Είναι πλέον γνωστό και ευρέως αποδεκτό ότι το υδρογόνο (H2) θα είναι απαραίτητο στοιχείο μιας αποανθρακοποιημένης οικονομίας (σημ. θεωρούμε τον όρο «αποανθρακοποίηση» ως καλύτερη απόδοση στην ελληνική του αγγλικού όρου «de-carbonization» δεδομένου ότι «απανθρακοποίηση» σημαίνει την ολοσχερή καύση μέχρις άνθρακος). Όμως, όπως με κάθε τι καινούργιο, η φαντασία οργιάζει. Σκοπός του άρθρου αυτού είναι να διαλύσει ή να εξηγήσει ορισμένους από τους μύθους που περιβάλλουν αυτή τη νέα μορφή ενέργειας.
1. Το υδρογόνο είναι μια νέα μορφή ενέργειας ανεξάρτητη της ηλεκτρικής: Μύθος
Η παραγωγή του κλιματικά ουδέτερου «πράσινου» υδρογόνου (δηλ. από ηλεκτρόλυση με ηλεκτρισμό παραγόμενο από ΑΠΕ) απαιτεί περίπου 1,40 kWh ηλεκτρικής ενέργειας για κάθε kWh παραγόμενου υδρογόνου. Ουσιαστικά, το υδρογόνο είναι συμπυκνωμένη ηλεκτρική ενέργεια. Γι’αυτό, η παραγωγή πράσινου υδρογόνου είναι στενά συνδεδεμένη με την ανάπτυξη της ηλεκτροπαραγωγής από Α.Π.Ε.
Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι τομείς των μεταφορών, της θέρμανσης κτιρίων και της βιομηχανίας που εξυπηρετούνται από πετρέλαιο και φυσικό αέριο στην Ελλάδα είναι το 62% περίπου της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας και αντιστοιχούν σε ποσότητα 2 - 2,5 φορές μεγαλύτερη από την κατανάλωση ηλεκτρισμού (στοιχεία 2020), καταλήγουμε ότι ο εξηλεκτρισμός της οικονομίας, είτε άμεσος, είτε έμμεσος μέσω του υδρογόνου, θα απαιτήσει την ύπαρξη πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας πολλαπλάσιας της σημερινής αγοράς ηλεκτρισμού των 50 TWh περίπου ετησίως.
2. Το υδρογόνο θα υποκαταστήσει το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο σε όλες τις σημερινές χρήσεις τους: Μύθος
Οι ενεργειακές απώλειες κατά τη διαδικασία της ηλεκτρολυτικής παραγωγής του υδρογόνου που αναφέρθηκαν προηγουμένως, οδηγούν στο συμπέρασμα ότι οι χρήσεις που μπορεί εύκολα να εξηλεκτρισθούν απ’ευθείας, δεν έχει νόημα να θεωρείται ότι θα καλυφθούν από υδρογόνο. Π.χ. η θέρμανση και ψύξη κτιρίων μπορεί να γίνει με αντλίες θερμότητας, οι οποίες, για κάθε παραγόμενη θερμική/ψυκτική kWh απαιτούν 0,3-0,4 ηλεκτρικές kWh. Επί πλέον, η χρήση καθαρού υδρογόνου σε κλειστούς χώρους έχει σημαντικά προβλήματα ασφαλείας καθώς το υδρογόνο είναι το πιο εύφλεκτο αέριο καύσιμο: αναφλέγεται σε μίγμα με τον αέρα 4-75% (για σύγκριση, το φυσικό αέριο έχει πολύ στενό εύρος 5-15%) και χρειάζεται πολύ μικρή ενέργεια ανάφλεξης (10-15 φορές μικρότερη από αυτή του φυσικού αερίου), έχει δε και μεγάλη ταχύτητα καύσης.
Βέβαια, σε ανοιχτούς χώρους δεν υπάρχει το ίδιο θέμα ασφάλειας, καθώς το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο μόριο της φύσης με σχετική πυκνότητα ως προς τον αέρα 0,07 (έναντι 0,55-0,60 του φυσικού αερίου και 1,5-2,0 του υγραερίου) και σε περίπτωση διαρροής διαχέεται γρήγορα στον αέρα - γι’αυτό, τα αυτοκίνητα υδρογόνου είναι ασφαλή, σίγουρα ασφαλέστερα από τα υγραεριοκίνητα.
Και η κίνηση τρένων με υδρογόνο δεν έχει νόημα τεχνικοοικονομικά, αφού τα μέσα σταθερής τροχιάς μπορούν εύκολα να εξηλεκτρισθούν. Γι’ αυτό, η επέκταση και ο εξηλεκτρισμός των τρένων είναι ο καλύτερος και φθηνότερος τρόπος αποανθρακοποίησης των χερσαίων επιβατηγών και εμπορευματικών μεταφορών. Αφού βέβαια αποκατασταθούν και πιστοποιηθούν τα συστήματα ασφαλείας και εμπεδωθεί το αίσθημα ασφάλειας στις σιδηροδρομικές μεταφορές, που επλήγη καθοριστικά μετά το πρόσφατο τραγικό δυστύχημα στα Τέμπη.
Ομοίως, η ηλεκτροδότηση των πλοίων από την ακτή (cold ironing) είναι η καλύτερη και φθηνότερη λύση αποανθρακοποίησης της ναυτιλίας κατά τη διάρκεια ελλιμενισμού και όλα τα λιμάνια πρέπει αποκτήσουν τη δυνατότητα αυτή.
3. Όλες οι βιομηχανικές χρήσεις μπορούν απ’ ευθείας να εξηλεκτρισθούν: Μύθος
Πολλές βιομηχανικές χρήσεις ενέργειας που απαιτούν σχετικά υψηλές θερμοκρασίες (π.χ. ατμοπαραγωγή, ξήρανση) ή μηχανική κίνηση, μπορούν να εξηλεκτρισθούν απ’ ευθείας με χρήση ηλεκτρολεβήτων ή ηλεκτροκινητήρων αντίστοιχα. Υπάρχουν όμως και εφαρμογές που δεν μπορούν να εξηλεκτρισθούν, είτε διότι χρειάζονται το υδρογόνο ως πρώτη ύλη διεργασιών σύνθεσης (π.χ. παραγωγή αμμωνίας και λιπασμάτων, διυλιστήρια - σήμερα χρησιμοποιούν «γκρι» υδρογόνο παραγόμενο από φυσικό αέριο), είτε διότι αυτό επιβάλλεται από την παραγωγική διαδικασία (τσιμέντα, χαλυβουργίες, υαλουργίες, κλπ.). Ειδικά η χαλυβουργία ευθύνεται για το 40% των παγκόσμιων εκπομπών CO2 και θα χρειασθεί μεγάλες ποσότητες υδρογόνου.
Επίσης, το υδρογόνο πιθανόν να χρειασθεί ως μέσο εποχιακής αποθήκευσης καθαρής ενέργειας καθόσον οι μπαταρίες μπορούν να καλύψουν βραχυχρόνια (ενδοημερήσια) αποθήκευση, αν και αυτή η χρήση του υδρογόνου θα εξαρτηθεί από τον βαθμό ισόρροπης ανάπτυξης των κατηγοριών ΑΠΕ και τον βαθμό αλληλοσύνδεσης των ηλεκτρικών συστημάτων ώστε πλεονασματική ηλεκτρική ενέργεια από ΑΠΕ που παράγεται σε μια περιοχή να μπορεί να μεταφέρεται σε άλλη ελλειμματική.
Επίσης και από τον βαθμό ανάπτυξης των αντλησιοταμιευτικών και γενικά υδροηλεκτρικών σταθμών, οι οποίοι μπορούν να καλύψουν ανάγκες εποχιακής αποθήκευσης ενέργειας και είναι κατά κανόνα καλύτερη επιλογή από το υδρογόνο από τεχνικοοικονομικής απόψεως. Γι’ αυτό θεωρούμε ότι πρέπει να εξαντληθούν οι δυνατότητες εκμετάλλευσης της υδροηλεκτρικής ενέργειας και στην Ελλάδα συμπεριλαμβανομένης της πιθανής μετατροπής κλασσικών υδροηλεκτρικών σε αντλησιοταμιευτικά.
4. Χρήσεις που δεν μπορούν να εξηλεκτρισθούν με μπαταρίες είναι η κίνηση πλοίων μεγάλων αποστάσεων, αεροπλάνων και βαρέων χερσαίων οχημάτων: Αλήθεια
Τούτο οφείλεται στη χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών σε σχέση με το βάρος τους: 0,13 kWh/kg περίπου, που είναι το 1/100 των υγρών καυσίμων. Και ο ρυθμός κατανάλωσης ενέργειας (δηλ. η ισχύς) που απαιτείται για τα μεγάλα πλοία και τα αεροπλάνα, δεν μπορεί να υποστηριχθεί από τις μπαταρίες. Εδώ το υδρογόνο αποτελεί τη λύση (ήδη χρησιμοποιείται για την κίνηση υποβρυχίων).
Η καύση του υδρογόνου στην περίπτωση αυτή γίνεται είτε σε κυψέλες καυσίμου (fuel cells) με απόδοση 50-60% (ουσιαστικά γίνεται μετατροπή σε ηλεκτρικό ρεύμα το οποίο τροφοδοτεί ηλεκτροκινητήρα), είτε σε κινητήρες εσωτερικής καύσης οπότε μετατρέπεται απ’ευθείας σε κινητική ενέργεια με απόδοση περίπου 30% - γι’ αυτό τελικά επικρατούν οι κυψέλες καυσίμου όπου οι απαιτήσεις ισχύος το επιτρέπουν (επίσης, με τις τελευταίες δεν παράγονται οξείδια του αζώτου).
Λόγω της χαμηλής ογκομετρικής ενεργειακής πυκνότητας του αερίου υδρογόνου σε κανονικές συνθήκες (3,6 kWh/Nm3 έναντι 10.700 kWh/m3 του πετρελαίου, δηλ. το 1/3.000), απαιτείται η αποθήκευσή του στα οχήματα σε υψηλή πίεση (350 ή 700 bar - για σύγκριση, το συμπιεσμένο φυσικό αέριο αποθηκεύεται στα 200-300 bar), όπου και πάλι απαιτείται δεξαμενή αποθήκευσης πολλαπλάσια από του πετρελαίου για την ίδια αυτονομία.
Το επίπεδο αυτό πιέσεων αυξάνει και το κόστος και τις προδιαγραφές ασφαλείας για τους σταθμούς ανεφοδιασμού υδρογόνου. Τα αυτοκίνητα υδρογόνου με κυψέλες καυσίμου είναι ήδη μια ώριμη τεχνολογία, η οποία αναπτύχθηκε πρώτα από την Ιαπωνική αυτοκινητοβιομηχανία, με απομένουσες προκλήσεις την οργάνωση δικτύου σταθμών ανεφοδιασμού, την περαιτέρω μείωση του κόστους των κυψελών καυσίμου καθώς και την οργάνωση μονάδων ανακύκλωσης των πολύτιμων μετάλλων που περιέχουν. Όπως και με τα οχήματα συμπιεσμένου φυσικού αερίου, η εφαρμογή της τεχνολογίας αυτής είναι πιο εύκολο να ξεκινήσει με τα λεωφορεία και τα οχήματα πόλης (απορριμματοφόρα, κλπ.), όπου όμως συναντά ανταγωνισμό από τις μπαταρίες.
5. Στην περίπτωση των ελαφρών οχημάτων η ηλεκτροκίνηση με μπαταρίες έχει επικρατήσει: Αλήθεια προς το παρόν, σε βάθος χρόνου πιθανόν να συνυπάρχουν τα ηλεκτρικά μπαταριών (Battery Electric Vehicles, BEV) με τα ηλεκτρικά υδρογόνου (Fuel Cell Electric Vehicles, FCEV)
Στην περίπτωση των ελαφρών οχημάτων, ο εξηλεκτρισμός με μπαταρίες φαίνεται να κερδίζει έδαφος για λόγους που συνδέονται κυρίως με την εύκολη και φθηνή ανάπτυξη δικτύων φόρτισης σε σχέση με τα δίκτυα ανεφοδιασμού υδρογόνου: Ένας δημόσιος σταθμός φόρτισης κοστίζει € 20.000 - 30.000 έναντι 2 -3 εκατ. € περίπου ενός σταθμού ανεφοδιασμού υδρογόνου, δηλ. 100 φορές λιγότερο.
Επιπλέον, στους τελευταίους προστίθεται το κόστος μεταφοράς του υδρογόνου μέχρι τον σταθμό (με trailers σε πίεση 500 bar ή με αγωγό), ενώ αν οι σταθμοί περιλαμβάνουν και την εγκατάσταση παραγωγής του υδρογόνου, προστίθενται άλλα 15 εκατ. € περίπου (προσεγγιστικό κόστος μιας μονάδας ηλεκτρόλυσης PEM 5 MW). Και το κόστος του υδρογόνου (χωρίς επιδοτήσεις) θα είναι πάντα μεγαλύτερο από το κόστος του ηλεκτρικού ρεύματος σε ισοδύναμη ενεργειακή βάση λόγω των απωλειών κατά την ηλεκτρόλυση που προαναφέρθηκαν, ενώ μεταξύ του υδρογόνου και του ηλεκτροκινητήρα μεσολαβούν και οι ενεργειακές απώλειες των κυψελών καυσίμου.
Ωστόσο, στην ηλεκτροκίνηση με μπαταρίες παραμένουν ακόμα προβλήματα σχετικά με τον χρόνο ανεφοδιασμού, τον χρόνο ζωής και το θερμοκρασιακό εύρος λειτουργίας των μπαταριών, καθώς και την προμήθεια και ανακύκλωση των κρίσιμων υλικών που περιέχουν (λίθιο, κοβάλτιο, κλπ.). Υπάρχει όμως σε εξέλιξη εκτεταμένη έρευνα με στόχο τη βελτίωση των μπαταριών ως προς την ενεργειακή πυκνότητα και τα λοιπά προβλήματα και αναμένονται νέες γενιές μπαταριών μέχρι το 2030, οι οποίες θα μπορούσαν να επιτρέψουν πιθανόν την ηλεκτροκίνηση και βαρέων οδικών οχημάτων.
Αν όμως τα προβλήματα αυτά δεν επιλυθούν, και αντιθέτως σημειωθεί πρόοδος στον τομέα της ανάπτυξης σταθμών ανεφοδιασμού των αυτοκινήτων υδρογόνου, είναι πιθανό τελικά η υδρογονοκίνηση, η οποία δεν έχει τα τεχνικά προβλήματα των μπαταριών, να επεκταθεί και στα ελαφρά οχήματα. Ο ανταγωνισμός που εκδηλώνεται είναι σίγουρα ενδιαφέρων. Σήμερα τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με μπαταρίες αποτελούν παγκοσμίως το 10% περίπου των νέων ταξινομήσεων έναντι λιγότερο από 0,1% των υδρογονοκίνητων.
Πρέπει όμως τόσο τα αυτοκίνητα με μπαταρίες όσο και τα υδρογονοκίνητα να γίνουν φθηνότερα για να συντελεσθεί η θεαματική αύξησή τους που απαιτείται. Εικάζεται ότι θα έχουμε σοβαρές μειώσεις κόστους και στις δύο κατηγορίες μέχρι το 2030. Όπως είχε διαπιστώσει ο Henry Ford με τα πρώτα αυτοκίνητα ορυκτών καυσίμων, ένα προϊόν μπορεί να επικρατήσει εμπορικά μόνο αν είναι συμβατό με τις οικονομικές δυνατότητες αυτών στους οποίους απευθύνεται. Θα πρέπει εδώ να σημειώσουμε και την αρνητική εμπειρία με τα οχήματα CNG και LNG: οι (λίγοι) σταθμοί ανεφοδιασμού που κατασκευάσθηκαν δεν κατάφεραν κατά κανόνα να αποσβεσθούν λόγω έλλειψης ικανού αριθμού οχημάτων.
6. Το υδρογόνο θα χρησιμοποιηθεί στη ναυτιλία και αεροπλοΐα υπό μορφή υγρών φορέων του ή κλιματικά ουδέτερων συνθετικών καυσίμων: Πολύ πιθανό, η τεχνολογία όμως δεν έχει ωριμάσει ακόμα τεχνικοοικονομικά
Λόγω της πολύ χαμηλής ογκομετρικής ενεργειακής πυκνότητας του αερίου υδρογόνου και της δυσκολίας υγροποίησής του (βλ. κατωτέρω), αλλά και των απαιτήσεων ισχύος και αποθέματος ενέργειας των πλοίων και αεροπλάνων, έχει αποκτήσει ενδιαφέρον η αποθήκευση και χρήση του υπό μορφή χημικών φορέων του, όπως η αμμωνία και η μεθανόλη, των οποίων η ογκομετρική ενεργειακή πυκνότητα (kWh/m3) είναι περίπου το 1/3 των υγρών συμβατικών καυσίμων, πράγμα διαχειρίσιμο. Η απευθείας χρήση των φορέων αυτών σε κυψέλες καυσίμου παρουσιάζει τεχνικά προβλήματα που δεν έχουν επιλυθεί ακόμα, γι’αυτό και προς το παρόν θεωρείται εφικτή μόνο η χρήση τους σε κινητήρες εσωτερικής καύσης.
Η μεθανόλη (CH3OH), που είναι υγρή σε συνθήκες περιβάλλοντος, χρησιμοποιείται ήδη σε βενζινοκινητήρες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε κινητήρες diesel με προσαρμογές - γι’αυτό υπάρχουν σήμερα ήδη 50-60 πλοία μεθανόλης σε χρήση ή υπό κατασκευή. Όμως, ο άνθρακας που περιέχει την κάνει ασύμβατη με τον στόχο πλήρους αποανθρακοποίησης, εκτός αν αυτός λαμβάνεται από βιολογικά απόβλητα (οπότε όμως υπάρχει φυσικός περιορισμός διαθεσιμότητας της πρώτης ύλης) ή με δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα από τον αέρα (Direct Air Capture), δηλ. ως κλιματικά ουδέτερο συνθετικό καύσιμο (e-fuel). Η παραγωγή όμως συνθετικών καυσίμων με τον τρόπο αυτόν είναι εξαιρετικά ενεργοβόρα και καταλήγει σε πολύ υψηλό κόστος ανά λίτρο αν και σχετική έρευνα ευρίσκεται σε εξέλιξη.
Η αμμωνία (NH3) υγροποιείται υπό ατμοσφαιρική πίεση σε θερμοκρασία -34 oC, ή υπό θερμοκρασία περιβάλλοντος σε πίεση 10 bar, δηλ. σε συνθήκες παρόμοιες με του υγραερίου. Μπορεί να είναι τελείως «πράσινη» αν συντεθεί με την καταλυτική αντίδραση Haber-Bosch από πράσινο υδρογόνο και άζωτο του αέρα (σήμερα συντίθεται από «γκρι» υδρογόνο και άζωτο του αέρα). Η μεταφορά της αμμωνίας γίνεται ήδη διεθνώς με δεξαμενόπλοια αμμωνίας/υγραερίου ενώ υπάρχουν ήδη λιμενικές αποθηκευτικές εγκαταστάσεις για την υποδοχή της.
Υπάρχουν όμως τεχνικά προβλήματα σχετικά με τη χρήση της αμμωνίας για πρόωση, που οφείλονται στην χαμηλή αναφλεξιμότητά της: Πολύ στενό εύρος μίγματος με τον αέρα και χαμηλή ταχύτητα καύσης (20% των συμβατικών υγρών καυσίμων). Τα προβλήματα αυτά ευρίσκονται σήμερα υπό έρευνα για την αντιμετώπισή τους. Εκτιμάται ότι μέχρι το τέλος 2025 θα αναπτυχθούν οι πρώτοι κινητήρες διπλού καυσίμου για πλοία (diesel/αμμωνίας).
Υπάρχουν και ανησυχίες σε ο,τι αφορά τα πληρώματα των πλοίων που θα κινούνται με αμμωνία σε περίπτωση διαρροής καθώς η αμμωνία, αν και ελαφρύτερη του αέρα, είναι τοξική σε συγκεντρώσεις μόλις 30 ppm (γι’αυτό και η κρυογενική αποθήκευση της αμμωνίας θεωρείται ασφαλέστερη), ωστόσο αναμένεται ότι θα αναπτυχθούν σχετικά πρωτόκολλα ασφαλείας εγκεκριμένα από τους νηογνώμονες.
Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι η καύση της αμμωνίας μπορεί να παράγει υποξείδιο του αζώτου που είναι επίσης αέριο θερμοκηπίου - για το πρόβλημα αυτό προφανώς απαιτείται καλός έλεγχος της καύσης. Πλοία “ammonia ready” ήδη ναυπηγούνται. Η αμμωνία μπορεί να αποθηκευθεί, με ελάχιστες τροποποιήσεις, και στις δεξαμενές αποθήκευσης LNG. Γι’αυτό, θα μπορούσε να ξεκινήσει η πρόωση πλοίων με LNG, που είναι φιλικότερο προς το περιβάλλον από το πετρέλαιο, και στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί πράσινη αμμωνία.
7. Το υδρογόνο μπορεί να αποθηκεύεται και να μεταφέρεται σε υγρή μορφή όπως το LNG: Μύθος
Εδώ περιοριζόμαστε από την ίδια τη φύση. Το υδρογόνο υγροποιείται σε ατμοσφαιρική πίεση στους -253oC, δηλ. μόλις 20oC πάνω από το απόλυτο μηδέν! Και η κρίσιμη θερμοκρασία του είναι -240 oC, δηλ. πάνω από αυτή τη θερμοκρασία δεν μπορεί να υγροποιηθεί όση πίεση και αν ασκηθεί. Για σύγκριση, οι αντίστοιχες θερμοκρασίες για το φυσικό αέριο είναι -160 oC και -83 oC.
Επομένως, μολονότι υγρό υδρογόνο έχει χρησιμοποιηθεί για την πρόωση πυραύλων από τη ΝΑSΑ, τα κόστη που απαιτούνται για την επίτευξη των θερμοκρασιών υγροποίησης υδρογόνου και τη διατήρησή τους κατά τη διάρκεια ενός ταξιδιού, καθιστούν απαγορευτική την ανάπτυξη θαλάσσιας μεταφοράς υγροποιημένου υδρογόνου κατά το πρότυπο του LNG. Γι’ αυτό, «hydrogen ready» σταθμοί ή πλοία μεταφοράς LNG δεν υπάρχουν. Κάτι τέτοιο θα χρειαζόταν τεράστιες επενδύσεις σε υλικά ανθεκτικά στις θερμοκρασίες του υγρού υδρογόνου και σε μέγεθος μονώσεων δεξαμενών, και κανένας σταθμός ή πλοίο LNG δεν τις πραγματοποιεί..
Υπάρχει όμως η εναλλακτική μεταφοράς του υδρογόνου δια θαλάσσης υπό μορφή φορέων του που μπορούν εύκολα να αποθηκεύονται, όπως η αμμωνία που προαναφέρθηκε. Αν επικρατήσει η αμμωνία ως φορέας υδρογόνου στις χρήσεις του ή/και χρησιμοποιηθεί για τη θαλάσσια μεταφορά του, θα μπορούσε να εξετασθεί η μετατροπή των σταθμών και πλοίων LNG για υποδοχή αμμωνίας με σκοπό τη συμπλήρωση των υποδομών παγκόσμιας μεταφοράς και αποθήκευσής της. Στη συνέχεια, αν υπάρχουν ανάγκες και για αέριο υδρογόνο, η αμμωνία μπορεί να μετατραπεί και πάλι σε υδρογόνο και άζωτο με καταλυτική σχάση. Είναι φανερό όμως ότι ο κύκλος αυτός εμπεριέχει σημαντικές ενεργειακές απώλειες και πρέπει πάντα να αξιολογείται έναντι των άλλων εναλλακτικών όπως η εγχώρια παραγωγή υδρογόνου.
Σε κάθε περίπτωση, το μελλοντικό εύρος της χρήσης των φορέων υδρογόνου, που δεν έχει ξεκαθαρίσει ακόμα, συνιστά μια ακόμα σοβαρή πηγή αβεβαιότητας για τον προγραμματισμό των υποδομών διακίνησης υδρογόνου.
8. Το υδρογόνο μπορεί να αποθηκεύεται σε εξαντλημένα κοιτάσματα υδρογονανθράκων: Μύθος
Ένα άλλο πρόβλημα που δημιουργεί η φυσική υπόσταση του υδρογόνου είναι η δυσκολία γεωλογικής αποθήκευσής του. Η υπόγεια αποθήκευση του υδρογόνου έχει αποδειχθεί μέχρι τώρα εφικτή μόνο σε στεγανούς γεωλογικούς σχηματισμούς όπως τα αλατωρυχεία. Συγκεκριμένα, πρόκειται για ένα αλατωρυχείο στη Βρετανία και δύο στο Τέξας που ευρίσκονται αρκετά χρόνια σε λειτουργία με «γκρι» Η2, το οποίο τροφοδοτεί βιομηχανίες. Αλατωρυχεία υπάρχουν πολλά και στη Γαλλία και Γερμανία, και γενικά στη Β. Ευρώπη, ενώ δεν υπάρχουν στη χώρα μας.
Αντίθετα, σε πορώδεις γεωλογικούς σχηματισμούς (όπως τα εξαντλημένα κοιτάσματα υδρογονανθράκων), το υδρογόνο δεν έχει εξασφαλισθεί ότι μπορεί να αποθηκευθεί χωρίς κίνδυνο διαφυγής. Κανένας τέτοιος γεωλογικός σχηματισμός δεν έχει χρησιμοποιηθεί μέχρι τώρα για αποθήκευση υδρογόνου σε εμπορική κλίμακα. Έχει εκτελεσθεί μόνο ένα πιλοτικό ερευνητικό έργο για αποθήκευση υδρογόνου σε μίγμα 10% με φυσικό αέριο και σε πίεση 78 bar περίπου σε εξαντλημένο κοίτασμα φυσικού αερίου στην Αυστρία, το 2017.
Αυτό απέδειξε οτι η αποθήκευση είναι τεχνικά δυνατή, ωστόσο ανέφερε και σοβαρές απώλειες υδρογόνου. Όπως περιγράφουν οι ερευνητές (σελ. 10), ανακτήθηκε το 82% του υδρογόνου. Το υπόλοιπο 18% απωλέσθηκε λόγω διάχυσης, διάλυσης και χημικής/μικροβιακής μετατροπής. Καταλήγουμε λοιπόν ότι η αποθήκευση υδρογόνου σε εξαντλημένα κοιτάσματα υδρογονανθράκων δεν είναι δυνατή.
9. Το υδρογόνο μπορεί να μεταφέρεται σε αγωγούς μεταφοράς και διανομής φυσικού αερίου: Αλήθεια
Στην πραγματικότητα, το υφιστάμενο Εθνικό Σύστημα Μεταφοράς φυσικού αερίου (ΕΣΜΦΑ) είναι σε μεγάλο βαθμό hydrogen ready καθώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί (με ελάχιστες μετατροπές) για μεταφορά μέχρι και 100% Η2, σύμφωνα με τη μελέτη "Re-stream" που εκπόνησαν ο ENTSOG και η GIE το 2021 (https://www.carbonlimits.no/wp-content/uploads/2021/10/Re-stream-key-figures-October-2021.pdf - σχήμα 7). Τούτο επειδή το ΕΣΜΦΑ έχει κατασκευασθεί με τις πλέον σύγχρονες προδιαγραφές και όλοι οι αγωγοί φέρουν εσωτερικά διπλή εποξειδική επίστρωση.
Απαιτούνται μόνο αλλαγές στα συστήματα μέτρησης και, για μίγμα με Η2 πάνω από 10%, πιθανόν αλλαγές βανών και παρεμβυσμάτων. Και το ελληνικό σύστημα διανομής φυσικού αερίου, επειδή έχει κατασκευασθεί από πολυαιθυλένιο, μπορεί να μεταφέρει υδρογόνο χωρίς προβλήματα. Το υδρογόνο διεισδύει στα μόρια του χάλυβα και μειώνει την ελαστικότητα του, επομένως είναι ασύμβατο μόνο με παλαιούς μη επενδεδυμένους εσωτερικά χαλύβδινους αγωγούς.
Το πρόβλημα με τους υφιστάμενους αγωγούς μεταφοράς και διανομής φυσικού αερίου είναι ότι χρησιμοποιούνται, και θα χρησιμοποιούνται για πολλά χρόνια ακόμα, για μεταφορά φυσικού αερίου (ή μίγματος φυσικού αερίου και υδρογόνου), ενώ το υδρογόνο στις χρήσεις που πρέπει να αποανθρακοποιηθούν, ιδίως στον τομέα των μεταφορών, απαιτείται σε καθαρή μορφή. Έτσι, πιθανότατα θα χρειασθούν στο μέλλον και δίκτυα μεταφοράς αφιερωμένα (dedicated) στο υδρογόνο. Κάτι τέτοιο όμως δεν μπορεί να σχεδιασθεί προς το παρόν αφού δεν είναι γνωστή η τοπολογία παραγωγής και χρήσης του υδρογόνου και οι απαιτούμενες ποσότητες. Θα πρέπει να ληφθεί επίσης υπόψη ότι το υδρογόνο μπορεί να παράγεται και αποκεντρωμένα αν υπάρχουν επαρκή δίκτυα μεταφοράς και διανομής ηλεκτρισμού, μολονότι η παραγωγή του ευνοείται οικονομικά σε μεγάλες εγκαταστάσεις λόγω οικονομιών κλίμακας.
Όσον αφορά τον τρόπο ανάπτυξης των νέων αυτών δικτύων μεταφοράς υδρογόνου, καλό είναι να ρίξουμε μια ματιά στο παρελθόν για το πως αναπτύχθηκαν τα δίκτυα φυσικού αερίου: με μακροχρόνιες συμβάσεις αγοραπωλησίας του προϊόντος, οι οποίες επέτρεψαν τόσο την παραγωγή του φυσικού αερίου όσο και την ανάπτυξη και ανάκτηση των υποδομών. Και η σημερινή ενωσιακή νομοθεσία, αναγνωρίζοντας το πρόβλημα που υπάρχει στο στάδιο δημιουργίας μιας νέας αγοράς, περιλαμβάνει εξαιρέσεις από την Πρόσβαση Τρίτων που μπορούν να φθάσουν τα 20 χρόνια στην περίπτωση ανάπτυξης νέων αγορών.
Σε κάθε περίπτωση, δεδομένου ότι η ηλεκτρική ενέργεια αποτελεί το 80% περίπου του κόστους παραγωγής υδρογόνου, η παραγωγή πράσινου υδρογόνου ευνοείται εκεί όπου υπάρχει περίσσεια παραγωγής ηλεκτρισμού από ΑΠΕ. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη την αφθονία ΑΠΕ στην Ελλάδα, η εγχώρια παραγωγή υδρογόνου φαίνεται ότι είναι η βέλτιστη λύση από οικονομικής απόψεως για τη χώρα μας. Άλλες χώρες, όπως η Γερμανία που έχει και μεγάλες βιομηχανικές απαιτήσεις, θεωρούν ότι δεν θα μπορέσουν να καλύψουν τις ανάγκες σε υδρογόνο με εγχώρια παραγωγή και μελετούν τρόπους εισαγωγής του.
Ένα άλλο πρόβλημα που εμφανίζεται είναι η αναντιστοιχία μεταξύ παραγωγής και κατανάλωσης πράσινου υδρογόνου. Λόγω της ταχείας διείσδυσης των ΑΠΕ και της ωριμότητας της τεχνολογίας της ηλεκτρόλυσης, η παραγωγή πράσινου υδρογόνου μπορεί να προχωρήσει, αλλά δεν υπάρχουν ακόμα οι καταναλωτές που μπορούν να το απορροφήσουν αφού οι σχετικές αγορές δεν έχουν αναπτυχθεί ακόμα. Οπότε προτείνεται από πολλούς επενδυτές η έγχυση του πράσινου υδρογόνου στα δίκτυα φυσικού αερίου. Υπάρχει περιορισμός στο ποσοστό του υδρογόνου στο φυσικό αέριο, το οποίο καθορίζεται από τις υφιστάμενες εγκαταστάσεις χρήσης του και γενικά δεν μπορεί να υπερβεί το 2- 3% λόγω περιορισμών των αεριοστροβίλων φυσικού αερίου ή το 10% αν καίγεται μόνο σε λέβητες.
Ο πρωταρχικός σκοπός όμως της παραγωγής του ακριβού αυτού καυσίμου (το οποίο θα επιχορηγείται) είναι να αποανθρακοποιήσει τις χρήσεις που δεν μπορούν να εξηλεκτρισθούν. Γι’αυτό, αυτές οι προτάσεις μπορούν να εξετάζονται μόνο ως προσωρινή μεταβατική λύση για τη μείωση του ανθρακικού αποτυπώματος του φυσικού αερίου και εφόσον το επιτρέπουν οι διαθέσιμοι οικονομικοί πόροι. Εκτός εάν το υδρογόνο παράγεται από ηλεκτρική ενέργεια που άλλως θα απορριπτόταν ως πλεονασματική - δεν είμαστε όμως ακόμα στο σημείο αυτό. Εναλλακτικά, θα πρέπει η παραγωγή του πράσινου υδρογόνου να συμβαδίσει χρονικά με την ανάπτυξη των χρήσεών του στις μεταφορές και στη βιομηχανία.
10. Τίποτα δεν εμποδίζει να αναπτυχθούν οι υποδομές μεταφοράς και το ρυθμιστικό πλαίσιο της αγοράς υδρογόνου: Μύθος
Η μετάβαση στην κλιματική ουδετερότητα περνά σίγουρα μέσα από το πράσινο υδρογόνο. Δεν έχουν όμως τοποθετηθεί ακόμα όλα τα κομμάτια του puzzle και η εικόνα είναι θολή λόγω μη διαθεσιμότητας ακόμα ώριμης και ευλόγου κόστους τεχνολογίας σε καίριους τομείς των χρήσεων του υδρογόνου. Η ανωριμότητα της τεχνολογίας εντοπίζεται κυρίως στον τομέα της αποανθρακοποίησης των θαλάσσιων και αεροπορικών μεταφορών καθώς και ορισμένων βιομηχανικών κλάδων, τα οποία όμως θα αποτελέσουν το μεγαλύτερο μέρος της μελλοντικής αγοράς υδρογόνου.
Εν τούτοις, όπως και σε άλλες τεχνολογικές επαναστάσεις, η εφαρμοσμένη έρευνα θα καθορίσει πρώτη τις εξελίξεις. Όλα τα άλλα: κανάλια μεταφοράς προϊόντων, ρυθμιστικό πλαίσιο, προγραμματισμός υποδομών, κλπ. πρέπει να ακολουθήσουν, και όχι το αντίστροφο. Άλλως μπορεί να γίνουν λάθη και να δημιουργηθούν οικονομικές αναποτελεσματικότητες και μη ανακτήσιμες επενδύσεις (stranded investments). Ακόμα και το χρονικό όριο του 2050 για πλήρη αποανθρακοποίηση, που έχει καθορισθεί διοικητικά και χωρίς να έχουν ωριμάσει ακόμα πλήρως οι τεχνολογίες που θα οδηγήσουν σε αυτήν στους τομείς που δεν μπορούν εύκολα να εξηλεκτρισθούν, είναι προφανώς ατεκμηρίωτο και μόνο ως χρήσιμος μεν, ενδεικτικός δε, χρονικός στόχος μπορεί να θεωρηθεί.
Ένα σημαντικό σημείο για την (μακρά) πορεία της ενεργειακής μετάβασης είναι να ξεκαθαρίσει με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη σαφήνεια το τοπίο για το διάστημα όπου οι πράσινες τεχνολογίες θα συνυπάρχουν με τις συμβατικές, προκειμένου να μην υπάρχει σύγχυση στους επενδυτές. Τι θα επιτρέπεται, τι θα ενισχύεται από κοινοτικά και κρατικά κονδύλια, ποιες θα είναι οι πολιτικές-γέφυρες.
Επίσης, με ποιες πολιτικές θα αποφευχθεί η μετανάστευση των βιομηχανιών σε περιοχές πιο «χαλαρές» περιβαλλοντικά, προκειμένου να επιβιώσουν του παγκόσμιου ανταγωνισμού. Όπως και να αντιμετωπισθούν τα δομικά προβλήματα του μοντέλου της αγοράς ηλεκτρισμού, αφού από αυτήν εξαρτάται και η αγορά υδρογόνου. Μια αγορά ηλεκτρισμού που παράγει αδικαιολόγητα υψηλές τιμές, πολλαπλάσιες του μέσου κόστους παραγωγής, είναι «deal killer» για την όλη την πορεία αποανθρακοποίησης.
* Ο Δημήτρης Καρδοματέας είναι τ. Γενικός Διευθυντής Στρατηγικής & Ανάπτυξης του ΔΕΣΦΑ
