολογία θα χρησιμοποιηθεί στα ηλεκτρικά οχήματα που θα φέρουν κυψέλες καυσίμου.

Τα ηλεκτρικά οχήματα με κυψέλες καυσίμου έχουν αποκτήσει δυναμική, ιδιαίτερα σε περιοχές όπως η Κορέα, η Ιαπωνία, η Γερμανία και η Κίνα, με την αυξανόμενη ανάπτυξη υποδομών ανεφοδιασμού και νέες ιδέες για ελαφρά, μεσαία και βαρέα οχήματα. Ωστόσο, οι γρήγορες εξελίξεις στην τεχνολογία ηλεκτρικών οχημάτων με μπαταρία (BEV) είναι πιθανό να διατηρήσουν την κυριαρχία της στην αγορά, περιορίζοντας την υιοθέτηση των κυψελών καυσίμου σε χαμηλότερα επίπεδα. Από την άλλη, τα ηλεκτρικά οχήματα με κυψέλες καυσίμου παρουσιάζουν μια ρεαλιστική πρόταση για φορτηγά και λεωφορεία για απαιτητικές εφαρμογές, γεγονός που θα βοηθήσει δυνητικά στην ευρύτερη ανάπτυξη υποδομών ανεφοδιασμού με υδρογόνο.

Το υδρογόνο αναδύεται ως βιώσιμη εναλλακτική λύση και στη ναυτιλία, μία τάση που διευκολύνεται από τις εξελίξεις από εταιρείες όπως η Ballard και η PowerCell. Οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου, ιδιαίτερα οι κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου (Solid Oxide Fuel Cells) και οι PEMFC, δείχνουν ιδιαίτερα υποσχόμενες ως τεχνολογίες. Το πλεονέκτημα της χρήσης SOFC στη ναυτιλία είναι η ευελιξία τους όσον αφορά στο τροφοδοτούμενο καύσιμο, καθώς μπορούν να χρησιμοποιούν LNG και αμμωνία. Η αυξανόμενη παραγωγή πράσινου υδρογόνου ανοίγει το δρόμο για την προμήθεια πράσινης αμμωνίας και καθώς αυτή θα γίνεται πιο άμεσα διαθέσιμη και τα SOFC γίνονται εμπορικά βιώσιμα, η χρήση αμμωνίας ως καύσιμο στη ναυτιλία θα αυξηθεί και μπορεί να περιορίσει την υιοθέτηση του υδρογόνου.

Το υδρογόνο κάνει επίσης άλματα στις σιδηροδρομικές μεταφορές, με τη συνεισφορά εταιρειών όπως η Alstom και η Accelera (Cummins). Τα τρένα αυτών των εταιρειών προσφέρουν πλεονεκτήματα στην εμβέλεια και τον ανεφοδιασμό σε σύγκριση με τα ηλεκτρικά τρένα που χρησιμοποιούν μπαταρίες. Ωστόσο, το υψηλότερο κόστος του πράσινου υδρογόνου απαιτεί κρατική υποστήριξη ώστε να επιτευχθεί μαζική υιοθέτηση. Η Γερμανία πρωτοστατεί στη δοκιμή και ανάπτυξη πολλαπλών συρμών που χρησιμοποιούν κυψέλες καυσίμου. Άλλες χώρες όπως οι ΗΠΑ, η Γαλλία και η Ιταλία έχουν κάνει επίσης παραγγελίες για τρένα που κινούνται με υδρογόνο. Αναμένεται να θέσουν την τεχνολογία στη διάθεση των επιβατών μέσα στα επόμενα χρόνια.

Οι αεροπορικές μεταφορές είναι πιθανό να εξυπηρετηθούν από λύσεις με βάση το υδρογόνο μακροπρόθεσμα και σίγουρα μετά το 2035. Ενώ τα βιώσιμα αεροπορικά καύσιμα (Sustainable Aviation Fuel, SAF) θα κυριαρχήσουν μεσοπρόθεσμα, το υδρογόνο παραμένει απαραίτητο για την πλήρη απαλλαγή από τον άνθρακα. Ωστόσο, διάφορα εμπόδια, που ξεκινούν από την τεχνική ολοκλήρωση έως την απουσία ρυθμιστικών πλαισίων, εμποδίζουν την ταχεία εμπορευματοποίηση της τεχνολογίας. Παρόλα αυτά, εταιρείες όπως η ZeroAvia, η Universal Hydrogen και η H2Fly σημειώνουν σημαντική πρόοδο μέσω δοκιμαστικών πτήσεων καθώς και με την ανάπτυξη τεχνολογιών υγρού υδρογόνου και PEMFC υψηλής θερμοκρασίας.

Με πληροφορίες από environmentjournal.online

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR