Το υδρογόνο(Η2) δημιουργήθηκε τις πρώτες στιγμές μετά το Big Bang και είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο Σύμπαν. Δεν υπάρχει στην φυσική του μορφή πάνω στην Γη αλλά δεμένο με άλλα μοριακά στοιχεία στα ορυκτά καύσιμα, βιομάζα ή το νερό. Χρησιμοποιείται στην βιομηχανία ως πρώτη ύλη για την παραγωγή αμμωνίας (γεωργικά λιπάσματα), μεθανόλης (πλαστικά) και ως απευθείας καύσιμο για παραγωγή ενέργειας χωρίς ρύπους. Είναι ελαφρύτερο του αέρα, πολύ εύφλεκτο και αποθηκεύεται ως συμπιεσμένο αέριο ή υγροποιημένο.
Παραγωγή Υδρογόνου(H2)
Γκρίζο Η2 από αναμόρφωση φυσικού αερίου (μεθανίου) με υδρατμό και καταλύτη εκλύοντας ρυπογόνο διοξείδιο του άνθρακα. Κοστίζει $1/kg ανάλογα με την τιμή του φυσικού αερίου.
Μπλε Η2, χρησιμοποιώντας τεχνολογία δέσμευσης και αποθήκευσης άνθρακα, παραγόμενο από αναμόρφωση υδρογονανθράκων. Κοστίζει $2/kg.
Πράσινο Η2 με ηλεκτρόλυση νερού χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές (ΑΠΕ) όπως ηλιακά/αιολικά πάρκα και υδροηλεκτρικά φράγματα. Κοστίζει $5/kg ανάλογα με το σύστημα ηλεκτρόλυσης. Η χρήση ηλεκτρολύτη πολυμερικής μεμβράνης (PEM) σε μεγάλη κλίμακα θα μειώσει το κόστος σε $2/kg μέχρι το 2030.
Αποθήκευση Η2
Η δυνατότητα αποθήκευσης του Η2 είναι σημαντική στην προώθηση των ΑΠΕ διευκολύνοντας την διαδικασία απαλλαγής από τις ανθρακούχες εκπομπές, καθώς οι άλλες δύο επιλογές αποθήκευσης ενέργειας, όπως οι μπαταρίες με όρια χωρητικότητας και η υδροαντλητική αποθήκευση (pumped storage) με γεωγραφικά όρια, δεν μπορούν να ικανοποιήσουν. Για την αποδοτική και οικονομική του αποθήκευση, χρειάζεται να συμπιεσθεί ως αέριο, να υγροποιηθεί ή να μετατραπεί σε άλλες μορφές ουσιών με καλύτερα χαρακτηριστικά αποθήκευσης.
Η συμπίεση καθαρού Η2 σε δεξαμενές υψηλής πίεσης (350 – 700 bar) είναι ενεργειακά έντονη, με πλεονεκτήματα μεγάλης ταχύτητας εισδοχής και εξόδου από το δοχείο αποθήκευσης που το καθιστά κατάλληλο για χρήση στις κυψέλες καυσίμου των οχημάτων (FCV).
Υγροποιημένο Η2 προσφέρει ψηλότερη ογκομετρική πυκνότητα από το συμπιεσμένο αέριο σε, όμως χρειάζονται κρυογονικές θερμοκρασίες (- 253 C) που συνδέονται με σημαντική ενεργειακή χρήση και εξεζητημένες τεχνικές υγρομόνωσης.
Μετατροπή του σε η υγρή αμμωνία και μεθανόλη προσφέρουν μεγαλύτερη ογκομετρική πυκνότητα από το υγροποιημένο Η2 και θερμοκρασίες υγροποίησης αρκετά ψηλότερες, κάτι που διευκολύνει την αποτελεσματική και ασφαλή μεταφορά τους με δεξαμενόπλοια.
Ενεργειακή χρήση Η2
Στην ηλεκτροπαραγωγή το πράσινο Η2 από ΑΠΕ μπορεί να αναμειχθεί με το φυσικό αέριο (μέχρι 30% συγκέντρωση) για την παραγωγή ηλεκτρισμού από κανονικό αεριοστρόβιλο. Φυσικά οι νόμοι της θερμοδυναμικής δηλώνουν ότι η ενέργεια για την παραγωγή Η2 είναι περισσότερη από την απόδοση της χρήσης του. Όμως σε ένα σύστημα με τιμή άνθρακα είναι ωφελιμότερη η χρήση πράσινου Η2 που παράγεται όταν ο ηλεκτρισμός είναι φθηνότερος για μείωση του κόστους ικανοποίησης της μέγιστης ζήτησης με αεριοστρόβιλο. Επίσης όταν η ηλεκτρική ενέργεια είναι ακριβή η αποθήκευση του πράσινου Η2 είναι προτιμητέα για κάλυψη της υπερπρομήθειας της, ειδικά όταν ο παραγωγός του δεν πληρώνει για τις εκπομπές. Συνεπώς η συμβολή της αποθήκευσης πράσινου Η2 σε υπόγεια αλατωρυχεία (saltcaverns) για μακρά περίοδο και μελλοντική χρήση του στην εξισορρόπηση της παραγωγής και ζήτησης του ηλεκτρισμού είναι εμφανώς προτιμητέα από άλλες μορφές αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον διευκολύνεται η διακοπτόμενη και περιοδική φύση των ΑΠΕ, που εξαρτάται από την ταχύτητα του ανέμου, την ηλιακή ακτινοβολία και την βροχόπτωση, από την χρήση Η2 στη ηλεκτροπαραγωγή.
Στις μεταφορές/ηλεκτροκίνηση η χρήση του Η2 σε συνδυασμό με τις κυψέλες καυσίμου ( FC) παράγεται ηλεκτρισμός από την χημική αντίδραση του(καύση) με οξυγόνο (από τον αέρα) εκπέμποντας θερμότητα και νερό. Στα οχήματα η τεχνολογία FC ανεβάζει την τιμή τους χωρίς καλύτερη επίδοση από τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα (EV), όπου η μπαταρία αποδίδει 4/5 της ενέργειας σε αντίθεση του FC που επιτυγχάνεται η μισή απόδοση. Όμως η χρήση FC σε μεγάλα φορτηγά/λεωφορεία είναι ανταγωνιστική των μπαταριών λόγω περιορισμού του βάρους και του χρόνου επαναφόρτισης των. Για μακρινά ταξίδια 200 km η χρήση μπαταριών δεν είναι ελκυστική. Επίσης τα τραίνα με ηλεκτροκίνηση από Η2 υπερτερούν σε σύγκριση αυτών του πετρελαίου καθώς δεν μολύνουν τον αέρα, κάνουν λίγο θόρυβο και προσφέρουν ομαλή μεταφορά όπως τα συμβατικά ηλεκτρικά τραίνα. Αναμένεται ότι μέχρι το 2035 η χρήση Η2 θα εξαπλωθεί στις αερομεταφορές και στην ναυτιλία καθώς η ενεργειακή του πυκνότητα είναι τρεις φορές μεγαλύτερη από την κηροζίνη.
Στη βιομηχανία παραγωγής χάλυβα που σχετίζεται με 8% εκπομπών θερμοκηπίου όπου αντί κάρβουνου χρησιμοποιείται Η2 στην χημική επεξεργασία του σιδήρου, και στην οικιακή θέρμανση με ανάμειξη Η2 και φυσικού αερίου σε αναλογία 20/80 χρησιμοποιώντας τις υφιστάμενες υποδομές.
Ενεργειακή Μετάβαση
Η ευρωπαϊκή στρατηγική στην πράσινη μετάβαση με χρήση του πράσινου Η2 και ΑΠΕ από το 2030 μέχρι το 2050 όπου οι τεχνολογίες θα αναπτυχθούν σε μεγάλη κλίμακα, έχει σαν τελικό στόχο ένα μηδενικό ανθρακικό περιβάλλον για σταθεροποίηση της κλιματικής αλλαγής. Η ευρωπαϊκή επιτροπή επενδύοντας στο Η2 για καθαρή ενεργειακή μετάβαση, πρότεινε το σχέδιο REPower EU για απαλλαγή της εξάρτησης από το Ρωσικό φυσικό αέριο μέχρι το 2030 λόγω της εισβολής στην Ουκρανία. Επιπλέον οι προτάσεις της ΕΕ που περιλαμβάνονται στο πακέτο «Fit for 55» στοχεύουν στην μείωση των εκπομπών θερμοκηπίου κατά 55% μέχρι το 2030.
Το φυσικό αέριο (ΦΑ) θα παραμείνει ως ενδιάμεσο καύσιμο στην πράσινη μετάβαση μέχρι το 2050 καθώς θα χρησιμοποιείται και στην παραγωγή Η2 (αναμόρφωση με υδρατμό). Επιπρόσθετα το ΦΑ θα μπορεί να αναμειχθεί με το Η2 (20%) χρησιμοποιώντας τους υφιστάμενους αγωγούς, με σημαντική μείωση στις εκπομπές θερμοκηπίου. Συνεπώς τα ενεργειακά αποθέματα ΦΑ στην ΑΟΖ της Κύπρου και στην ΝΑ Μεσόγειο θα συνεχίσουν να είναι εκμεταλλεύσιμα για αρκετά χρόνια ακόμη, όμως παράλληλα η Κυβέρνηση θα πρέπει να εναρμονισθεί με τούς στόχους της ΕΕ για εμπορική αξιοποίηση της οικονομίας του Η2, και να επενδύσει στην παραγωγή, αποθήκευση και εξαγωγή του. Η γεωπολιτική θέση της Κύπρου αποκτά περισσότερη ενεργειακή αξία λαμβάνοντας υπόψη δύο φυσικά πλεονεκτήματα, την ηλιοφάνεια (για ΑΠΕ) και τα υποθαλάσσια αποθέματα της σε ΦΑ (για ηλεκτροπαραγωγή, εξαγωγή LNG και παραγωγή υδρογόνου).
*BSc (Eng)(Hons), CDipAF(ACCA), CEng FIET, CMgr FCMI, EurIng
spyrospetousis.blogspot.com
