Skalering av infrastruktur for å tilføre grønt hydrogen

Det globale presset for reduksjoner av klimagasser har drevet hydrogen – spesielt grønt hydrogen produsert fra fornybare energikilder – i søkelyset. Mens den fortsatt er i sin spede begynnelse, gir hydrogenøkonomien en mulighet for mer bærekraftig transport, industrielle prosesser og energiproduksjon. Å realisere disse fordelene krever imidlertid å overvinne flere infrastrukturutfordringer nedstrøms for produksjonen.

Utbredt bruk av grønt hydrogen vil kreve fortsatt satsing på forskning og utvikling, tverrorganisatorisk samarbeid om produksjon og forbruk og robuste politiske rammer.

For det første må eksisterende naturgassinfrastruktur – inkludert rørledninger, lagringsanlegg og transportnettverk – omarbeides eller erstattes for å håndtere hydrogen trygt og effektivt på grunn av dets unike kjemiske egenskaper. Hydrogengassmolekyler er de minste av noen type, noe som gjør dem utsatt for lekkasje. Dette nødvendiggjør bruk av spesialiserte materialer og forseglingsteknikker for å sikre sikker og effektiv transport og lagring. Videre kan hydrogen svekke material-inkompatible rørledninger og fartøystrukturer, og den nesten usynlige flammen ved antennelse gjør det nesten umulig å få øye på i dagslys, noe som utgjør en sikkerhetsrisiko.

Lagring og transport byr på ytterligere logistiske kompleksiteter. Når plassen er begrenset, enten i lagring eller ombord på et fartøy for transport, nødvendiggjør hydrogens lave volumetriske energitetthet sammenlignet med naturgass og flytende fossilt brensel ekstreme forhold – enten kompresjon på opptil 700 bar (10 500 psi), eller flytendegjøring ved temperaturer ved eller under -253°C (-423,4°F). Å holde hydrogen i begge stadiene er energikrevende, og legger til ytterligere utstyr, energi og kostnadskrav til langsiktig lagring og transport.

Å takle utfordringer med rørledninger krever investering i spesialiserte materialer som er motstandsdyktige mot hydrogensprøhet, mens lagrings- og transportproblemet tvinger kompliserte energieffektivitetsberegninger og beslutningstaking basert på en rekke variabler.

For tiden er mesteparten av hydrogenproduksjonen avhengig av utvinning fra fossilt brensel gjennom prosesser som dampmetan og autotermisk reformering. I sine enkleste former produserer disse prosessene grått hydrogen, såkalt fordi det inkluderer karbondioksid og andre drivhusgasser som undergraver de miljømessige fordelene man ønsker med hydrogen. Denne avgassen kan fanges - og gir blått hydrogen - men det er kostbart å fange, transportere og lagre den.

Grønn hydrogenproduksjon eliminerer disse problemene, men det introduserer behovet for betydelige investeringer i elektrolysatorer - typisk protonutvekslingsmembran eller alkalisk type - kapasitet, nettinfrastruktur og andre økosysteminvesteringer i anleggets balanse. Elektrolyse bruker elektrisitet til å splitte vannmolekyler i hydrogen- og oksygenkomponentene deres, med hydrogenet som høstes og den ufarlige oksygengassen slippes ut i atmosfæren eller viderebehandles for annen industriell bruk. Når det drives av fornybare energikilder - som vind, sol eller vannkraft - er det resulterende hydrogenet grønt og bærekraftig .

Å drive nettet med elektrisitet produsert fra grønt hydrogen byr på noen utfordringer da det krever ny energiinfrastruktur og sømløs integrering i eksisterende kraftsystemer. Denne integrasjonen blir stadig mer nødvendig. Befolkningen henvender seg til smarte nett, energilagringsløsninger og sofistikerte energistyringssystemer for å balansere den økende etterspørselen etter fornybar energi ettersom etterspørselen svinger inn og ut av samsvar med periodisk forsyning.

Selv om hydrogen henger etter tradisjonelle fossile brensler når det gjelder kostnad per energienhet, forventes prisen å synke i de kommende tiårene. Dette kan tilskrives utviklingen av produksjons- og bruksteknologier, offentlige og private infrastrukturinvesteringer som kommer til utførelse og omfattende standardisering av sikkerhetspraksis.

Til tross for disse utfordringene er den grønne hydrogenøkonomien overbevisende på grunn av dets netto-nullpotensial. Sammen med ren produksjonspraksis kan vanndamp være fornybart hydrogens eneste utslipp, og etablere gassen som en avgjørende komponent for å nå utslippsmål og redusere klimaendringer.

Dessuten kan hydrogen lagres i ulike former i lengre perioder uten energiforringelsesulempene til batterier – på bekostning av lavere elektrisitetsproduksjonseffektivitet ved kortsiktig lagring – for å løse uregelmessige problemer med direkte fornybare sol- og vindkraftkilder. Dette lagrede hydrogenet kan deretter brukes til å generere elektrisitet i perioder med høy etterspørsel, noe som forbedrer nettstabiliteten og påliteligheten, eller til å drive kjøretøy eller industrielle prosesser. Evnen til fleksibel lagring og distribusjon av fornybar energi er en nøkkelkomponent for vellykket drift av fornybare strømnett.

I tillegg til å generere elektrisitet, har hydrogen et bredt spekter av andre bruksområder, fra å drive tunge kjøretøy og industrielle prosesser, til oppvarming av boliger og andre bygninger. I transportsektoren tilbyr hydrogenbrenselcellekjøretøy et nullutslippsalternativ til diesellastebiler og busser, noe som gir større rekkevidde og raskere påfyllingstider sammenlignet med batteriutstyrte elektriske kjøretøy. Spesielt for langtransport utgjør batterivekt og lange ladetider logistiske og økonomiske barrierer.

I industrien kan hydrogen brukes som et rent råstoff for å produsere ammoniakk og andre kjemikalier, noe som reduserer avhengigheten av fossilt brenselbaserte prosesser i sektorer som stålproduksjon, sementproduksjon og gjødselproduksjon.

Regjeringer over hele verden anerkjenner hydrogens transformative potensial, og som et resultat implementerer de retningslinjer og insentiver for å akselerere adopsjonen. Eksempler på dette er direkte finansiering av forskning og utvikling, skattefradrag for hydrogenproduksjon og -bruk, og mandater for å blande hydrogen inn i eksisterende naturgassnett der det er mulig som et overgangstiltak.

For eksempel avduket EU sin hydrogenstrategi , som tar sikte på å etablere en komplett hydrogenverdikjede, inkludert en plan om å installere 40 gigawatt elektrolysatorkapasitet innen 2030. I mellomtiden kunngjorde Japan og Sør-Korea begge ambisiøse planer om å bli hydrogendrevne samfunn. Internasjonalt samarbeid dukker også opp for å harmonisere standarder og forskrifter, noe som letter grenseoverskridende hydrogenhandel.

Mens tidslinjen for å realisere hydrogenøkonomien fullt ut fortsatt er usikker, spår de fleste eksperter betydelig vekst gjennom de kommende tiårene. Hydrogen Council, et globalt ledet CEO-initiativ, anslår at hydrogen kan dekke opptil 24 % av den globale energietterspørselen innen 2050 , med markedet som når 2.5 billioner dollar årlig. Denne veksten må drives av et sammenløp av faktorer, inkludert teknologiske fremskritt innen hydrogenproduksjon og lagring, synkende kostnader for fornybar energi og stadig strengere statlig klimapolitikk.

Den grønne hydrogenøkonomiens levedyktighet er også avhengig av tilgjengeligheten av fornybare energikilder og utvikling av effektiv infrastruktur. Mens grønn hydrogenproduksjon i stor grad støttes av statlige insentiver for øyeblikket, anslås kostnadene å synke etter hvert som teknologien forbedres, stordriftsfordeler oppnås og den globale etterspørselen etter hydrogen øker. Den amerikanske regjeringen, for eksempel, sikter mot kostnader på $2 USD/kg innen 2026 and $1 USD/kg innen 2031 .

I likhet med måten batterier og solcellepaneler utviklet seg på de siste to tiårene, gir hydrogenenergiteknologier en stort sett uutnyttet mulighet for effektivitet og vekst på kort sikt. Etter hvert som produksjonskostnadene reduseres og infrastrukturen utvides, forventes hydrogen gradvis å trenge inn i andre sektorer, og til slutt redusere karbonutslippene fra energisystemet.

Vellykket skalering av markedet for hydrogenenergi er avhengig av samarbeid mellom forskningsinstitusjoner, myndigheter og industriinteressenter. Klare og konsistente politiske rammeverk som gir langsiktig sikkerhet er avgjørende for å tiltrekke seg investeringer og fremme lavkarboninnovasjon, mens internasjonalt samarbeid er avgjørende for å etablere globale standarder og forskrifter, og legge til rette for grenseoverskridende hydrogenhandel.

I tillegg til insentiver og vedvarende forsknings- og utviklingsinnsats, vil det være nødvendig å overvinne tekniske barrierer - som å forbedre effektiviteten og redusere kostnadene for elektrolysatorer, utvikle mer energieffektive hydrogentrykk- og teknologier for å gjøre hydrogen flytende, og utvikle tilstrekkelige rørledninger - for utbredt hydrogenbruk sammen med eksisterende fossilt brensel.

Til slutt vil standarder, retningslinjer og utdanning angående sikker hydrogenproduksjon, lagring og håndtering bidra til å bygge viktig offentlig tillit og fremme en positiv oppfatning av drivstoffets potensial for ren energi. Selv om det fortsatt er betydelige adopsjonsutfordringer, er utsiktene for hydrogenøkonomien lyse. Ved å adressere infrastrukturbegrensninger, fremme teknologiske fremskritt og implementere støttende politiske rammeverk, kan grønt hydrogen spille en sentral rolle i å redusere karbonutslipp i tiårene fremover.