Υδρογόνο: Που είναι η ευκαιρία στην Ελλάδα σήμερα

«Το καθαρό υδρογόνο είναι μέρος της Ευρωπαϊκής Πράσινης Συμφωνίας, μιας στρατηγικής που έχει εγκρίνει η ΕΕ για τη μείωση της εξάρτησής μας από εισαγόμενα ορυκτά καύσιμα που ρυπαίνουν το περιβάλλον. Δεν είναι μόνο καλό για τον πλανήτη, αλλά θα δημιουργήσει και θέσεις εργασίας, θα μας βοηθήσει να οικοδομήσουμε εκ νέου την οικονομία μετά την κρίση του κορονοϊού και να εξασφαλίσουμε ένα καλύτερο μέλλον για τις επόμενες γενιές».

Αυτά αναφέρονται (μεταξύ άλλων) στην επίσημη ιστοσελίδα της Ευρωπαϊκής Επιτροπής για το υδρογόνο. Λίγο παρακάτω μάλιστα σημειώνεται: «Με τη χρηματοδότηση της ΕΕ, οι ευρωπαϊκές επιχειρήσεις μπορούν να παίξουν ηγετικό ρόλο στην μετάβαση στην πράσινη ενέργεια».

Να το καταλάβουμε λίγο καλύτερα: Η ΕΕ έχει ανακοινώσει και χρηματοδοτεί πολιτικές για την παραγωγή υδρογόνου ως πηγή ανανεώσιμης ενέργειας. Ταυτόχρονα η Ελλάδα ετοιμάζεται να ανακοινώσει την επίσημη στρατηγική της γύρω από την ρύθμιση του συγκεκριμένου τομέα. Επομένως τώρα είναι η κατάλληλη στιγμή να παρέμβουμε, προβλέποντας πώς θα διαμορφωθεί ο κλάδος των εναλλακτικών καυσίμων τα επόμενα 5-10 χρόνια και βεβαίως να αξιοποιήσουμε την επενδυτική αυτή ευκαιρία.

Το υδρογόνο παρέχει πολλά οφέλη ως πηγή καθαρής ενέργειας, όμως δεν βρίσκει εφαρμογή παντού, επομένως το «πώς» και το «που» πρόκειται να χρησιμοποιηθεί στην πράσινη οικονομία της Ελλάδας (και της Ευρώπης) θα δώσει τις απαραίτητες απαντήσεις για τους επενδυτές, τους διαχειριστές έργων, αλλά και τους τελικούς καταναλωτές.

Η βιωσιμότητα του υδρογόνου στην πράσινη οικονομία επικεντρώνεται σε δύο κρίσιμους και διασταυρούμενους υπολογισμούς κόστους-οφέλους. Πρώτον, το υδρογόνο είναι ιδιαίτερα πυκνό ενεργειακά σε σύγκριση με το diesel (~33 kWh αξιοποιήσιμης ενέργειας ανά κιλό, σε σύγκριση με 12-14 kWh ανά κιλό diesel) και πολύ πιο αποδοτικό, όμως στη φυσική του κατάσταση, δεν μπορεί να μεταφερθεί σε ποσότητες που έχουν εμπορικό ενδιαφέρον.

Για παράδειγμα, οι τυπικές κυψέλες καυσίμου PEM λειτουργούν με απόδοση 40-60%, σε σύγκριση με το ~40% ενός τυπικού κινητήρα εσωτερικής καύσης που λειτουργεί με diesel. Και ενώ ένα κιλό υδρογόνου μεταφέρει περίπου τριπλάσια ενέργεια από ένα κιλό καυσίμου diesel, όταν λάβουμε υπόψη τον όγκο, η κατάσταση αντιστρέφεται - σε πίεση και θερμοκρασία περιβάλλοντος, ένα λίτρο υδρογόνου παρέχει μόνο 0,003 kWh ενέργειας, σε σύγκριση με ~ 10 kWh ανά λίτρο για ντίζελ.

Τις περισσότερες φορές, αυτό το θέμα έχει αντιμετωπιστεί με συστήματα αποθήκευσης υψηλής πίεσης και χαμηλής θερμοκρασίας, ώστε να επιτρέπεται η αποθήκευση του αερίου σε υψηλότερες πυκνότητες. Όμως αυτά τα συστήματα τείνουν επίσης να έχουν μεγάλο βάρος, γεγονός που αποτελεί πρόκληση για τη χρήση υδρογόνου σε εφαρμογές κινητικότητας. Το πρόσθετο βάρος οδηγεί σε μεγαλύτερη χρήση καυσίμου, η οποία με τη σειρά της δημιουργεί την απαίτηση για μεγαλύτερες δεξαμενές καυσίμου, γεγονός που προσθέτει βάρος, με συνέπεια να αυξάνεται η απαίτηση σε χρήση καυσίμου – είναι ίσως δύσκολο να αποφευχθεί ένας φαύλος κύκλος.

Δεύτερον, ενώ υπάρχουν σημαντικά περιβαλλοντικά οφέλη στη χρήση του πράσινου υδρογόνου, τόσο ως πηγή καυσίμου (όταν χρησιμοποιείται σε κυψέλη καυσίμου καθώς το μόνο υποπροϊόν του είναι το νερό), όσο και σε βιομηχανικές διαδικασίες, απαιτεί μεγάλες ποσότητες ενέργειας για να παραχθεί αξιοποιήσιμο υδρογόνο εξαρχής. Δεν πρέπει να ξεχνάμε πως αυτή η ενέργεια πρέπει να προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές για να ισχύουν οι θετικές κλιματικές επιδράσεις.

Εδώ, οι υπολογισμοί υποδηλώνουν ότι για τους περισσότερους ηλεκτρολύτες PEM, 50 kWh ηλεκτρικής ενέργειας θα παράγουν υδρογόνο με ενεργειακή αξία περίπου 33 kWh και ένα άλλο ~ 50% αυτής θα χαθεί λόγω αναποτελεσματικότητας στο σύστημα κυψελών καυσίμου που χρησιμοποιείται για την τροφοδότηση. Έτσι, για να είναι ανταγωνιστικό το πράσινο υδρογόνο, η αξία αγοράς της ενέργειας που παράγει πρέπει να υπερβαίνει το κόστος παραγωγής κατά περίπου 3 φορές. Και φυσικά, αυτό το κόστος πρέπει να περιλαμβάνει απόσβεση της κεφαλαιουχικής δαπάνης για κυψέλες καυσίμου και ηλεκτρολύτες κατά τη σχετική περίοδο.

Τα παραπάνω βασικά στοιχεία σχετικά με την παραγωγή και τη χρήση του υδρογόνου, έχουν μερικές κρίσιμες συνέπειες για τη βιωσιμότητα του στην αγορά, οι οποίες με τη σειρά τους διαμορφώνουν την άποψη μας για το που είναι πιο πιθανό να πετύχει το υδρογόνο στην πράσινη οικονομία της Ελλάδας.

Πρώτον, για να μεγιστοποιήσει το υδρογόνο την «πράσινη» δυναμική του, πρέπει να χρησιμοποιηθεί σχετικά κοντά στο σημείο παραγωγής του.

Δεύτερον, η παραγωγή υδρογόνου πρέπει να συνδέεται απευθείας με ανανεώσιμες πηγές ή να συνοδεύεται με άλλον τρόπο από δυνατά συστήματα δέσμευσης άνθρακα.

Και τρίτον, στον χώρο της κινητικότητας, το υδρογόνο είναι πιο ανταγωνιστικό για φορείς εκμετάλλευσης στόλου με απαιτήσεις σχετικά μεγάλης εμβέλειας και σχετικά μεγάλες πλατφόρμες μεταφοράς (π.χ. μεγάλα φορτηγά, αστικά λεωφορεία που εκτελούν μεγάλες διαδρομές, προαστιακά τρένα, πλοία).

Προσθέτοντας μια περαιτέρω πρόκληση για την υιοθέτηση του υδρογόνου, το LNG μπορεί επίσης να προσφέρει μία πιο ανταγωνιστική επιλογή σε αυτούς τους τομείς. Για παράδειγμα, τα βαρέα φορτηγά που κινούνται με LNG είναι ήδη διαθέσιμα στο εμπόριο και οι σταθμοί ανεφοδιασμού LNG συνδέουν ήδη μεγάλο μέρος της Δυτικής Ευρώπης.

Πάνω σε αυτό το πλαίσιο, αντικρίζουμε τέσσερις κύριες ευκαιρίες αγοράς για το υδρογόνο στην Ελλάδα βραχυπρόθεσμα έως μεσοπρόθεσμα - δύο σε βιομηχανικές εφαρμογές και δύο σε κινητικότητα και διαμετακόμιση. Πρώτον, η ευρεία διαθεσιμότητα ισχυρών πηγών φωτοβολταϊκών και αιολικής ενέργειας στην Ελλάδα προσφέρει στους βιομηχανικούς χρήστες υδρογόνου, όπως κατασκευαστές λιπασμάτων, χειριστές διυλιστηρίων παραγωγούς χάλυβα και άλλων μετάλλων, ευκαιρίες για άμεση παραγωγή πράσινου υδρογόνου.

Στη συγκεκριμένη περίπτωση, η ενέργεια που χρησιμοποιείται για την ηλεκτρόλυση για την παραγωγή καθαρού H₂ από το νερό, θα προέρχεται απευθείας από ηλιακά ή αιολικά πάρκα, με το παραγόμενο υδρογόνο να χρησιμοποιείται άμεσα σε βιομηχανικές εφαρμογές. Καθώς το ευρωπαϊκό σύστημα εμπορίας άνθρακα συνεχίζει να ασκεί πίεση στους παραγωγούς CO₂ να μειώσουν τις εκπομπές και καθώς το κόστος των πιστώσεων CO₂ συνεχίζει να αυξάνεται, οι βιομηχανικοί χρήστες υδρογόνου θα έχουν αυξανόμενα κίνητρα για να επιδιώξουν την επιτόπια παραγωγή πράσινου υδρογόνου.

Δεύτερον, οι βιομηχανικοί χρήστες που επιδιώκουν να μειώσουν τις εκπομπές τους και το κόστος ενέργειας, μπορούν να αναπτύξουν το υδρογόνο ως τεχνολογία αποθήκευσης, ώστε να εξομαλύνουν τον εφοδιασμό και να διασφαλίσουν τη διαθεσιμότητα ισχύος κατά παραγγελία, συνεχίζοντας το πλάνο της ενεργειακής μετάβασης τους. Σε αυτή τη διάταξη, οι μεγάλης κλίμακας βιομηχανικοί χρήστες ενέργειας θα χρησιμοποιούσαν ηλιακά ή αιολικά πάρκα για να λειτουργήσουν τις μονάδες ηλεκτρόλυσης, με το υδρογόνο που προκύπτει να χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία κυψελών καυσίμου PEM.

Η περίσσεια ενέργειας από τη μεταβλητή ανανεώσιμη πηγή μπορεί να αποθηκευτεί ως υδρογόνο και να εξοικονομηθεί επ' αόριστον, για να επιτραπεί σταθερή παροχή ενέργειας, ενώ η απόκριση των κυψελών καυσίμου PEM δίνει επίσης στους χρήστες τη δυνατότητα να αυξάνουν γρήγορα τις εξόδους ισχύος όταν είναι απαραίτητο. Σε αυτή τη διάταξη, οι βιομηχανικοί χρήστες θα μπορούν επίσης να σταθεροποιήσουν το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας, μεγιστοποιώντας την παραγωγή υδρογόνου όταν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι φθηνές και ενεργοποιώντας τις μονάδες υδρογόνου όταν η ενέργεια από το δίκτυο είναι απαγορευτικά ακριβή.

Εντοπίζουμε επίσης δύο ενδιαφέρουσες ευκαιρίες για καύσιμο υδρογόνου στον χώρο της κινητικότητας. Και εδώ, η παραγωγή πρέπει να συνδεθεί με εισροές ανανεώσιμης ενέργειας ώστε να μεγιστοποιηθούν τα κλιματικά οφέλη, καθώς η γεωγραφία και ο καιρός της Ελλάδας είναι πολύ ευνοϊκοί από αυτή την άποψη. Και για φορείς εκμετάλλευσης στόλου με πλατφόρμες κινητικότητας σχετικά βαρέως τύπου και/ή απαιτήσεις μεγαλύτερης εμβέλειας, το υδρογόνο αποτελεί μια ελκυστική εναλλακτική λύση αντί της ηλεκτροκίνησης και με την κατάλληλη προμήθεια, μπορεί επίσης να καταστεί ανταγωνιστικό με τους κινητήρες εσωτερικής καύσης diesel μακροπρόθεσμα. Το LNG παρουσιάζει μια συναρπαστική εναλλακτική λύση βραχυπρόθεσμα, αλλά δεν μπορεί να προσφέρει τα ίδια οφέλη μηδενικών εκπομπών που προσφέρει το υδρογόνο.

Οι φορείς εκμετάλλευσης στόλου είναι σε θέση να υιοθετήσουν οχήματα κυψελών καυσίμου, επειδή οι επιχειρήσεις τείνουν να επικεντρώνονται σε σχετικά μικρό αριθμό καθιερωμένων βάσεων, επομένως οι συνοδευτικές απαιτήσεις υποδομής τροφοδοσίας H2 είναι αρκετά περιορισμένες. Και σε μεγαλύτερες αποστάσεις, με σχετικά μεγαλύτερα οχήματα (π.χ. αστικά λεωφορεία μεγάλων αποστάσεων ή μεταφορές βαρέων φορτηγών), είναι ευκολότερο να βρείτε τη σωστή αναλογία χωρητικότητας ισχύος, αποθήκευσης στο σκάφος και βάρος του οχήματος.

Ομοίως, βλέπουμε επίσης ανοδική πορεία για τους φορείς εκμετάλλευσης πλοίων. Ο Διεθνής Οργανισμός Ναυσιπλοΐας, βρίσκεται καθοδόν ώστε να ορίσει τη Μεσόγειο Θάλασσα ως «Περιοχή Ελέγχου Εκπομπών έως το 2025», κάτι που θα απαιτούσε από τα πλοία, συμπεριλαμβανομένων των πλοίων RoPax που εξυπηρετούν τα περισσότερα ελληνικά νησιά, να μειώσουν την περιεκτικότητα του μαζούτ τους σε θείο στο 0,1% m/m (σε σύγκριση με παγκόσμιο όριο 0,5%).

Ταυτόχρονα, η Ευρωπαϊκή Ένωση εξετάζει το ενδεχόμενο να προσθέσει τη ναυτιλία στο Σύστημα Εμπορίας Εκπομπών (ETS) από το 2023. Έτσι, οι πλοιοκτήτες ενδέχεται να αντιμετωπίσουν ισχυρές ρυθμιστικές πιέσεις να υιοθετήσουν καθαρότερες πηγές και με τα πρώτα οχηματαγωγά υδρογόνου στον κόσμο να έρχονται online και να εισέρχονται σε εμπορική υπηρεσία το 2021, Οι επερχόμενες ανανεώσεις στόλου ενδέχεται να δώσουν στους φορείς εκμετάλλευσης πλοίων μια συναρπαστική ευκαιρία να ξεκινήσουν τη μετάβαση.

Τέλος, στρέφοντας το ενδεχόμενο της επίσημης κρατικής συμμετοχής στον τομέα, η Ελλάδα έχει ήδη δώσει προτεραιότητα σε μια σειρά από μεγάλης κλίμακας πρωτοβουλίες υδρογόνου (White Dragon, Green HiPo, H2CEM, H2CAT, Blue Med) για χρηματοδότηση από την Ευρωπαϊκή Ένωση ως «Σημαντικά Έργα Κοινού Ευρωπαϊκού Ενδιαφέροντος». Όμως αυτά δεν θα είναι τα μόνα έργα υδρογόνου που πετυχαίνουν στην Ελλάδα. Πράγματι, η ισχυρή θέση της χώρας στην ηλιακή και αιολική ενέργεια την τοποθετεί σε προνομιούχα θέση ώστε να είναι ο ηγέτης στο πράσινο υδρογόνο στην Ευρώπη.

Έτσι, καθώς περιμένουμε να δούμε τι θα στοχεύσει η εθνική στρατηγική για το υδρογόνο, οι επενδυτές, οι διαχειριστές έργων και οι τελικοί χρήστες στα τμήματα της βιομηχανίας και της διαμετακόμισης θα πρέπει να σκεφτούν πώς το υδρογόνο μπορεί να ταιριάζει στις τρέχουσες και μελλοντικές τους λειτουργίες. Εδώ στη NEP, προσβλέπουμε σ’ ένα ισχυρό μέλλον υδρογόνου για την Ελλάδα και προσβλεπουμε στη χρηματοδότηση ωρίμων έργων και σε αυτό το χώρο.

Με πληροφορίες από energypress.gr

https://fuelcellsworks.com/news/hyzon-heavy-duty-vehicles-hydrogen-vs-diesel/

https://rmi.org/run-on-less-with-hydrogen-fuel-cells/

https://theicct.org/publications/advanced-tractor-trailer-efficiency-technology-potential-2020%E2%80%932030-timeframe

https://rentar.com/efficient-engines-thermodynamics-combustion-efficiency/

https://www.garrettmotion.com/news/newsroom/article/worlds-first-commercial-diesel-engine-with-brake-thermal-efficiency-above-50-launched-by-weichai-boosted-by-garrett/

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/engine-thermal-efficiency

https://www.idealhy.eu/index.php?page=lh2_outline

https://www.carboncommentary.com/blog/2021/6/11/some-rules-of-thumb-of-the-hydrogen-economy