Lietuvoje apie „žaliojo“ vandenilio perspektyvas girdime daug lozungų, tačiau tikrosios jo panaudojimo perspektyvos skendi miglose. Ką šia tema rodo mokslininkų skaičiavimai? Kaip „žaliąjį“ vandenilį galima įdarbinti naftos perdirbimo gamykloje Mažeikiuose ir Jonavos „Achemoje“? O gal yra ir eksporto perspektyvų?
Lietuvoje apie „žaliojo“ vandenilio perspektyvas girdime daug lozungų, tačiau tikrosios jo panaudojimo perspektyvos skendi miglose. Ką šia tema rodo mokslininkų skaičiavimai? Kaip „žaliąjį“ vandenilį galima įdarbinti naftos perdirbimo gamykloje Mažeikiuose ir Jonavos „Achemoje“? O gal yra ir eksporto perspektyvų? Apie tai – išskirtinis 15min interviu su Lietuvos energetikos instituto Vandenilio energetikos technologijų centro vadovu Dariumi Milčiumi.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
– Pirmiausia papasakokite plačiau, kas yra tas „žaliasis“ vandenilis.
– Vandenilis yra pirmasis chemijos periodinės lentelės elementas, tai dujos. Laisvo arba grynojo vandenilio gamtoje mes beveik neturime.
Yra du pagrindiniai cheminiai junginiai, iš kurių vandenilis yra išgaunamas – gamtinės dujos ir vanduo. Pagrindinis gamtinių dujų komponentas yra metanas (chemijos formulė – CH4) arba anglies ir vandenilio junginys.
Tam, kad turėtume vandenilį, metano molekules reikia išskaidyti. Skaidymo metu mes gauname labai didelį kiekį pigaus vandenilio, tačiau proceso metu gauname ir didelį kiekį anglies dvideginio (CO2), kuris yra šalutinis reakcijos produktas. Galime jį sugaudyti ir vėliau palaidoti, tačiau yra sunku.
Tokio proceso metu gaunamas vandenilis yra pigus. Iki gamtinių dujų kainų šuolio pernai, „pilkojo“ vandenilio kilogramas (kg) kainavo apie 1,5 JAV dolerio (USD). Jeigu pavykdavo sugaudyti skaidymo proceso metu atsirandantį anglies dvideginį, toks vandenilis jau buvo laikomas „mėlynuoju“ ir jo kaina išaugdavo dar 0,5 USD – iki 2 USD. „Pilkasis“ ir „mėlynasis“ vandenilis dabar sudaro apie 95 proc. pasaulyje pagaminamo vandenilio“.
Darius Milčius / Asmeninio archyvo nuotrauka
Dvi sritys, kuriose „pilkasis“ vandenilis yra naudojamas, yra amoniako (NH3) pagrindu grįsta trąšų gamyba ir naftos produktų perdirbimas. Lietuvoje tuo užsiima dvi stambios įmonės – Jonavos „Achema“ ir Mažeikių „Orlen Lietuva“.
Jei planuotume strategiškai siekdami sumažinti šalyje CO2 išlakas, reiktų pasiekti, kad šiose dviejose įmonėse gamybos proceso metu būtų naudojamas ne „pilkasis“, o „žaliasis“ vandenilis. Taip vandenilis būtų be CO2 pėdsako, kita vertus, gerokai sumažėtų gamtinių dujų importo poreikis.
– Ar teisingai suprantu, kad trąšų gamybai naudojamos dujos yra importuojamos dėl to, kad jos yra vandenilio šaltinis?
– Taip. Jos yra vandenilio gamybos žaliava.
– Ar pasaulyje nėra technologijų, kurios leistų taip suskaidyti metano molekules, kad gautume gryną vandenilį ir anglį kietu pavidalu?
– Pastaruoju metu jos atsiranda, kada skaidant metaną gaunamos didelio švarumo anglies (C) dalelės, kurias galima panaudoti gaminant automobilių padangas, dažus, anglies nano-struktūras.
„Pilkojo“ vandenilio technologijos tobulėja labiausia dviem kryptimis: siekiant sugalvoti, kaip sugaudyti CO2 arba iš jo pagaminti kažką naudinga arba išskaidžius metaną gauti anglį kietu pavidalu ir proceso metu paimti gryną vandenilį, kad neterštume gamtos.
Pagrindinis stabdys – technologiškai esame priklausomi nuo tų šalių, kurios eksportuoja angliavandenilius – gamtines dujas ir naftą. Visais atvejais esame labai priklausomi nuo importo, kuris brangiai kainuoja.
– Na gerai, o kaip su „žaliuoju“ vandeniliu?
– Tai yra vandenilis, kurį išgauname iš vandens, panaudodami elektros energiją elektrolizės proceso metu. Ši technologija žinoma nuo XVIII amžiaus ir yra tebetobulinama. Jos esmė – vanduo suskaidomas į labai švarų vandenilį ir labai švarų deguonį. Tokiu būdu pagamintas vandenilis yra panaudojamos tai pačiai trąšų gamybai ar naftos perdirbimui arba kaip energijos saugojimo / kaupimo terpė: pagamintą vandenilį galima išsaugoti trimis būdais.
Paprasčiausias – jį suspausti ir saugoti specialiuose balionuose. Didžiausia problema – slegiant vandenilį reikalingi labai dideli slėgiai – vandenilis automobiliuose yra suslegiamas iki 700 barų (bar), kada dviračio padangas pučiama iki 2–4 bar. Tokiuose automobiliuose suslėgtas vandenilis yra paduodamas į vadinamąjį kuro elementą, į kurį taip pat patenka deguonis iš aplinkos ir elektrocheminių procesų metu vandenis su deguonimi virsta vandens garais, kurie generuoja elektros energiją.
Technologijos problema – labai daug technologinių žingsnių. Turite elektrolizę, išsaugojimą, suslėgimą, kuro elementus, vandenilio padavimą automobilyje – dėl kiekvieno šių žingsnių patiriame sąnaudas ir nuostolius.
Vandeniliu varomas Hyundai Nexo / Hyundai nuotr.
Vandeniliu varomo automobilio efektyvumas paprastai siekia 30 proc., todėl maždaug atitinka vidaus degimo varikliams, tačiau du–tris kartus pralaimi elektromobiliams. Tačiau laimime laiką – norėdami užpildyti vandenilio kuro baką (500–600 kilometrų), sugaištame apie 7–12 minučių.
– Lietuvoje apie „žaliąjį“ vandenilį dažniausiai kalbama lozungais ar net užkeikimais – gaminsime, transportuosime, eksportuosime ir pan. Tačiau, ar jau yra, kur eksportuoti? Kur vandenilio technologijos yra tobuliau išvystytos ir plačiau nei pas mus naudojamos?
– Atsakant į šį klausimą reiktų atsiminti pagrindinį technologijų prieinamumo principą – „sekite pinigus“. O šia prasme investicijos į tokias technologijas yra labai nedidelės, gal net artimesnės nuliui. Lietuvoje naudoti šias technologijas yra begalės planų, tačiau klausimas, kuo tie planai baigsis.
Šiuo metu Jungtinėje Karalystėje yra sukurti namų ūkiams skirti katilai, kuriuose galima naudoti gamtinių dujų ir vandenilio mišinius. Tokie įrenginiai leidžia sutaupyti gamtinių dujų ir sumažina CO2 išlakas. Dar vienas dalykas, kurį galima įsigyti rinkoje – vadinamieji sezoniniai energijos saugojimo prietaisai.
Pagrindinis vandenilio privalumas, kalbant apie energetiką: jeigu turite saulės jėgainę, kuri veikia nestabiliai – nuo 7 ryto iki 8 val. vakaro – galite tuo metu gaminti vandenilį ir jį kaupti.
Tada nakties metu sukauptą vandenilį galėčiau naudoti gaminti šilumą ir karštą vandenį. Lygiai taip vandenilio galima būtų prisigaminti vasarą, o žiemą jį panaudoti.
– Nepamirštant visų anksčiau minėtų niuansų – elektrolizės, saugojimo, slėgimo, kuro elementų?
– Taip. Tačiau įdiegus šią technologiją mes vasarą pagamintą ir sukauptą energiją galime perkelti į žiemą, praplėsdami atsinaujinančios energetikos veikimo ribas. Vokietijoje yra parduodami įrenginiai, kurie leidžia iš vasaros į žiemą „persinešti“ nuo 3 tūkst. iki 5 tūkst. kilovatvalandžių (kWh) elektros ir šilumos energijos.
Japonijoje, tose vietose, kurios yra nutolusios nuo perdavimo tinklų, yra instaliuojamos didelės galios saulės vėjo, jėgainės, kurių pagaminta energija elektrolize gamina vandenilį ir jis naudojamas gaminti energiją tuo metu, kada saulės ir vėjo trūksta. Kitaip tariant, vandenilis nėra kuras, labiau – energijos gamybos nešėjas, komponentas.
Tam, kad pagamintume kilogramą vandenilio, mums reikia 50 kWh elektros energijos ir 10 litrų švaraus vandens. Iš kilogramo vandenilio mes galime pagaminti 33 kWh elektros energijos ir kelias kWh šilumos. Taigi turime maždaug 15–17 kWh nuostolių. Jeigu jūs turite vėjo jėgainę (elektros kWh gamybos savikaina apie 6 ct.) ir vandenilio gamybos įrenginį visai šalia (kada elektros nereikia transportuoti), tai 1 kg vandenilio galite pasigaminti už 3 Eur, o dar reikia pridėti 10 l vandens kainą, darbą, investicijas į įrangą. Tada gausite, kad 1 kg vandenilio tokiu būdu galite pasigaminti maždaug už 6 Eur.
Priminsiu, kad „pilkasis“ vandenilis atitinkamai kainuoja apie 1,5 Eur. Arba keturiskart pigiau. Kitaip tariant, mes negalime staigiai implantuoti „žaliojo“ vandenilio technologijų į žmonių gyvenimą, nes jis labai pabrangtų.
– O kokiomis sąlygomis tai būtų patrauklu?
– Jei sugebėtume savikainą sumažinti bent trigubai – iki 2 Eur/1 kg. Tačiau visos – saugojimo, slėgimo, elektrolizės – technologijos yra, jos tobulėja. Didžiausia problema – nepakankamas „žaliosios“ energijos kiekis.
Mūsų laboratorijos skaičiavimai rodo, kad jei turėtume pakankamai energijos po 2 ct/kWh, gamintume „žalią“ vandenilį, iš savo gyvenimo galėtume išstumti visas CO2 išmetančias ir klimato kaitą skatinančias, energijos gamybos technologijas..
– Ar yra prielaidų, kad situacija keistųsi geresne linkme?
– Pietų Amerikos Patagonijoje, kur yra kone idealios sąlygos vystyti vėjo ir saulės energetiką (ten pagamintos elektros energijos savikaina siekia 1–2 ct/kWh), amerikiečių ir vokiečių kompanijos vysto atitinkamas technologijas, tačiau patiria problemų dėl transportavimo, nes Čilėje nėra daug vartotojų.
Kita vertus, Arabijos pusiasalyje taip pat galima pagaminti saulės energiją už 2 ct/kWh. Jie pasirinko kitą kryptį – ten iš pigios energijos gaminamas „žaliasis“ vandenilis, iš jo – „žaliasis“ amoniakas, kuris parduodamas plačiai pasaulio rinkose.
– O pas mus?
– Neseniai Energetikos ministerija pristatė savo matymą, kuris rodo, kad Lietuvoje yra milžiniškas neišnaudotas vėjo energijos potencialas. Jeigu Lietuvoje pavyktų pastatyti tris–keturis 700 megavatų (MW) galios vėjo parkus jūroje, mes galėtume kalbėti kaip apie šalį, kuri gamina ir eksportuoja „žaliąjį“ vandenilį.
– O kokie yra didžiausi trukdžiai?
– Pirmą jau minėjau – pigios „žaliosios“ energijos trūkumas. Antrasis gali pasirodyti esąs keistas, tačiau mes neturime pakankamo kiekio žmonių, kurie supranta vandenilio technologijas, t. y. inžinierinio personalo, kuris galėtų imtis gamybos, saugojimo ir „žaliojo“ vandenilio konvertavimo.
Trečia problema – technologijų brangumas: jeigu jūs perkate modernų dyzelinu varomą autobusą, jis kainuoja apie ketvirtį milijono. Jeigu perkate gerą elektrinį autobusą, kuris varomas vandenilio elektrolizės būdu, už jį paklosite trigubai – apie 750 tūkst. Kalbant apie transportą būtina nepamiršti pagrindinio rodiklio – 1 nuvažiuoto kilometro savikainos. Todėl kyla klausimas – kas subsidijuos skirtumą?
Tarkime, kur nors Vokietijoje yra nemažai regioninių iniciatyvų, kurios padeda tokią problemą išspręsti. JAV, regis, skelbia taikančios federalinės vyriausybės 3 USD subsidiją 1 kg pagaminto „žaliojo“ vandenilio. Mes Lietuvoje apie tai kol kas nelabai kalbame.
Dar vienas niuansas – labai miglotas visuomenės supratimas apie „žaliojo“ vandenilio technologijas. Nes į mūsų centrą kai kada skambina verslininkai ir sako turį laisvos žemės, jiems atrodo, kad toje žemėje yra vandenilio ir jie planuotų vandenilį kasti iš gelmių... Kiti įsivaizduoja, kad iki 700 barų suspausto vandenilio bakas automobilyje yra vandenilinė bomba...
– Teko girdėti, kad LEI kartu su „Achema“ žada vystyti arba jau vysto kažkokius „žaliojo“ vandenilio projektus. Ar galite atskleisti, kas tai?
– Yra tokia Europos Sąjungos programa „Horizont Europe“, kuri vysto kelių tipų technologijų projektus. Yra vystomų technologinių-demonstracinių projektų tų technologijų, kurios yra labai netoli pritaikymo ir rinkos.
Mūsų idėja yra ta, kad pateikti paraišką išvystyti mažos apimties vandenilio slėnius. Tai yra vieta, kurioje elektrolizeryje būtų gaminama mažiausiai 500 tonų per metus „žaliojo“ vandenilio ir jis panaudojamas bent trimis kryptimis – pramonėje („Achema“ gamintų ir naudotų amoniako gamyboje „žaliąjį“ vandenilį), keičiant gamtines dujas dalimi vandenilio energetikoje, transporte (pagal sąlygas per vienerius metus 20 proc. pagaminto „žaliojo“ vandenilio atiduoti transporto sektoriui, kur jis būtų panaudotas (kol kas Lietuvoje nėra vandenilinių autobusų, automobilių, sunkvežimių).
Dar viena transporto sritis, kuri galėtų persitvarkyti ir naudoti „žaliąjį“ vandenilį, yra geležinkeliai.
– Lietuvoje labai entuziastingai kalbama apie „žaliojo“ vandenilio transportavimą esamais dujotiekiais. Ar, Jūsų požiūriu, šis entuziazmas yra pagrįstas?
– Iš dalies. Pasaulinė praktika rodo, kad egzistuojantys vamzdynai yra tinkami transportuoti nuo 5 iki 10 proc. vandenilio ir gamtinių dujų mišinių (kai kuriose šalyse yra atlikti tyrimai ir nustatyta, kad galimas iki 25 proc. vandenilio įmaišymas).
Deja, visiškas gamtinių dujų pakeitimas vandeniliu nėra galimas be papildomų išlaidų: reikia pakeisti sandarinimo tarpines į tinkamas vandeniliui, naudojamus gamtinių dujų kompresorius, dujų sudėties tyrimo tinkle įrangą ir t. t. Taip pat atlikti papildomus tyrimus, kurie atsakytų į klausimą, ar vandenilis reaguoja su vamzdynų medžiaga.
Jei būtų atrasta, kad kai kuriuose atkarpose esantys vamzdynų metalai reaguoja su vandeniliu – tai padidintų avarijų tikimybę ir reiktų šias atkarpas tiesiog pakeisti naujomis, tinkamomis. Todėl, šalyse kuriose intensyviai dirbama su vandenilio technologijomis – tiesiami nauji, tik vandenilio transportavimui skirti vamzdynai, kurių savikaina, priklausomai nuo sąlygų, gali siekti iki 1 mln. Eur/1 vamzdynų kilometrui.
Jeigu vertintume dujotiekius, kuriais transportuojamos gamtinės dujos, tai pirmiausiai reiktų vertinti atskirų atkarpų amžių. Vienos yra senos, kitos – pakeistos, naujesnės.
Pirmoji problema – vandenilis yra linkęs chemiškai reaguoti su kai kuriais metalais. Taigi reiktų gerai išanalizuoti, ar vandenilį galima perduoti visu vamzdynu, nuo gamintojo iki vartotojo. Nes kai kurie metalai, reaguodami į vandenilį, praranda savo svarbias savybes, ima trūkinėti. Dauguma tarpinių – grafito, gumos pagrindu pagamintos – nėra tinkamos vandenilį transportuoti.
Tarkime, olandai šiuo metu tuose vamzdynuose, kuriais ketina perduoti vandenilį, keičia visas tarpines. Dar viena problema – perduodant dujas ilgais vamzdynais, veikia kompresorinės stotys, kurių kompresoriai nėra tinkami suslėgti ir perduoti vandenilį – tuos kompresorius teks keisti
Be to, dabartiniuose vamzdynuose veikia tokie matavimo prietaisai, kurie atitinka gamtinių dujų fizines ir chemines savybes. Vandenilio perdavimui naudojami visai kitokie prietaisai. Kita problema – kai kurie elektros ir šilumos gamybos įrenginiai yra pritaikyti ribotam vandenilio kiekiui (pvz., iki 2 proc.), todėl jeigu vandenilio kiekis sudarys 15–20 proc., bus blogai.
Apibendrinus vandenilį perduoti reiktų specialių vamzdynų (galbūt šalia veikiančių dujotiekių), kurių vamzdžiai būtų pagaminti iš polimerinių medžiagų. Teko skaityti, kad Australijoje vandenilio vamzdynai kainuoja apie 1 mln. Australijos dolerių už vieną kilometrą.
