Evropska unija v svoji podnebni in energetski strategiji stavi tudi na vodik. "Vodik spreminja igro za Evropo. Ohraniti želimo svoj položaj pionirjev, ko gradimo svetovni trg za vodik," je decembra lani tvitnila predsednica Evropske komisije Ursula von der Leyen ob sklenitvi dogovora H2Med med Španijo, Francijo in Portugalsko za gradnjo skupne vodikove infrastrukture.

Konec leta 2019 je Evropska komisija sprejela evropski zeleni dogovor, ki predvideva razogljičenja evropskega gospodarstva oziroma "podnebno nevtralnost" do leta 2050. Količino toplogrednih plinov namerava Unija pri tem že do leta 2030 zmanjšati za 55 odstotkov.

Pomembno vlogo pri umiku od uporabe fosilnih goriv naj bi ime t. i. zeleni vodik, med proizvodnjo katerega ne nastajajo toplogredni plini. Zeleni vodik namreč nastaja pri elektrolizi, pri kateri voda razpade na vodik in kisik.

Vodik bi v teoriji lahko popolnoma nadomestil fosilna goriva – napajal industrijo, poganjal vozila in ogreval stanovanja – vendar to zaradi energetske potratnosti in posledičnih stroškov kemijske pretvorbe vode ali metana v vodik ni smotrno.

"Uporabljati vodik, kjer drugi načini elektrifikacije odpovedo"

"Idealno bi bilo uporabljati vodik, kjer drugi načini elektrifikacije odpovedo. Če imamo možnost uporabljati električno energijo neposredno, je seveda to veliko bolje, kot da naredimo neko kemijsko pretvorbo, ki je po definiciji manj učinkovita," je v intervjuju za MMC pojasnil Blaž Likozar, izredni profesor in raziskovalec na Kemijskem inštitutu.

Med prvimi uporabniki vodika bo tako energetsko intenzivna industrija – kemijska industrija, jeklarstvo, steklarstvo, tudi rudarjenje. Gre za sektorje, ki jih je zaradi velike porabe energije najtežje razogljičiti, hkrati pa že imajo vso delno vzpostavljeno infrastrukturo za prehod na vodik.

Šele v naslednji fazi EU načrtuje uvajanje vodika v tovorni cestni promet in morda tudi ladijski ter letalski promet.

Dvig deleža vodika na 14 odstotkov

Vodik zdaj predstavlja manj kot dva odstotka v energetski mešanici EU-ja. V strateški viziji za podnebno nevtralno Unijo, ki je bila objavljena novembra 2018, je Bruselj napovedal rast deleža vodika na 13–14 odstotkov do leta 2050.

EU trenutno proizvede okoli 10 milijonov ton vodika na leto, a večino (96 odstotkov) s parnim reformingom naravnega plina, pri katerem se sprošča toplogredni plin ogljikov dioksid. V prihodnosti si želi Unija proizvajati predvsem zeleni vodik, za kar pa bo morala Unija močno povečati proizvodnjo energije iz obnovljivih virov in zgraditi dovolj elektrolizerjev za proizvodnjo zelenega vodika.

Na globalni ravni letno proizvedejo okoli 100 milijonov ton vodika, veliko večino iz fosilnih goriv. Okoli 70 milijonov ton je namenske proizvodnje, 20 milijonov ton pa nastane kot stranski produkt v kemijski industriji. Večino vodika se danes porabi pri proizvodnji nafte v rafinerijah ter za proizvodnjo amonijaka in metanola, navaja spletni strani Mednarodne agencije za energije (IEA) ter spletna stran Fuel Cell & Hydrogen Energy Association.

Španija gradi veliko tovarno vodika

Španija, ki si prizadeva prevzeti eno izmed vodilnih vlog glede vodika, je nedavno razkrila načrte za gradnjo elektrolizerja v vrednosti 485 milijonov evrov. Objekt s proizvodno zmogljivostjo 280 megavatov bosta skupaj gradila energetsko podjetje Naturgy in upravljavec plinovodov Enegas. Zgradili ga bodo v kraju La Robla, kjer je Naturgy imel termoelektrarno, delovati pa bo začel leta 2026. Energijo za elektrolizo naj bi pridobili pretežno s solarnimi paneli, ki jih bodo namestili v sosednjih krajih, je poročal Reuters.

10 milijonov ton domače proizvodnje in 10 milijonov ton uvoza

Evropska strategija za vodik iz leta 2020 predvideva proizvodnjo 10 milijonov ton zelenega vodika do leta 2030. Samo naložbe v proizvodne zmogljivosti naj bi po načrtih strategije znašale med 180 in 470 milijard evrov.

EU je nato maja 2022, po začetku ruske invazije na Ukrajino, sprejel načrt RePowerEU, v katerem so poleg 10 milijonov ton domače proizvodnje zelenega vodika opredelili še cilj 10 milijonov ton uvoza zelenega vodika do leta 2030, po ocenah predvsem iz Avstralije, Čila in Maroka.

EU: Tudi vodik iz jedrske energije je zelen

Evropska komisija je medtem v ponedeljek sprejela dva dolgo pričakovana delegirana akta, ki opredeljujeta proizvodne zahteve za obnovljiva goriva nebiološkega izvora (znana tudi kot RFNBO-goriva – angl. Renewable Fuels of Non-Biological Origins), med katerimi so zeleni vodik in njegovi derivati, kot so amonijak, metanol in kerozin. EU je z njima odprl tudi vrata vodiku, proizvedenemu z jedrsko energijo, pri kateri v EU prednjačita Francija in Švedska.

Komisija je tako po večmesečni zamudi določila tri vrste vodika, ki bodo izpolnjevale cilje glede obnovljivih virov energije. Med njimi je vodik iz proizvodnih obratov, ki so neposredno povezani z novim generatorjem obnovljive električne energije, in tistih, ki se napajajo iz lokalnih električnih omrežij, ki so imela v zadnjem letu v povprečju več kot 90-odstotni delež obnovljive energije. Tretja možnost so objekti, ki električno energijo prevzemajo iz omrežij v regijah z nizkimi emisijami ogljikovega dioksida, potencialno na podlagi jedrske energije, a pod pogojem, da proizvajalec podpiše tudi dolgoročno pogodbo o nakupu električne energije s ponudnikom obnovljive električne energije v regiji. Enaka pravila bodo veljala tudi za uvoženi zeleni vodik.

Prvi pogoj za vodikovo gospodarstvo je povečanje obnovljive energije

EU pred zagonom "vodikovega gospodarstva" čakajo še veliki proizvodni, infrastrukturni in energetski izzivi. Prvi korak je nujno povečanje proizvodnje energije iz obnovljivih virov, saj se lahko pri proizvodnji zelenega vodika uporabljajo le sončna, vetrna in druge oblike obnovljive energije.

O vseh prednostih in slabostih vodika, možnosti proizvodnje, infrastrukturnih izzivih in razvoju tehnologije smo govorili z dr. Blažem Likozarjem, izrednim profesorjem na Kemijskem inštitutu. Vabljeni k branju intervjuja.

Evropska unija v svoji energetski strategiji vse bolj stavi na vodik. Glavne ovire so pri tem še vedno enake kot prej: visoki stroški proizvodnje in pomanjkanje energije. Se zdi vodik ustrezna zamenjava za fosilna goriva?

Vodik je v bistvu energetski nosilec in s tem vir energije, če energijo že nekje drugje prej proizvedemo. Proizvodnja energije – v nasprotju s fosilno energijo, recimo nafto in zemeljskim plinom – je še vedno tisti ključni mejnik za večji razmah vodika. To predpostavlja večjo solarifikacijo, vetrne elektrarne in za t. i. rožnati vodik tudi jedrsko energijo.

Je pa vodik izjemno močna molekula oziroma energetski nosilec, ker po eni strani omogoča dolgoročno shranjevanje energije, po drugi strani pa tudi neposredno uporabo – v smislu izgorevanja ali v gorilnih celicah – uporaben pa je tudi kot molekula pri kemijski pretvorbi, recimo ogljičnih virov, in tako naprej.

Kako je pa s konkretno proizvodnjo? Najpogostejši metodi, ki se zdaj uporabljata, sta elektroliza vode za t. i. zeleni vodik in parni reforming metana za t. i. sivi vodik. Obe metodi sta energetsko zelo potratni. Pri kateri je potrebne več energije?

Kar se tiče energetske učinkovitosti v najširšem pomenu, je elektroliza veliko bolj energetsko potratna. Predvsem zaradi tega, ker je voda izjemno inertna molekula, ni energetsko bogata molekula. Da iz vode naredimo energetsko bogato molekulo, kot sta vodik pa tudi kisik, moramo prek elektrolize vložiti veliko energije; konkretno električne.

Metan oziroma zemeljski plin je na drugi strani energetsko bogat nosilec. V smislu energetike je tovrstna izraba veliko ugodnejša in se uporablja že več kot stoletje. Metan je plin, ki ga potegnemo iz zemlje, vendar če pogledamo celoten cikel, sa bi tudi prek metana delali stvar obnovljivo – kar pomeni, da bi izvajali metanacijo ogljikovega dioksida in potem nazaj reforming – postane stvar popolnoma drugačna.

Absolutno je elektroliza energetsko zelo potratna, ampak je – če odmislimo materiale, ki se uporabljajo za gradnjo elektrolizerjev – veliko bolj obnovljiva in trajnostna.

Kje pa je v tej zgodbi t. i. turkizni vodik, pri katerem se uporablja drug postopek – piroliza – in nastaja ogljik v trdi obliki?

Turkizni vodik nastaja pri crackingu oziroma pirolizi metana. Pri tem je treba poudariti, da ne nujno zgolj zemeljskega plina. Imamo veliko virov metana, ki so lahko popolnoma obnovljivi. Lahko gre za metanacijo ogljikovega dioksida ali bioplin, ki ga proizvajamo z anaerobno digestijo bioloških ostankov. Cracking, ki ga lahko izvajamo tudi s pomočjo obnovljive energije, je zanimiv zato, ker dobimo vodik in tudi ogljik, za katerega je možnih kar precej uporab, od biooglja do veliko bolj zahtevnih aplikacij, kot so nosilci za elektrode.

Zakaj potem po vašem mnenju Evropska unija daje prednost zelenemu vodiku pred turkiznim? Ali zato, ker je bolj ekološki, ali gre bolj za tehnološke vzroke?

Predvsem gre za tehnološke vzroke. Elektroliza je kljub vsem izzivom v tem trenutku bolj skalabilna zaradi možnosti nadaljnje vzpostavitve elektrolizerjev. Če pogledamo turkizni vodik in od kod bi ga dobivali, imamo samo dve možnosti, in sicer prek bioplina ali z metanacijo CO2. Vendar so bioplinarne neprimerljivo manjši obrati od rafinerij, zato bi tega turkiznega vodika v tem primeru proizvedli veliko manj. Če pa bi to delali z zajemom CO2 in ga metanirali, bi bila stvar ekonomsko in energetsko bistveno manj učinkovita, kot v primeru elektrolize. Mogoče je turkizni vodik manjši del rešitve za vzpostavitev neke infrastrukture, ki je pač ključni del razmaha vodika, vendar se dolgoročno predvsem zaradi solarifikacije stavi na zeleni vodik.

Glede na to, da je tudi voda dragocena – se lahko v procesu elektrolize uporablja tudi slana, morska voda, ali jo je treba prej razsoliti?

Najbolj dolgoročna vizija je zagotovo uporaba slanice. Slanica je prevodna, poleg tega je imamo v izobilju. Pri tem sploh ne gre za ekološke vidike, saj sama elektroliza ne porabi toliko vode. Predvsem gre za to, da je postopek čiščenja vode, tudi sladke vode, v procesu proizvodnje vodika precej drag. Zaradi tega se na elektrolizo slanice gleda kot na zelo obetaven proces. Pri tem pa je glavna težava t. i. selektivnost, saj se poleg vodika proizvedejo tudi klor in drugi plini. Poleg tega zaradi korozije in klora, ki je v morski vodi, veliko hitreje odpovejo komponente elektrolizerjev. Na primer, prej se pokvarijo membrane. V bistvu je ekonomika predvsem zaradi naložb veliko slabša od običajne ali alkalne elektrolize.

Med možnostmi proizvodnje vodika poznamo še t. i. modri vodik. Kako napredne so trenutno tehnologije za zajemanje ogljičnih emisij in kakšen je njihov izkoristek oziroma kakšen delež se lahko ujame?

Sorodna novica Portugalska, Španija in Francija bodo gradile plinovod med Barcelono in Marseillem

Te tehnologije so že komercializirane. Gre za aminske postopke zajema ogljikovega dioksida, kar se že izvaja, v Sloveniji, denimo v Belinki. Težava nastane, če bi hoteli postopek izvajati v veliko večjem merilu, saj stvari postanejo predrage. Vse se začne in konča pri ceni, tudi glavni izziv zajema ogljika je prav cena. Se pa veliko strokovnjakov strinja, da je modri vodik del rešitve, predvsem za hitrejšo vzpostavitev infrastrukture, recimo plinovodov. Ključ pri razvoju vodika je v razmahu infrastrukture, logistike, dobavnih verig, itd. Na koncu je vodik namreč vodik. Razen subvencij in cen ne pozna barve.

V Evropski uniji trenutno vodik predstavlja samo nekje dva odstotka v miksu vseh energentov. Do leta 2050, ko si EU želi postati podnebno nevtralna, naj bi predstavljal nekje trinajst do štirinajst odstotkov. Za katera področja bo vodik najbolj uporaben?

Sorodna novica Bo Slovenija po zgledu Nemčije zajahala val navdušenja nad vodikom?

To je zanimivo vprašanje, odgovor nanj pa se počasi kristalizira. Tudi na nedavnem srečanju nemško-slovenske gospodarske zbornice je bil odgovor podoben: Pionir na področju uporabe vodika bo industrija, predvsem kemijska, pa tudi druga energetsko intenzivna.

Predvsem zato, ker del te industrije vodik uporablja že zdaj. Recimo proizvodnja peroksida, pa naftne in druge rafinerije, energetska industrija. Vodik lahko delno ali v celoti zamenja tudi zemeljski plin.

Na omenjenem slovensko-nemškem dnevu vodika ste poudarili, da je vodik primeren za težjo industrijo, recimo jeklarstvo, steklarstvo, tudi rudarjenje. Zakaj? Kaj so tiste ključne lastnosti vodika, da je primernejši v teh panogah?

Tukaj gre za obratno logiko. Ne gre toliko za ključne lastnostni vodika, temveč kaj so ključne lastnosti teh industrij. Ključna lastnost teh industrij je predvsem v tem, da nekateri akterji vodik že uporabljajo. To pomeni, da imajo veliko infrastrukture, poskrbljeno je tudi za varnost. Po drugi strani pa ravno vsa ta industrija porabi ogromne količine zemeljskega plina in je zaradi tega tudi najbolj na udaru. Zamenjati del zemeljskega plina z vodikom je v industriji enostavneje kot drugje. Če imate, recimo, neko peč, v kateri uporabljate zemeljski plin, boste precej enostavno ali pa z veliko večjo stopnjo enostavnosti zamenjali deset odstotkov zemeljskega plina z vodikom, kot če imate avto ali avtobus na bencin ali dizel in boste hoteli zamenjati pogonsko gorivo na vodik.

V tem primeru gre za popolno zamenjavo. Če hočete avtobuse zamenjati z avtobusi na vodik, predelava ni mogoča, ampak je v bistvu mogoča samo zamenjava. S tem so povezani tudi toliko večji investicijski stroški. Zaradi tega bo industrija tista, ki bo prva prevzela vodik za svojega.

EU sicer v drugi fazi implementacije predvideva vodik tudi kot gorivo, recimo za avtobuse in tovornjake, mogoče celo letala in ladje, ne pa toliko za avtomobile. Ali je sicer mogoče avtomobil, ki ima motor z notranjim izgorevanjem, predelati na vodik?

Ne, ni ga mogoče predelati, seveda je pa mogoče imeti avto na vodik. Pri tem uporabljamo gorivne celice kot del pogona. Vendar se za urbano vožnjo, kjer so razdalje manjše, elektrifikacija prek baterij v tem trenutku kaže kot najučinkovitejša in smiselna.

Predvsem vlaki, tovornjaki in avtobusi so tisti, ki bodo (za uporabo vodika) prišli na vrsto po industriji. Kmalu se bodo izvedli veliki pilotni in demonstracijski projekti. Pri otokih oziroma t. i. vodikovih dolinah je smiselno, da se uporaba vodika razširja na čim več delov družbe, ker tako postaja tudi cenejša in dostopnejša, pa tudi infrastruktura je boljša. Mobilnost bo sicer nekoliko zaostajala, a projekti se bodo začeli izvajati že 'jutri'.

Pogosto slišimo pomislek, da so vozila na vodik nevarnejša, saj je vodik bolj eksploziven od bencina ali dizla. Na kakšen način proizvajalci skrbijo za varnost? Ali je ta pomislek zgolj predsodek?

V večini je to predsodek, saj tudi bencin gori, pa tudi baterije lahko zagorijo. Vodik, to je dejstvo, seveda je bolj eksploziven. Če gre za vozila na gorivne celice, je pomembna predvsem varnost rezervoarjev. Ampak potrošniški standardi Evropske unije so načeloma tako visoki, da mora biti stvar, ko gre v komercialno rabo, popolnoma varna. Zato menim, da je bojazen v večini odveč.

Pri okoljskem vidiku v mobilnosti niso pomembni samo energenti, ki poganjajo vozila, temveč tudi proizvodnja komponent. Ker o vodiku trenutno govorimo kot o zelenem energentu – kakšna je ekološkost gorivne celice v primerjavi, recimo, z baterijami električnih avtomobilov?

Hm. Pri tem je treba razločiti več različnih prispevkov k pomanjkanju trajnosti, če lahko začnem z obratne strani.

Največji del tega je zagotovo energetski miks, od kod prihaja sama električna energija, in zaradi tega zaključujeva tole s podobno stvarjo, kot sva začela pogovor. Za boljši ogljični odtis je nujno, da je že v prvem delu verige razmah obnovljivih virov energije veliko večji, torej sončne, vetrne energije in tako naprej.

Druga stvar je vključevanje kritičnih materialov v teh posamičnih komponentah. V gorivnih celicah imamo precej platine, pri nekaterih elektrolizerjih imamo iridij. Veliko raziskovalno-razvojnih naporov gre v zmanjševanje količine teh elementov.

Poleg obnovljivosti električne energije in odsotnosti kritičnih surovinskih materialov pa je tukaj še tretja komponenta. Gre za dele elektrolizerjev, gorivnih celic in drugih stvari, ki niso tako kritični – govorimo o plastiki, jeklu in o drugih stvareh – ampak so narejeni na način, da niso prilagojeni za neko recikliranje, remanufacturing in ponovno uporabo. Torej gre tudi za ekodizajn in način oblikovanja teh elektroliznih ali gorivnih celic, da se jih po koncu življenjske dobe enostavno razstavi in se jim da drugo življenje ali v smislu reciklaže ali pa v smislu spremembe namembnosti ali pa remanufacturinga.

V tem trenutku menim, da niti prva, niti druga, niti tretja komponenta še niso pod streho oziroma nam še kar precej manjka, da bi izzive razrešili. Se pa na vseh treh zelo intenzivno dela.

Tudi na slovensko-nemškem dnevu vodika smo večkrat slišali, da vodik ni gorivo, ampak je skladišče energije. V idealnem scenariju bi torej zeleni vodik pridobivali poleti, ko je dosti vročine in sonca, in ga skladiščili za zimske dni?

V idealnem scenariju je ideja uporabljati vodik, kjer drugi načini elektrifikacije odpovedo. Če imamo možnost uporabljati električno energijo neposredno, je seveda to veliko bolje, kot da naredimo neko kemijsko pretvorbo, ki je po definiciji manj učinkovita. Kot je recimo proizvodnja vodika.

Vendar je za dolgoročno shranjevanje električne energije, pri katerem tudi baterijo odpovedo, vodik idealen. Ne zgolj dolgoročno v smislu letnih časov, kot ste omenili, čeprav je poletje – zima zanimiva zamisel. Mogoče so za ta primer še bolj smiselne enostavneje shranljive oblike, kot sta amonijak ali metanol.

Vendar gre pri vodiku tudi za druge tipe regulacije omrežja. Če govorimo o ciklih dan – noč, če govorimo o oblačnem vremenu in tako naprej. Elektrolizer je v povezavi s pametnimi omrežji lahko izjemno fleksibilna oblika zajema električne energije in uporabe električne energije in v tem primeru lahko vodik odigra točno to vlogo. Rezanja oziroma blaženja vrhov proizvodnje.

Shranjevanje in transport vodika tudi veljata za velika izziva. Vodik mora biti skladiščen pod izjemno visokim tlakom. Kako in kje bi ga bilo idealno skladiščiti?

Ena možnost v razvoju so podzemne jame. Ob ustrezni kemijski pretvorbi sta pa zelo zanimivo platformi tudi metanol in amonijak. Gre za nadaljnji korak kemijske pretvorbe vodika. Metanol in amonijak imata dve izraziti prednosti, da sta tekoča oz. kapljevinasta, kar pomeni, da jih lahko hranimo v rezervoarjih praktično brez nadtlaka. Druga velika prednost je veliko potencialnih uporab teh dveh kemikalij onkraj energetike. Recimo umetna gnojila, plastika, druge kemikalije. Posledično imata tudi veliko večjo vrednost od samega vodika. Sta zagotovo del rešitve, ne pa celostna rešitev.

Na slovensko-nemškem dnevu vodika smo veliko poslušali o teh tako imenovanih vodikovih dolinah, ki jih zdaj vzpostavlja Evropska unija. Lahko na kratko razložite, za kaj pravzaprav gre?

Vodikove doline so prvi korak k vzpostavitvi infrastrukture. Pogosto se nič ne govori o t. i. early adopterjih, torej teh, ki bodo zaradi poslovnih modelov in konkurenčnosti prvi začeli uporabljati vodik. Pri tem lahko nastane čisto banalna težava. Recimo, da bo neko podjetje vzpostavilo elektrolizer, kar že samo po sebi ni poceni, potem pa lahko delovanje elektrolizerja iz nekega razloga odpove. Če v premeru 200 ali 300 km nimaš nobenega drugega podjetja, nobene druge infrastrukture, ki bi ti bila zmožna zagotoviti vodik, lahko tvoje podjetje praktično propade.

Vodikove doline so tako en instrument, kjer se ta infrastruktura vzpostavlja. Vključi se tudi javno partnerstvo. Lahko se poveže več podjetij, zmanjša se tveganje izpadov proizvodnje, razvijejo se tudi skupni poslovni modeli. Skratka, poveže se več deležnikov, ki dobijo skupno infrastrukturo in neko skupno logistiko. Vodikove doline so kot majhni otočki uporabe vodika za različne namene, ki se potem idealno začno povezovati v neke širše doline in na koncu koncev v neko vodikovo družbo.

Kaj pa so recimo idealna sredstva za transport vodika znotraj teh dolin? Govori se o posodobitvi plinovodov v vodikove. Sicer pa na tovornjakih v utekočinjeni obliki?

V idealnem primeru, in pri nas imamo srečo, da v nekaterih primerih dejansko tako tudi je, bi imeli dva plinovoda. S tem bi lahko začeli razvijati tehnološke rešitve za transport vodika skupaj z opuščanjem zemeljskega plina. To je ena izmed možnosti. Druga možnost je tako imenovani blending, da zemeljskemu plinu primešamo neki delež vodika. Evropske direktive to omogočajo oziroma v nekaterih primerih celo zahtevajo.

Tretja možnost, predvsem v teh zgodnjih stopnjah, je transport pod tlakom v cisternah. V duhu vodikovih dolin je zagotovo prvi korak, da se vodik transportira prek cestnega ali pa železniškega transporta.

Slovenija leži v Severnojadranski vodikovi dolini, ki vključuje še Furlanijo - Julijsko krajino in Hrvaško. Kako je s proizvodnim potencialom v Sloveniji? Imamo dovolj razvito tehnologijo in infrastrukturne potenciale, da bi v prihodnosti sami proizvajali vodik?

Slovenija v tej vodikovi dolini ne leži naključno. Gre za umetno tvorbo, pri kateri smo se sami oziroma so nas postavili tja. To ni povezano samo z geografijo. Če pogledamo to konkretno vodikovo dolino, je precejšnja proizvodnja vodika predvidena tudi v Sloveniji. Mogoče niti ne tako blizu samemu Jadranu, kot bi si mislili.

To so sicer dolgoročna vprašanja za politiko, vlado in ministrstva, a kot ena zanimivejših lokacij se omenja Termoelektrarna Šoštanj, kjer bi z dodatno energetsko infrastrukturo lahko izpeljali tak projekt. Vendar te stvari še niso dorečene, gre samo za eno od predlaganih možnosti.