Japonija sugalvojo grandiozinį planą, kaip pasaulį priversti patikėti vandenilio ateitimi: ką jie tokio sumąstė ir kuo čia dėtos Olimpinės žaidynės bei jų spalvoti žiedai? ()

2021-06-16

Niekada neatkreipėte dėmesio, kad olimpiniai žiedai simbolizuoja bespalvio ir bekvapio vandenilio spalvas?

Nepaisydama covid-19 atvejų padažnėjimo, Japonija atkakliai ruošiasi Tokijo Olimpinėms ir Paralimpinėms žaidynėms. Sausį šalies premjeras Yoshihide Suga sakė, kad jos turi tęstis kaip „įrodymas žmogaus pergalės prieš koronavirusą“. Bet yra ir kita priežastis: Japonija nori šiuo renginiu parodyti savo pastangas tapti „vandenilio visuomene“ ir įkvėpti prisijungti ir kitas šalis.

Tam Japonija intensyviai naudoja olimpinius simbolius. Olimpiniame degle, kai šis keliaus per Japoniją, degs vandenilis, nors kai kurios bėgimo dalys dėl koronaviruso atšauktos. Kai liepą prasidės žaidynės – nebent vėl būtų atšauktos – olimpiniame fakele degs vandenilio liepsna. O greta atletų kaimelio bus įrengtos vandenilio stotelė vandeniliu varomiems autobusams ir automobiliams, kuriais varžybų dalyviai bus gabenami į renginius ir iš jų.

Japonija yra viena iš ilgėjančio sąrašo šalių, siekiančių nulinio šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų lygio iki 2050. Bet jai pereiti prie atsinaujinančios energijos kebliau, nei kitiems, nes šalyje ribota laisva vieta, kurioje būtų galima statyti dideles saulės ir vėjo jėgaines, kurios padėtų pakeisti naudojančias iškastinį kurą. Daugelyje šalies ežerų instaliuotos plaukiojančios saulės elektrinės, ir planuojama įrengti dideles jūrines vėjo jėgaines, bet vien jos negali patenkinti 126 milijonų gyventojų energijos poreikių.

Siekdama patenkinti šį poreikį, Japonija nusprendė susitelkti į vandenilio energetiką. Iki 2030 metų norima vandeniliu energiją tiekti bent 5 milijonams namų ir 800 000 transporto priemonių, iš kurių 1200 – autobusai. Taip pat tiriamas jo naudojimo traukiniuose, laivuose, lėktuvuose ir tokiose pramonės šakos, kaip plieno lydymas. Japonija įsteigė šiai plėtrai padėsiantį 2 trilijonų jenų ($18 mlrd. [€15 mlrd.]) Žaliųjų inovacijų fondą (Green Innovation Fund). 2020 gruodį daugiau nei 80 Japonijos kompanijų, tarp kurių ir tokie gigantai, kaip Toyota ir Kawasaki Heavy Industries, susitarė bendradarbiauti, padėdami šaliai siekti jos vandenilinių tikslų.

 

Vandenilis turi keletą didelių privalumų. Kuro elementuose iš jo galima gauti energiją be jokių emisijų. Jį galima ilgai laikyti ir toli gabenti. Juo energiją galima tiekti viskam, nuo namų ir transporto iki sunkiosios pramonės. Jo energijos tankis, skaičiuojant pagal masę, yra didžiausias – beveik trigubai didesnis nei naftos. „Vandenilio pranašumai galioja visam pasauliui, ne tik Japonijai,“ sako Jonathan Arias iš atsinaujinančios energijos kompanijos juwi Shizen Energy Japonijoje.

Didžiausias vandenilio trūkumas – brangumas. Norint kurą pagaminti švariai – vadinamąjį žalią vandenilį – reikia skaidyti vandenį brangiais elektrolizeriais, naudojančiais saulės ar vėjo energiją. Susijusi infrastruktūra irgi kainuoja, kuriai priklauso ir specialūs sunkvežimiai, laivai ir traukiniai, kuriais tinkamoje temperatūroje ir suslėgtą vandenilį būtų galima transportuoti saugiai, nepamirštant ir jo talpyklų bei skirstymo tinklų.

Vandenilį galima pigiai išgauti iš gamtinių dujų, tačiau tuomet prarandamas jo „žalumas“. Pernai publikuotame Tarptautinės atsinaujinančios energijos agentūros pranešime prognozuojama, kad 2030 metais žaliasis vandenilis su vandeniliu, išgautu iš iškastinio kuro, jau galėtų konkuruoti, bet tam reikėtų „globalaus bendradarbiavimo“.

 

 

„Vandenilio pranašumai galioja visam pasauliui, ne tik Japonijai“

 

Čia pasitarnaus Olimpiada ir Parolimpiada. Japonija tikisi, kad žaidynės sukels pakankamą susidomėjimą vandeniliu, kad toks bendradarbiavimas užsimegztų, sako Arias. Jei likęs pasaulis užsiims vandenilio energetika, konkurencija ir masto ekonomija sumažins šios technologijos kainą, sako jis. „Jei bus masinė gamyba, kainos mažės.“

Vandenilis žaidynėms bus gaminamas didžiausiu pasaulyje saulės energiją naudojančiu elektrolizeriu, 2020 metais atidarytu Fukushima prefektūroje, kurią 2011 metais nusiaubė žemės drebėjimas ir cunamis. Į greta atletų kaimelio esančią kuro stotelę vandenilis bus gabenamas sunkvežimiu, varomu kuro elementų maitinamais elektros motorais.

Po žaidynių atletų kaimelis bus paverstas didžiausia pasaulyje vandeniliu aprūpinta gyvenviete. Vandenilis vamzdynais bus tiekiamas viešas vietas apšvietimui ir oro kondicionavimui. Visi 4100 apartamentų bus aprūpinti vandenilio kuro elementais, kurie šildys vandenį ir tieks šiek tiek elektros – kurios pakaks nedaug energijos naudojantiems prietaisams, tokiems, kaip išmanieji telefonai – kartu su įprasta elektros tinklų energija.

„Tai bus pirmasis Japonijos miestas, kuriame visu mastu bus praktiškai naudojamos vandenilio stotelės, vandenilio vamzdynai ir vandenilio kuro elementai,“ pažymi Katsuhiko Nagata iš Panasonic kompanijos, tiekiančios gyvenvietei kuro elementus. Tačiau, kol žaliasis vandenilis taps labiau prieinamas, vandenilis bus gaminamas iš gamtinių dujų vietinėje stotyje, sako jis.

Siekdama sumažinti žaliojo vandenilio kaštus, Japonijos vyriausybė pažadėjo investuoti į technologijų inovacijas ir siekti importuoti jį iš šalių, kurios gali gaminti jį pigiau. O būtent, ji nukreipė žvilgsnius į saulės, vėjo ir tuščių plotų nestokojančią Australiją – idealią vietą gaminti šiam kurui.

 

Australija neseniai patvirtino vandenilio gamybos įmonę, kuri 6500 km² plote, naudodama 10 milijonų fotovoltinių skydelių, 1500 vėjo turbinų ir elektrolizerį, turėtų gaminti žaliąjį vandenilį, kurio savikaina nesieks ir 2$/kg, taigi, galės konkuruoti su vandeniliu, gaunamu iš iškastinio kuro. Kawasaki pastatė pirmąjį pasaulyje suskystinto vandenilio tanklaivį, Suiso Frontier, Australijoje gaminamam vandeniliui transportuoti į Japoniją.

Tiek kainuojantį vandenilį plačiai naudoti gali nuspręsti daugiau šalių, sako Zhenguo Huang iš Sydney Technologijos universiteto Australijoje. Viena iš geriausių vandenilio savybių – jį galima naudoti kaupti energiją, sako jis. Saulės ir vėjo jėgainių energiją galima kaupti baterijose, tačiau jos gaminamos iš tokių medžiagų – pavyzdžiui, nikelio ir kobalto, – kurių tiekimas ribotas, o be to, ilgainiui jų talpa mažėja. O šviesos ar vėjo energiją elektrolizeriu konvertavus į vandenilį, ji gali būti laikoma neribotai ilgai ir bet kuriuo metu panaudota, paaiškina Huang.

 

Galutinė plataus vandenilio panaudojimo kelyje stovinti kliūtis – įtikinti visuomenę, kad tai saugu, pažymi Huang. Vandeniliu užpildytu dirižablio „Hindenburg“ katastrofa 1937 metais, šiam kurui suteikė blogą reputaciją, sako jis. „Bet iš tiesų, tinkamai elgiantis, jis saugesnis už benziną.“

„Šviesos ar vėjo energiją elektrolizeriu konvertavus į vandenilį, ji gali būti laikoma neribotai ilgai ir bet kuriuo metu panaudota“

Modernios vandenilio talpos gaminamos iš tvirto anglies puošto ir gali atlaikyti šaudymą į juos nesprogdami, sako jis. „Net jeigu talpa suskiltų, vandenilis yra toks lengvas, kad tiesiog lėktų aukštyn į orą.“ Vandenilis 2019 metais nutekėjo iš papildymo stotelės Norvegijoje ir užsidegė ore, bet niekas nenukentėjo. Tuo tarpu iš prakiurusių naftos ar benzino talpų teka galintis ilgai degti ar užteršti vandenyną kuras.

 

 

Panašu, susidomėjimas vandeniliu auga. Viena iš gerųjų pandemijos pasekmių – kelios šalys paskelbė apie dideles investicijas į vandenilį, padėsiančias atstatyti savo ekonomikas. Pavyzdžiui, Vokietija skyrė €9 milijardus, tuo tarpu Pietų Korėjos paskelbtame „Naujo kurso“ plane žadama iki 2025-ųjų pagaminti 200 000 vandeniliu varomų transporto priemonių. O kovo mėnesį JAV prezidento specialusis įgaliotinis klimato klausimais, Johnas Kerry'is, pavadino vandenilį „didžiules galimybes siūlančiu ginčo kamuoliu“. Net jei Olimpiada paskutinę minutę būtų atšaukta ir vandeniliui nepavyktų per ją pademonstruoti visų savo galimybių, panašu, jis vis viena bus laimėtojas.

Pagrindiniai varžovai

2017 metais Japonija pirmoji paskelbė nacionalinę vandenilio strategiją, kurioje dėstomas veiksmų planas, kaip iki 2050 metų tapti „vandeniliu pagrįsta visuomene“. Nuo tada šiuo keliu pasuko dar kelios šalys:

Australija

 

Siekia dideliu mastu gaminti nebrangų žalią vandenilį tiek eksportui, tiek vietiniam naudojimui.

Kanada

Nori iki 2050 metų tapti vienu iš didžiausių žaliojo vandenilio tiekėjų, naudoti vandenilį 30% energijos poreikiui patenkinti ir kad keliuose važinėtų daugiau nei 5 milijonai vandeniliu varomų automobilių.

Prancūzija

Paskyrė €7,2 mlrd. žaliojo vandenilio gamybai ir kad iki 2030 metų būtų 700 000 automobilių, 90 000 sunkvežimių, 2400 autobusų ir 180 traukinių, varomų vandeniliu, ir 1100 vandenilio pripildymo stotelių. Vandenilio energija taip pat bus naudojama namuose ir pramonėje.

Vokietija

Žaliojo vandenilio gamybai numatė €9 mlrd. Be to, siekia pastatyti didžiausią pasaulyje vandenilio tiekimo tinklą ir naudoti vandenilį tokiose srityse kaip plieno pramonė.

Pietų Korėja

 

 

Nori, kad iki 2040 metų jos keliais važinėtų 6,2 mln. vandeniliu varomų automobilių ir būtų 1200 vandenilio papildymo stotelių. Taip pat šalis siekia gaminti vandeniliu varomus autobusus, sunkvežimius, traukinius ir laivus, ir naudoti vandenilio energiją pramonėje ir namuose.

 

Skirtingos vandenilio spalvos

 

Norint suprasti vandenilį kaip energijos nešiklį ir įvairių jo pavadinimų semantiką, reikia atsakyti į du esminius klausimus: kas tai yra ir kaip jis išgaunamas?

Apie vandenilį būtų galima ilgai diskutuoti, nuo jo atominės masės iki panaudojimo perspektyvų, bet norint suprasti pagrindus, reikėtų įsisąmoninti, kad vandenilis nėra energijos šaltinis, o jos nešiklis. Tai reiškia, kad jam išgauti reikia išorinio energijos šaltinio – saulės, elektros, vandens, branduolinės, dujų ir pan.

Ir būtent pagal išgavimo procesą ir jam naudojamos energijos šaltinį vandenilis įgauna „spalvą“.

Kas yra mėlynasis vandenilis?
 
Mėlynasis vandenilis gaunamas, gamtines dujas skaidant į vandenilį ir CO₂, panaudojant garinį metano reformingą (SMR) arba autoterminį reformingą (ATR), bet išsiskiriantis CO₂ surenkamas ir saugomas. Kadangi šiltnamio efektą sukeliančios dujos surenkamos, poveikis aplinkai mažas. CO₂ „surinkimas“ atliekamas CCUS procesu.
 
Kas yra žaliasis vandenilis?
 
Žaliasis vandenilis išgaunamas, skaidant vandenį elektrolize. Taip gaunamas tik vandenilis ir deguonis. Vandenilį galime panaudoti, o deguonį leisti į atmosferą be jokios žalos.
Elektrolizei reikia elektros. Žaliasis vandenilis gaunamas, elektrą imant iš atsinaujinančių energijos šaltinių, vėjo ar Saulės. Todėl žaliasis vandenilis yra švariausias – vandenilis iš atsinaujinančios energijos šaltinių, be CO₂.
 
Kas yra pilkasis vandenilis?
 
Pilkasis vandenilis gaminamas jau seniai. Jis panašus į mėlynąjį – gaunamas, SMR ar ATR procesu skaidant gamtines dujas į vandenilį ir CO₂. Bet CO₂ nesurenkamas, o išleidžiamas į atmosferą.
 
Kas yra rožinis vandenilis?
 
Panašiai kaip ir žaliasis, rožinis vandenilis išgaunamas elektrolize, tik panaudojant branduolinę energiją.
 
Kas yra geltonasis vandenilis?
 
Dar vienas elektrolize gaunamo vandenilio tipas, tik energija jai gaunama vien iš saulės šviesos (kitaip nei žaliasis, kuomet galima naudoti įvairius atsinaujinančios energijos šaltinius).

www.petrofac.com

Alice Klein
www.newscientist.com

Aut. teisės: Technologijos.lt

(19)
(6)
(13)

Komentarai ()