El berdeng hydrogen Ito ay gumapang sa debate tungkol sa enerhiya bilang isa sa mga nangungunang kandidato upang palitan, kahit man lang sa isang bahagi, ang mga fossil fuel. Hindi ito nagkataon lamang: kapag maayos ang pagkakagawa, hindi ito lumilikha ng mga emisyon ng COâ‚‚ habang ginagamit, maaaring iimbak at dalhin, at perpektong akma para sa mga sektor na mahirap bigyan ng kuryente gamit lamang ang mga kumbensyonal na grid ng kuryente.
Ok ngayon Ang susi ay nasa kung paano natin nakukuha ang hydrogen na iyonKapag nagmula sa natural gas o iba pang fossil fuels, ang hydrogen ay may malaking carbon footprint. Gayunpaman, kung ito ay gagawin gamit ang mga renewable energy sources tulad ng solar power, ito ay magiging isang tunay na malinis na fuel. Sa mga nakaraang taon, lumitaw ang mga proyekto, pag-aaral, at mga teknolohikal na pagsulong na tumuturo sa malawakang produksyon ng renewable hydrogen na pinapagana ng solar energy, kapwa sa pamamagitan ng electrolysis at mga nobelang photocatalytic processes.
Mula sa enerhiyang solar hanggang sa vector ng enerhiya ng hinaharap
Ang hydrogen ay ang pinakamasaganang elemento sa sansinukob at isang napaka-versatile na energy vectorHindi ito pangunahing pinagmumulan (dahil hindi ito matatagpuan nang libre sa kalikasan sa maraming dami), ngunit ito ay isang mahusay na tagapagdala ng enerhiya: maaari itong sunugin, gamitin sa mga fuel cell upang makabuo ng kuryente, pagsamahin sa nitrogen upang makagawa ng ammonia, o gamitin bilang hilaw na materyal para sa maraming prosesong pang-industriya.
Kapag tinatalakay ang hydrogen bilang panggatong ng kinabukasan, mahalagang maunawaan ang pagkakaiba ng mga kulay: Ang berdeng hydrogen ay hydrogen na nalilikha gamit ang kuryente mula sa mga nababagong pinagkukunan.Karaniwang nakakamit ito sa pamamagitan ng electrolysis ng tubig. Sa kabaligtaran, mayroong gray hydrogen (na gawa mula sa natural gas na walang COâ‚‚ capture) at blue hydrogen (na gawa sa carbon capture at storage). Ang pangunahing pagkakaiba ay nasa epekto ng klima sa buong siklo ng buhay.
Sa kasalukuyan, Karamihan sa hydrogen na ginagamit ng industriya ay nananatiling kulay abo.Ang modelong ito, na nauugnay sa mga refinery, pataba, o mga prosesong kemikal, ay magastos sa kapaligiran at, habang humihigpit ang mga patakaran sa klima, nagiging mas mapanganib din ito sa ekonomiya. Kaya naman ang interes sa isang malawakang paglipat patungo sa renewable hydrogen na nagbabawas sa mga emisyon at pagdepende sa gas at langis.
Lumalaki rin ang pagiging kaakit-akit ng berdeng hydrogen dahil Maaari itong maisama sa halos buong kadena ng enerhiyaMula sa paglikha ng kuryente (bilang isang pana-panahong sistema ng imbakan) hanggang sa mabibigat na transportasyon sa kalsada, riles, transportasyong pandagat, abyasyon o ang decarbonization ng mga prosesong industriyal na may mataas na temperatura kung saan hindi madali ang direktang elektripikasyon.
Elektrolisis ng tubig gamit ang enerhiyang solar: kung paano nalilikha ang berdeng hydrogen
Ang pinakalaganap na teknolohikal na paraan upang makakuha ng berdeng hydrogen ay ang elektrolisis ng tubig na pinapagana ng nababagong kuryenteAng proseso ay kinabibilangan ng paglalapat ng kuryente sa isang solusyon ng tubig upang hatiin ang molekula ng tubig sa dalawang bahagi nito: hydrogen (Hâ‚‚) at oxygen (Oâ‚‚). Ang hydrogen ay kinokolekta at dinadalisay, habang ang oxygen ay karaniwang inilalabas sa atmospera o ginagamit para sa mga layuning pang-industriya.
Sa isang karaniwang sistema, Ang mga photovoltaic solar panel ay responsable para sa pagbuo ng kuryente na ipinapadala sa electrolyzer. Depende sa disenyo, ang kuryenteng iyon ay maaaring gamitin nang direkta o sa pamamagitan ng isang intermediate na yugto ng imbakan ng bateryaNagbibigay-daan ito para sa mas mahusay na pagsasaayos ng daloy ng enerhiya at pagpapakinis ng pabagu-bagong radyasyon ng araw.
Ang elektrolisis ay hindi isang bagong imbensyon, ngunit Ang mga kamakailang pagsulong ay nagpabuti kapwa sa kahusayan at gastos ng mga electrolyzerNa-optimize ang mga materyales, nadagdagan ang mga output ng kuryente ng bawat yunit, at nabawasan ang konsumo ng kuryente bawat kilo ng hydrogen na nalilikha. Kasabay nito, bumagsak nang husto ang halaga ng solar na kuryente, na naging dahilan upang ang buong sistema ay lalong makipagkumpitensya sa gray hydrogen.
Bukod sa purong teknikal na aspeto, Ang modelo ng produksyon na ito ay akma sa ideya ng paggamit nang husto sa mga yamang solar sa bawat rehiyon.Sa mga lugar na may mataas na iradiasyon, maraming magagamit na lupain, at mahusay na access sa enerhiya at imprastraktura ng daungan, ang kombinasyon ng malalaking photovoltaic plant at mga industrial-scale electrolyzer ay nagiging lubhang kaakit-akit.
Ang produksyon ng berdeng hydrogen sa pamamagitan ng electrolysis ay nag-aalok ng malinaw na mga benepisyo: Hindi ito nakakabuo ng COâ‚‚ sa proseso mismo, na binabawasan ang pagdepende sa mga fossil fuel at nakakatulong sa pag-iba-ibahin ang pinaghalong enerhiya ng mga bansa. Bukod pa rito, dahil maaari itong iimbak at dalhin, ang renewable hydrogen ay nagsisilbing tulay sa pagitan ng mga rehiyon na may masaganang sikat ng araw at mga rehiyon na may mataas na pangangailangan sa enerhiya ngunit mas kaunting lokal na renewable resources.
Transisyon ng berdeng hydrogen, ekonomiya at enerhiya
Ipinakita ng ilang teknikal at ekonomikong pag-aaral na Posible ang pagsasama ng isang photovoltaic plant na may storage at electrolyzersMula sa parehong teknikal at pangkapaligiran na perspektibo, isa sa mga susi ay ang pinagsamang disenyo: wastong pagsukat ng solar power, ang sistema ng baterya (kung mayroon man), at ang electrolyzer upang ma-maximize ang mga oras ng pagpapatakbo at mabawasan ang pangwakas na gastos bawat kilo ng hydrogen.
Ipinapakita ng ganitong uri ng pagsusuri na Ang kakayahang pang-ekonomiya ay higit na nakasalalay sa tatlong salikAng presyo ng renewable na kuryente, ang gastos sa pamumuhunan ng mga electrolyzer, at mga patakaran sa suporta (mga subsidiya, pangmatagalang kasunduan sa pagbili ng kuryente, mga bawas sa buwis, atbp.) ay pawang mga salik na maaaring gawing isang napaka-kompetitibong opsyon ang green hydrogen, lalo na sa mga aplikasyon kung saan ang mga gastos sa carbon ay nagiging lalong malaki.
Mga proyektong pinagsasama-sama enerhiyang solar, pag-iimbak at produksyon ng berdeng hydrogen Ang mga ito ay lalong mahalaga para sa decarbonization. Pinapayagan nito ang paggamit ng araw sa mga oras ng pinakamataas na radiation at ang pag-iimbak ng sobrang enerhiya sa anyo ng hydrogen, na maaaring magamit kapag mataas ang demand o i-export bilang ammonia o iba pang derivatives.
Sa larangan ng transportasyon at industriya, Ang berdeng hydrogen ay umuusbong bilang isang promising na alternatibo sa tradisyonal na mga fossil fuel.Kaya nitong paandarin ang mga tren, mga trak na pangmatagalan, mga barko, at, sa hinaharap, mga eroplano gamit ang mga sintetikong panggatong. Sa mabibigat na industriya (bakal, semento, kemikal), pinag-aaralan ang posibilidad na palitan ang natural na gas at karbon ng renewable hydrogen o mga derivatives tulad ng green ammonia.
Conviene recordar, walang obstante, que Ang malawakang pag-deploy ay nahaharap pa rin sa mga malalaking hamonMataas ang panimulang puhunan, nananatiling mas mataas ang mga gastos sa pagpapatakbo kaysa sa mga kumbensyonal na teknolohiya sa maraming pagkakataon, at ang imprastraktura ng transportasyon at imbakan ng hydrogen ay nasa mga unang yugto pa lamang. Kaya naman napakahalaga ng mga balangkas ng regulasyon, mga insentibo, at koordinadong pagpaplano.
Malawakang internasyonal na proyekto na may solar at hybrid na enerhiya
Ang pangako sa berdeng hydrogen ay hindi lamang teoretikal; mayroon nang mga nangyayari na pinagsasama ang enerhiyang solar, lakas ng hangin, at malalaking electrolyzer upang makagawa ng milyun-milyong tonelada ng renewable hydrogen o mga derivatives nito bawat taon.
Ang Western Green Energy Hub ay pinaplano sa Kanlurang Australia. isa sa mga pinaka-ambisyosong imprastraktura ng renewable energy sa mundoAng layunin ay mag-install ng humigit-kumulang 50 GW ng pinagsamang solar at wind power sa katimugang baybayin ng Australia pagsapit ng 2030. Sa pamamagitan ng napakalaking pamumuhunang ito, inaasahang makakagawa ito ng humigit-kumulang 3,5 milyong tonelada ng green hydrogen o mga derived fuel taun-taon para sa parehong lokal na pamilihan at pag-export.
Isa pang malakihang energy complex, na itinataguyod ng Svenvind Energy, ang pinaplano sa Kazakhstan. mga sakahan ng hangin at solar na magdaragdag ng hanggang 45 GW ng kapasidadSa pamamagitan ng pagpapagana ng napakalaking electrolyzer, tinatayang aabot sa 3 milyong tonelada ng renewable hydrogen bawat taon ang produksyon simula 2027. Ang ganitong uri ng inisyatibo ay naglalagay sa bansa sa mapa ng mga pangunahing nag-eeksport ng malinis na enerhiya.
Sinusundan ng Mauritania ang katulad na estratehiya sa proyektong AMAN, kung saan Tinatayang 30 GW ng solar at wind power ang pinagsama sa isang disyerto Ang enerhiyang ito ay lalong angkop para sa pagbuo ng renewable energy. Ang plano ay gamitin ito upang paganahin ang mga electrolyzer na gumagawa ng green hydrogen at mga derivatives nito, na nakakatulong sa seguridad ng enerhiya ng bansa at nagbubukas ng pinto para sa mga export.
Samantala, sa Oman, Ang mga alternatibong mapagkukunan ng enerhiya ay inilagay sa sentro ng pambansang estratehiya sa enerhiyaMayroong ilang mga proyekto sa renewable hydrogen na isinasagawa, at isa sa mga pinakatanyag ay pinangungunahan ng kumpanya ng langis at gas na pag-aari ng estado. Ang inisyatibo ay naglalayong magkaroon ng 25 GW hybrid wind at solar power system na nakatuon sa pagsusuplay ng mga pasilidad sa produksyon ng berdeng hydrogen, na may layuning i-export ang hydrogen at pag-iba-ibahin ang ekonomiya ng Sultanato.
Gayundin sa Australia, nilalayon ng Asian Renewable Energy Hub upang magtayo ng isa sa pinakamalaking planta ng renewable energy sa planetana may humigit-kumulang 26 GW ng kapasidad ng hangin at solar power sa rehiyon ng Pilbara. Ang layunin ay makagawa ng humigit-kumulang 1,5 milyong tonelada ng berdeng hydrogen at ammonia taun-taon para sa pag-export, pangunahin na sa mga pamilihan sa Asya, simula sa 2027, na sinasamantala ang napakalaking potensyal na pangangailangan ng rehiyon para sa malinis na panggatong.
Europa at Espanya sa karera ng renewable hydrogen
Sa Europa, ang Dagat Hilaga ay naging isang hotspot para sa offshore wind power generation at kaugnay na green hydrogen productionPlano ng proyektong AquaVentus na mag-install ng humigit-kumulang 10 GW ng offshore wind power pagsapit ng 2035, na may layuning makagawa ng humigit-kumulang isang milyong tonelada ng renewable hydrogen bawat taon nang direkta sa dagat o sa mga kalapit na pasilidad sa baybayin.
Itinataguyod ng Netherlands ang NorthH2, isang inisyatibo na naglalayong bumuo ng isang 4 GW offshore wind farm pagsapit ng 2030 at palawakin ito sa humigit-kumulang 10 GW pagsapit ng 2040. Sa kapasidad na iyon, tinatayang nasa 800.000 tonelada ng berdeng hydrogen ang maaaring magawa taun-taon, na nagpoposisyon sa bansa bilang isa sa mga pangunahing nangunguna sa Europa sa larangan ng enerhiyang ito.
Ipinoposisyon din ng Espanya ang sarili bilang isang makapangyarihang kompanya sa produksyon at pag-export ng berdeng hydrogen sa hinaharap. Mga proyekto tulad ng HyDeal EspañaIsinama sa inisyatibo ng HyDeal Ambition, nakikita nila ang tinatayang produksyon na humigit-kumulang 330.000 tonelada ng renewable hydrogen bawat taon, na naglalayong gamitin kapwa sa panloob na industriyal na pagkonsumo at pag-export sa ibang mga bansang Europeo.
Ang inisyatibong ito ay kinukumpleto ng iba pang mga lambak ng hydrogen na nakakalat sa buong bansa: Ang Andalusian Green Hydrogen Valley sa Andalusia, na may planong pinagsamang kapasidad na 300.000 tonelada bawat taon; ang Basque Hydrogen Corridor sa Basque Country, na may tinatayang bilang na 20.000 tonelada bawat taon; ang Hydrogen Valley ng Catalonia; ang proyektong Puertollano sa Castilla-La Mancha, na may layuning humigit-kumulang 3.000 tonelada bawat taon, o ang proyektong Catalina sa Aragon, na maaaring umabot sa hanggang 84.000 tonelada ng produksyon bawat taon.
Sa Chile, matatagpuan natin ang H2 Magallanes, isang napaka-advanced na plano na Pinagsasama nito ang humigit-kumulang 10 GW ng lakas-hangin na may hanggang 8 GW na kapasidad sa electrolysis.Inaasahang magsisimula ang konstruksyon sa bandang 2025, at kapag naging operational na, inaasahang mababawi ng proyekto ang humigit-kumulang limang milyong tonelada ng COâ‚‚ bawat taon, na magpapatibay sa posisyon ng bansa bilang isang pangunahing manlalaro sa pandaigdigang merkado ng renewable hydrogen.
Ang Tsina, sa pamamagitan ng higanteng Sinopec, ay naglunsad ng isang proyektong berdeng hydrogen sa Inner Mongolia Batay sa kombinasyon ng 450 MW ng lakas ng hangin at 270 MW ng lakas ng araw, ang pasilidad ay dinisenyo upang makagawa ng humigit-kumulang 30.000 tonelada ng hydrogen taun-taon at magtatampok ng imprastraktura ng imbakan na hanggang 288.000 m³, na magbibigay-daan sa mas mahusay na pamamahala ng produksyon at suplay sa industriya at transportasyon.
Photocatalysis: paggawa ng berdeng hydrogen nang direkta sa sikat ng araw
Bukod sa electrolysis na pinapagana ng mga solar panel, mayroong isang linya ng pananaliksik na Hangad nitong makagawa ng berdeng hydrogen nang mas direkta gamit ang photocatalysis.Ang pamamaraang ito ay gumagamit ng mga espesyal na materyales (mga photocatalyst) na, sa pamamagitan ng pagsipsip ng sikat ng araw, ay nakakapagpabilis ng mga reaksiyong kemikal, tulad ng paghahati ng molekula ng tubig, nang hindi nangangailangan ng isang intermediate na yugto ng klasikong electrical conversion.
Isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa Shinshu University sa Japan ang nakabuo ng isang photocatalytic reactor na may kakayahang hatiin ang tubig sa hydrogen at oxygen gamit lamang ang sikat ng arawSa sistemang ito, ang radyasyon ng araw ay bumabagsak sa mga materyales na photocatalyticAng mga ito ay naglalabas ng mga karga na may kakayahang pumutol sa ugnayan sa pagitan ng hydrogen at oxygen sa tubig. Ang nagreresultang hydrogen ay maaaring kolektahin bilang isang malinis na panggatong, habang ang oxygen ay nananatili bilang isang byproduct.
Ang photocatalysis ay batay sa ang paggamit ng liwanag upang mapabilis ang mga reaksiyong kemikal na kung hindi man ay magiging napakabagal o hindi episyenteKung ang teknolohiyang ito ay maaaring patatagin at gawing matipid, maaari nitong lubos na gawing simple ang kadena ng conversion, na aalisin ang pangangailangan para sa ilang tradisyonal na kagamitang elektrokemikal at mababawasan ang mga gastos sa enerhiya at imprastraktura.
Ayon sa mga tagalikha nito, ang dibisyon ng tubig ay pinapagana ng enerhiyang solar gamit ang mga photocatalyst Ito ay kumakatawan sa isang mapagpasyang hakbang tungo sa pag-iimbak ng enerhiyang solar sa anyo ng hydrogen.isang panggatong na malinis at maraming gamit. Ang linyang ito ng pananaliksik ay nagbubukas ng pinto sa mga aparato sa hinaharap na gumagana halos tulad ng isang "artipisyal na dahon," na may kakayahang direktang baguhin ang solar radiation tungo sa mga kemikal na bono na mayaman sa enerhiya.
Gayunpaman, kahit na may mga kamakailang pag-unlad, Ang photocatalytic production ng hydrogen ay nasa isang advanced na yugto pa rin ng pananaliksik.Ito ay isang larangan na may napakalaking potensyal, ngunit nangangailangan ito ng pagtagumpayan ng mga malalaking hamon bago ito makasabay sa maginoo na electrolysis sa malawakang saklaw.
Mga hamon sa teknolohiya at mga balakid sa malawakang pag-deploy
Isa sa mga pangunahing hamon sa mga teknolohiyang photocatalytic ay ang tibay at katatagan ng mga materyales sa ilalim ng patuloy na pag-iilaw ng arawMaraming photocatalyst ang nasisira sa paglipas ng panahon, nawawalan ng kahusayan o nagiging hindi gaanong mapili. Maaari nitong pataasin ang mga gastos sa pagpapatakbo at pagpapanatili at gawing kumplikado ang kanilang komersyal na paggamit.
Ang isa pang kritikal na punto ay ang kahusayan ng pag-convert ng enerhiyang solar sa hydrogenSa pagsasagawa, isang bahagi lamang ng liwanag na tumatama ang nababago sa enerhiyang kemikal na nakaimbak sa hydrogen, at ang pagpapataas ng bahaging iyon nang hindi labis na pinapataas ang halaga ng mga materyales ay isa sa mga pinakamalaking hamon para sa mga mananaliksik. Totoo rin ito, sa ilang antas, sa tradisyonal na elektrolisis: palaging may mga pagkawala ng enerhiya sa bawat yugto ng pagbabago.
Hindi rin ito maaaring balewalain ang kaligtasan na nauugnay sa produksyon, pag-iimbak at transportasyon ng hydrogenBilang isang napakagaan na gas na may malawak na saklaw ng pagkasunog, ang hydrogen ay nangangailangan ng lubos na espesipikong imprastraktura, sensor, balbula, at mga protocol sa pagpapatakbo. Bagama't matagal na itong ginagamit ng industriya sa mga refinery at planta ng kemikal sa loob ng maraming dekada, ang paglilipat ng kaalamang iyon sa isang network ng mga istasyon ng pag-refuel ng hydrogen, mga pipeline ng gas, at iba pang ipinamamahaging aplikasyon ay isang hamon sa sarili nito.
Mula sa pananaw ng ekonomiya, Ang kasalukuyang halaga ng berdeng hydrogen ay nananatiling mas mataas kaysa sa gray hydrogen Sa maraming pamilihan, lalo na kung saan ang renewable electricity ay hindi pa gaanong mura o kung saan walang suporta mula sa gobyerno, ang pagbabawas ng CAPEX ng mga electrolyzer, pagpapababa ng gastos sa materyales, at pagkamit ng industrial scale ay mahahalagang hakbang upang tiyak na mapunan ang agwat sa presyo.
Panghuli, para sa malawakang pag-deploy, ang mga sumusunod ay kinakailangan matatag na balangkas ng regulasyon, malinaw na mga senyales ng presyo ng carbon, at koordinadong imprastrakturaKung walang mga network ng transportasyon, mga pasilidad ng imbakan, mga pamantayan para sa internasyonal na kalakalan, at mga sistema ng sertipikasyon na ginagarantiyahan ang renewable origin, ang merkado ng berdeng hydrogen ay halos hindi uunlad sa bilis na kinakailangan upang matugunan ang mga layunin sa klima.
Nangunguna ang Japan sa pananaliksik at ekonomiya ng hydrogen
Inilagay ng Japan ang sarili nito sa nangunguna sa pananaliksik at pagpapaunlad ng mga teknolohiyang may kaugnayan sa hydrogenAng limitadong heograpiya nito para sa malalaking solar o wind farm sa katihan at ang mataas na pagdepende nito sa enerhiya sa mga dayuhang mapagkukunan ay nagtulak sa isang napakalinaw na estratehiya: ang mamuhunan nang malaki sa hydrogen bilang haligi ng transisyon nito sa enerhiya at kompetisyon sa industriya.
Bukod sa makabagong akademikong pananaliksik sa mga larangan tulad ng photocatalysis, Itinaguyod ng Japan ang mga internasyonal na kasunduan upang mapalakas ang pag-deploy at kalakalan ng hydrogenAng mga kolaborasyon sa pagitan ng mga asosasyon tulad ng Hydrogen Europe at ng Japan Hydrogen Association (JH2A) ay naglalayong pagtugmain ang mga pamantayan, pabilisin ang mga magkasanib na proyekto at mapadali ang palitan sa pagitan ng mga prodyuser at mga mamimili sa pandaigdigang saklaw.
Sa sektor ng industriya, ang bansa ay nagsasaliksik mga proyekto sa pag-angkat ng berdeng hydrogen mula sa mga rehiyon na may masaganang renewable resources, tulad ng Australia. Ang ilan sa mga proyektong ito ay dumanas ng mga pagkaantala o pagkansela pa nga, bahagyang dahil sa teknikal at ekonomikong kasalimuotan ng paglikha ng mga ganap na bagong supply chain para sa isang produktong enerhiya na patuloy pa ring pinapaunlad.
Gayunpaman, nananatiling matatag ang estratehiya ng mga Hapones: Mamuhunan sa mga makabagong teknolohiya at imprastraktura na nagbibigay-daan sa paggamit ng hydrogen sa transportasyon, pagbuo ng kuryente, at industriya.Ang inisyatibong ito ay hindi lamang naglalayong bawasan ang mga emisyon, kundi pati na rin lumikha ng mga bagong oportunidad sa ekonomiya, mga kadena ng halaga, at pamumuno sa teknolohiya sa isang sektor na may napakalaking potensyal sa paglago.
Kasabay ng pagsulong ng agham at patuloy na pagbaba ng mga gastos, Ang berdeng hydrogen ay may tunay na potensyal na maging isang mahalagang bahagi ng pandaigdigang sistema ng enerhiyaAng kombinasyon ng malalaking proyekto, patuloy na pagpapabuti sa electrolysis, mga bagong ruta ng photocatalytic, at mas ambisyosong mga patakaran sa suporta ay nagpapakita ng isang larawan kung saan ang paggamit ng solar energy upang makagawa ng malinis na hydrogen ay maaaring tumigil na sa pagiging isang pangako at maging bahagi na lamang ng pang-araw-araw na buhay sa enerhiya sa maraming bansa.
