Uvajanje vodika

Verjetno še nikoli niste pomislili, kako pomemben je element, ki stoji za kemijsko formulo H₂, in kako velik vpliv ima na kemijsko ter druge industrije. Predstavljamo vam to dvoatomno molekulo, ki prežema različne molekularne mreže na osnovi vode, vključno z atmosfero, ledom, rekami, ribniki in celo zvezdami.

Vodik je najlažji in najpreprostejši element v vesolju. Poleg čistosti elementov ima vodik neverjeten potencial kot prihodnji nosilec energije, ki ponuja pot za zmanjšanje ogljičnega odtisa (PCF).

Raziščite naslednja poglavja in spoznajte večplastno naravo vodika.

Vrste in proizvodnja

Vodik kot nenadomestljiva surovina v kemični industriji je ključnega pomena za številne pomembne izdelke, kot je amonijak, za katerega se porabi približno polovica proizvedenega vodika. Druga pomembna uporaba je v rafinerijah in proizvodnji metanola.

Proizvodnja vodika vključuje različne metode, od katerih nekatere prispevajo k visokim emisijam CO₂. Trenutno je povpraševanje po vodiku doseglo približno 94 milijonov ton, več kot 95 % potrebnega vodika v Evropi pa se proizvede s postopki, ki so povezani z visokimi emisijami CO₂.

Za uspešno proizvodnjo čistega vodika so nujne nove tehnologije.

Preden se poglobimo v celoten proizvodni vidik, se seznanimo z vrstami vodika.

Ali ste vedeli, da je vodik razvrščen po barvah, kot so siva, zelena, modra in turkizna? Celotna barvna shema temelji na proizvodnem procesu. Sivi in modri vodik sta rezultat parnega reforminga. Zeleni vodik se pridobiva z elektrolizo vode, turkizni vodik pa s pirolizo metana.

Vendar se vsak postopek pridobivanja vodika sooča s svojimi izzivi. Proizvodnja modrega vodika je na primer povezana z višjimi stroški v primerjavi s proizvodnjo sivega vodika in s problemom odlaganja CO₂. Zeleni vodik se sooča z izzivi, povezanimi z razpoložljivostjo obnovljivih virov energije in prevozom vodika, saj so proizvodni stroški približno šestkrat višji od stroškov sivega vodika. Turkizni vodik se srečuje z izzivi v procesu in med odlaganjem, saj so trenutni proizvodni stroški od 1,5- do 2,5-krat višji od sivega vodika.

Če povzamemo. Sivi vodik, proizveden s parnim reformingom, je povezan z visokimi emisijami CO₂. Modri, turkizni in zeleni vodik so okolju prijaznejši, vendar so s tem povezani tudi naraščajoči proizvodni stroški.

Ni pomembna barva, ampak ogljični odtis

V naših prizadevanjih pri iskanju vodika v družbi BASF vidimo različne primere njegove uporabe. Trenutno uporabljamo nizkoogljični vodik predvsem kot surovino. V prihodnosti, ko bodo na voljo večje količine H₂, bo ta za družbo BASF igral pomembnejšo vlogo kot vir energije. To vključuje tudi možnost aktiviranja CO₂ z zajemom in uporabo ogljika (CCU).

Ko opazujemo vodik, je v ospredju njegov ogljični odtis, kar poudarja njegov pomen pri gradnji trajnostnega vodikovega gospodarstva. Dejavniki, kot so ogljični odtis, varnost oskrbe, cenovna dostopnost, kakovost in infrastruktura, so temelj tega prizadevanja. Za vzpostavitev delujočega vodikovega gospodarstva dajemo prednost podnebno nevtralnim proizvodnim procesom (ne glede na »barvo«). V družbi BASF k temu cilju prispevamo z napredkom na področju elektrolize vode in pirolize metana, s čimer zagotavljamo, da je naša proizvodnja vodika v skladu z naraščajočim povpraševanjem po podnebju prijaznih rešitvah.

Elektroliza vode

Pri elektrolizi se voda loči na vodik in kisik v elektrolizatorju s pozitivno in negativno nabito katodo, ki sta potopljena v vodo. Ob prehodu električnega toka se vodikovi ioni premaknejo na katodo, kisikovi ioni pa na anodo, kar olajša ločevanje vodika in kisika. Tako dobimo zeleni vodik.

Ključna beseda pri tem je učinkovitost. Učinkovitost proizvodnje zelenega vodika je navadno od 50 do 70 %. Večja učinkovitost elektrolizatorja prispeva k zmogljivejšemu postopku proizvodnje zelenega vodika. Na splošno učinkovitost zelene proizvodnje vodika vplivajo tudi dejavniki, kot sta čistost vode in temperatura elektrolize.

Na lokaciji v Ludwigshafnu v sodelovanju z BASF in Siemens Energy poteka nov projekt, ki se osredotoča na elektrolizo vode z zmogljivostjo 54 megavatov. Proizvedeni podnebju prijazni vodik bo služil kot surovina za proizvodnjo izdelkov z nizkim ogljičnim odtisom, v manjšem obsegu pa se bo lahko uporabljal tudi za pobude za regionalno mobilnost v metropolitanski regiji Ren-Neckar. Čeprav so tehnološki in gospodarski izzivi ogromni, pričakujemo, da bo ta tehnologija pripravljena za uporabo od leta 2030 naprej.

Piroliza metana

Piroliza metana, ki je povsem nov tehnološki postopek, razgrajuje zemeljski plin ali biometan neposredno v vodik, tokrat turkiznega, in trdni ogljik. Ta energetsko učinkovit postopek, zlasti če ga poganja elektrika iz obnovljivih virov, povzroča skoraj ničelne emisije toplogrednih plinov. Čeprav je bil zasnovan že v 60. letih prejšnjega stoletja, so ga tehnični izzivi doslej ovirali pri izvedbi.

BASF pirolizo metana raziskuje od leta 2010, s čimer poudarja svojo zavezanost varstvu podnebja. Pomembno je, da ta metoda zahteva približno 80 % manj električne energije kot elektroliza vode, zato je pri uporabi obnovljive energije skoraj brezogljična. V primerjavi z drugimi postopki proizvodnje vodika brez emisij potrebuje piroliza metana le del električne energije. V dokaz zavezanosti k napredku podnebju prijazne proizvodnje vodika je bil zgrajen pilotni reaktor v Ludwigshafnu, ki je v zagonski fazi.

Povežimo vodik

Povpraševanje po vodiku kot prihodnjem energentu narašča, zlasti v Evropi. Potreba po čistem vodiku kot gradniku in surovini je ključnega pomena za preoblikovanje kemične industrije. Poleg dejstva, da vodika ni mogoče nadomestiti, je za industrijske proizvajalce, ki so glavni porabniki vodika, bistvenega pomena tudi vzpostavitev obsežne infrastrukture za prevoz velikih količin energije in vodika. V ta namen je cevovod, ki bo povezal lokacije v Evropi in tako zagotovil stroškovno konkurenčen H₂, več kot potreben. BASF trenutno raziskuje različne dobavne poti za arhiviranje te povezave.

Kako vzpostaviti učinkovito strategijo za vodik?

Za funkcionalno vodikovo gospodarstvo sta regulativna in politična podpora ključnega pomena. Predpisi morajo vključevati uvozne in izvozne strategije, infrastrukturo, financiranje, certificiranje in razvrščanje, proizvodne cilje ter upoštevanje pričakovanega povpraševanja. Za tehnološki razvoj in industrijsko širjenje so programi financiranja bistvenega pomena.

Za vzpostavitev trga tekočega vodika v Evropi je po našem mnenju v družbi BASF temeljna osnova lokalna proizvodnja vodika z nizkim ogljičnim odtisom. Pomembno je opozoriti, da lahko predpisi, ki povečujejo stroške obnovljive energije, ovirajo rast trga vodika. Države, ki izvajajo takšne predpise in razpisne pogoje za načrte za širitev obnovljivih virov energije, lahko omejijo svoje sodelovanje na razvijajočem se trgu vodika.

Primer dobre prakse je Strategija za vodik za podnebno nevtralno Evropo, ki jo je Evropska komisija sprejela 8. julija 2020. Ta strategija priznava ključno vlogo H₂ in obravnava področja, kot so raziskave, inovacije, proizvodnja, infrastruktura in mednarodna razsežnost. S tem celovitim pristopom želimo utreti pot trajnostni prihodnosti vodika.

Stališče družbe BASF o vodiku

V družbi BASF pozivamo k tehnološko odprtemu pristopu, ki omogoča uporabo različnih vodikovih postopkov. Pri certificiranju in razvrščanju je treba dati prednost vplivu na okolje in ogljičnemu odtisu ter zagotoviti pravičen dostop do programov financiranja in spodbud.

Zaradi nenadomestljivosti vodika bi morali imeti industrijski proizvajalci, glavni uporabniki vodika, prednost pred drugimi sektorji, kot sta energetika in ogrevanje. Potrebujemo politike, ki dajejo prednost uporabi H₂ v kemiji, kar ustvarja vrednost za naše stranke in končne potrošnike. Predpisi, ki dajejo prednost uporabi H₂ v sektorju goriv, npr. z uporabo »multiplikatorjev«, izkrivljajo razvijajoči se trg in škodujejo konkurenčnosti več panog.

Za uspešno vodikovo gospodarstvo je nujna zanesljiva infrastruktura za prenos električne energije in vodika. Poleg tega je ključnega pomena zagotoviti dostop do obnovljivih virov energije na podlagi meril, ki upoštevajo posebne potrebe industrijskih porabnikov. To je še posebej pomembno za tiste, ki so odvisni od vodika in ne glede na svojo lokacijo ne morejo zlahka zamenjati vodikovega vira.

Poleg tega je čisti vodik ključna sestavina in osnovna surovina za revolucijo v kemični industriji. Menimo, da si je treba prizadevati za uvoz vodika iz drugih regij in za povečanje domače proizvodnje H₂, da bi zagotovili cenovno konkurenčno alternativo.

Zaključek

To je torej vodik: brezbarven, zelo vnetljiv plin brez vonja in okusa, ki je sposoben zgraditi vesolje.

Čeprav mora biti prihodnost nedvomno zelena, ne smemo zanemariti izzivov, ki jih prinaša ta pot. Če želimo v prihodnosti uporabljati čist vodik, moramo začeti s spremembami. Zato BASF v sodelovanju s partnerji razvija veliko tovarno s tehnologijo pirolize metana, ki bo do leta 2030 proizvajala podnebju prijazen vodik iz zemeljskega plina. Hkrati si aktivno prizadevamo za napredek pri elektrolizi vode.

Da bi pospešili pot k ničelnim emisijam do leta 2050 in zagotovili konkurenčnost evropske industrije, verjamemo v spodbujanje dragocenih ter poglobljenih izmenjav in prenos pobud na povsem novo raven.