Vandenilis pramonėje – ne naujiena
Netiesa būtų sakyti, kad vandenilio gamyba – tai absoliučiai novatoriškas projektas. Vandenilis būtinas naftos perdirbimui, kai kurių plastikų ir amonio trąšų gamybai. Jei pramoninio vandenilio staiga neliktų, naftos perdirbėjams ir plastiko gamintojams tektų apriboti gamybą, o pasaulinė amonio trąšų pramonė visiškai sustotų. Be trąšų pastebimai sumažėtų derliai, todėl įvairiose pasaulio šalyse, tikėtina, kiltų bado pavojus.
Kitaip tariant, šiandien vandenilis yra gana nišinis, bet svarbus produktas. Pasaulinė vandenilio gamyba dabar siekia maždaug 90 mln. tonų per metus. Skaičiuojant pinigais – apie 135 mlrd. eurų. Atrodytų, įprastas verslas, jei neimtume domėn aplinkos taršos: gaminant vandenilį sudeginami milžiniški kiekiai iškastinio kuro ir į atmosferą kasmet išmetama 800 mln. tonų anglies dvideginio. Tai du kartus viršija tokių Didžiojo septyneto valstybių kaip Jungtinė Karalystė arba Italija atitinkamus CO2 taršos rodiklius.
Vandenilio daugės, tarša mažės
Visa tai leidžia daryti logišką prielaidą: jei vandenilis išties būtinas ateities ekonomikai, reikia sukurti kur kas švaresnes jo gamybos technologijas.
Pirmiausias klausimas – ar tikrai be vandenilio žmonija neišsivers? Ekspertai tvirtina, kad šio amžiaus viduryje vandenilis bus naudojamas kur kas plačiau negu šiandien: pastatų šildymui, pramonėje, elektros energijos gamybai, transporte (ypač kaip kuras vilkikams ir kitiems galingiems automobiliams) ir kitose sferose. Banko „Goldman Sachs“ analitikų vertinimu, per nepilnus tris dešimtmečius vandenilio paklausa (ir tuo pačiu gavyba) turėtų išaugti daugiau kaip penkeriopai ir perkopti 500 mln. tonų per metus ribą.
Tvirtinama, kad vandenilis taps esminiu vadinamosios dekarbonizacijos elementu, t. y. bent kai kuriuose sektoriuose dalies pakeis anglį, dujas ir naftą, o tuo pačiu leis sumažinti aplinkos taršą. Jei, suprantama, bus sukurtas švarus paties vandenilio gamybos būdas.
Ar tai įmanoma? Daugybė mokslininkų ir analitikų sako, jog taip. Grynai teoriniu lygmeniu viskas paprasta: gaminant vandenilį skaidomos vandens molekulės (tam deginamos gamtinės dujos), todėl išskiriama labai daug CO2. Tad tereikia anglies dvideginį surinkti ir užkonservuoti, pavyzdžiui, požeminėse talpyklose.
Yra dar geresnė išeitis – vandens molekules skaidyti ne deginant dujas, o naudojant švarią energiją, pavyzdžiui, vėjo arba saulės. Tačiau be vyriausybių pagalbos išsiversti bus sunku. „Švaraus“ vandenilio projektus teks subsidijuoti lygiai taip pat, kaip biudžeto lėšomis buvo (ir daug kur tebėra) remiamos atsinaujinančių energijos šaltinių programos. Kai kurių ekspertų vertinimu, į „vandenilizaciją“ vien šį dešimtmetį ekonomiškai stipriausių valstybių vyriausybės turėtų investuoti iki 150 mlrd. eurų.
Kol kas rinkoje tvyro savotiška „vištos ir kiaušinio“ dilema: dalis pramonės įmonių lyg ir ryžtųsi „persijungti“ nuo iškastinio kuro prie vandenilio, bet imantis pokyčių joms svarbu užsitikrinti, kad po dvejų ar trejų metų vandenilio pasiūla bus pakankama. O potencialiems vandeninio gamintojams norisi garantijų, kad investavus milijardus po dvejų ar trejų metų rinkoje bus ne du ir ne dešimt „švaraus“ vandenilio pirkėjų. Analitikų teigimu, vyriausybės turėtų prisidėti abiem kryptimis, t. y. biudžeto pinigais turėtų būti remiama ir „švaraus“ vandenilio gamyba, ir pramonės įmonių pertvarka.
Pasaulis jau sukruto
Drąsiausias verslas, kaip visuomet, žengia avangarde. Šiuo metu pasaulyje jau pradėta daugiau kaip 300 didelių „vandenilizacijos“ projektų. Vienos organizacijos ketina gaminti „švarų“ vandenilį, kitos projektuoja ir stato vandenilio distribucijos tinklą, o trečios ruošiasi esminei veiklos transformacijai – jos atsisakys iškastinio kuro ir pakeis jį „švariu“ vandeniliu. Manoma, kad iki 2030-ųjų į tokio tipo komercines iniciatyvas bus investuota maždaug pusė trilijono eurų, skaičiuojant ir biudžeto asignavimus, ir privačias investicijas.
Daugiausia vandenilio gamybos įmonių, jei tikėsime „Goldman Sachs“ prognozėmis, bus sutelkta ekonomiškai stipriausiuose ir technologiškai pažangiausiuose pasaulio regionuose: Europos Sąjungoje, Šiaurės Amerikoje, Kinijoje ir Australijoje.
Šiame kontekste išsiskiria Omanas: šalyje bus pastatyta mažiausiai viena didelė vandenilio gamykla, kurios produkcija ne tik keliaus į užsienį, bet ir bus naudojama stambių vietos pramonės įmonių.
Omano Sultonato garbės konsulė Lietuvoje Boleta Senkienė nurodė, kad Omane labai rimtai imtasi kurti pagrindus „vandenilio ekonomikai“: įsteigtas specialus direktoratas, patvirtinti strateginiai tikslai ir kelios pirmosios konkrečios investicijų programos.
Vandenilio spalvos
Gamtoje laisvo vandenilio nėra, todėl jį reikia dirbtinai atskirti skaidant įvairius cheminius junginius, pavyzdžiui, vandenį. Tam, kaip minėta aukščiau, reikalingi milžiniški energijos kiekiai. Energijos galima gauti deginant anglį arba gamtines dujas. Be to, galima naudoti atominių elektrinių arba atsinaujinančių šaltinių tiekiamą energiją. Priklausomai nuo energijos šaltinio ir kitų aspektų, gaminamas vandenilis įgauna atitinkamą spalvą iš sutartinės spalvų paletės, kuri atspindi sąlyginę vandenilio „švarą“.
Jei vandenilio gavybai deginate anglį, jūsų vandenilis bus vadinamas juoduoju. Jei gamtines dujas – pilkuoju. Jei abiem atvejais „sugaunate“ išskirtą CO2 ir nukreipiate jį į požemines saugyklas, vandenilio spalva bus žydra. Jei naudojate atsinaujinančius šaltinius, galite vadintis žaliojo vandeninio gamintojais, o jei elektros energiją jums tiekia atominė elektrinė, jūsų vandenilis patenka į rožinę kategoriją.
Energijos šaltinis neišvengiamai lemia produkto kainą. Todėl dabar pilkojo vandenilio kilogramas vidutiniškai kainuoja apie 1 eurą už kilogramą, o žaliojo – net penkis kartus daugiau. Tačiau jau 2030-aisiais technologijų pažanga kainas turėtų radikaliai sumažinti, tad žaliasis vandenilis kainuos vidutiniškai 1 eurą už kilogramą. Skeptikams analitikai primena analogiškas tendencijas kitose srityse: dar prieš dešimtmetį saulės energijos moduliai ir galingi akumuliatoriai kainavo, šios dienos akimis, kosminius pinigus.
Viena vertus, neišvengiamai pigs iš atsinaujinančių šaltinių generuojama elektros energija. Kita vertus, tobulės elektrolizės procesas, kurio metu atskiriamas vandenilis. Bus statomi kur kas didesni elektrolizės agregatai, o masiškesnė gamyba beveik visuomet leidžia atpiginti galutinį produktą. Šiuo požiūriu transformacija bus radikali: jau šio dešimtmečio pabaigoje bendras elektrolizės įrenginių pajėgumas pasaulyje trisdešimt kartų pranoks šiandieninį.
Pažangiausios šioje srityje dirbančios bendrovės skelbia jau dabar esančios pajėgios masiškai tiekti vieno gigavato galios elektrolizės gamyklas. (Vienas gigavatas – tai elektros energijos kiekis, kurį vidutiniškai per metus pagamina vienas atominės elektrinės blokas.) Tokioje įmonėje pagaminto vandenilio kilogramas jau po poros metų kainuos apie 2 eurus, o po septynerių – eurą, taigi, galės kuo puikiausiai konkuruoti rinkoje. Palyginimui: 2021 metais tokio vandenilio kaina kai kur siekė net 10 eurų už kilogramą.
Neįtikėtina, bet įmanoma
Vandenilio naudojimo sritys įvairios. Pavyzdžiui, šių metų pradžioje Niujorke imtasi eksperimento: vienoje elektros energiją gaminančioje elektrinėje į gamtines dujas nuspręsta įmaišyti apie 30 proc. vandenilio (gauto naudojant hidroelektrinės generuotą energiją). Iš pirmojo žvilgsnio – visiška nesąmonė, nes energijos sąnaudos vandenilio gavybai visuomet bus didesnės už energijos kiekį, gautą deginant gautą vandenilį. Bet elektros rinkoje ne viskas taip paprasta. Būna, kad saulės ir vėjo elektrinės prigamina per daug elektros, todėl jos kaina sumažėja iki nulio, o kartais pasiekia neigiamas reikšmes (t. y. elektros tinklų operatoriai moka vartotojams už tai, kad jie vartotų elektros energiją). Tokiais atvejais būtų prasminga įjungti elektrolizės įmones: jos naudotų labai pigią arba nemokamą elektrą, o pagamintą vandenilį tiektų elektrinėms, kurios, maišydamos vandenilį su gamtinėmis dujomis, mažintų tiekiamos elektros ir šilumos savikainą.
JAV įgyvendinamas ir dar vienas projektas, galintis tapti pavyzdiniu. Jutos valstijoje statoma vandenilio gamykla, naudosianti tik iš atsinaujinančių šaltinių gautą elektrą. Pagamintas vandenilis bus kaupiamas šalia stūksančiuose kalnuose, tiksliau, specialiai pritaikytose olose. Dalis vandenilio bus deginama ir gamins „švarią“ elektrą, kuri laidais keliaus į didžiuosius JAV miestus.
Aktyviai kalbama ir apie vandenilio eksportą. Ekspertų nuomone, tam bus galima naudoti dujotekius ir specialius laivus, panašius į tuos, kurie gabena suskystintas gamtines dujas. Tai itin aktualu Omanui. Stambių pramonės įmonių, galinčių naudoti vandenilį gamybos procesuose, šalyje nėra daug. Kita vertus, saulės ir vėjo energetika Omane itin perspektyvi, tad šalis gali tapti svarbiu „švaraus“ vandenilio tiekėju.
Vandenilis kaip kuras
Vandeniliu pakeisti naftą, dujas ir anglį kaip energijos šaltinius – tokia idėja sklando jau seniai. Degdamas vandenilis išskiria beveik tris kartus daugiau energijos negu gamtinės dujos. O vandenilio varikliai visiškai neteršia aplinkos: vandeniliu varomas automobilis išskiria ne nuodingas dujas, o paprasčiausią vandenį. Atrodytų, ekonominė ir ekologinė nauda akivaizdi. Bėda, kad šiandienos technologinis lygis neleidžia tokių planų įgyvendinti bent kiek apčiuopiamu mastu. Todėl kol kas vandenilis kaip kuras naudojamas labai ribotai: kai kurių kosminių raketų varikliuose ir įvairiems eksperimentams transporte.
Būtent šie eksperimentai gali jau visai netrukus atverti naujų perspektyvų. Visų pirma kalbama apie aviaciją ir laivybą. Netolimiems maršrutams jau šiandien pakanka akumuliatorinių laivų bei lėktuvų, bet dideliems atstumams reikia vandeniliu varomų agregatų. Bandymai atliekami ir ore, ir vandenyje, o nuo jų rezultatų priklausys, ar jau netrukus pasaulinėje pramonėje bus sukurta nauja perspektyvi niša.
Karščiausios galvos aiškina, kad jau 2035 metais nemažą dalį lėktuvų varys vandenilis. Atsargesni specialistai tvirtina, kad reikia įveikti mažiausiai vieną esminę kliūtį – sukurti technologiją, leidžiančią nebrangiai suskystinti vandenilį, nes tik tuomet jis tūriu prilygs aviaciniam kurui, o efektyvumu bus tris kartus pranašesnis. Tam reikia vandenilį atšaldyti iki -253°C. (Absoliutaus nulio temperatūra yra -273°C.)
Skirtingos kryptys automobiliams
Automobilių pramonėje irgi toli gražu ne viskas aišku. Visų pirma esama didelių abejonių, ar vandenilinis variklis pajėgs konkuruoti su elektriniu. Japonijoje „Toyota“ eksperimentų su vandeniliniais varikliais ėmėsi dar XX amžiaus pabaigoje, tačiau investuoti milijardai dolerių kol kas apčiuopiamų rezultatų nesubrandino. Šiuo metu šalies keliais rieda tik keliolika tūkstančių „vandenilinių“ automobilių. Tiesa, vyriausybė tikisi, kad jų skaičius 2025 metais sieks du šimtus tūkstančių. Kita vertus, kai kurie kiti automobilių gamintojai (pavyzdžiui, „Honda“) atitinkamų eksperimentų apskritai atsisakė. Jų esminis argumentas, bent kol kas, sunkiai atremiamas: elektromobiliai „pagal paskirtį“ sunaudoja 80 proc. akumuliatorių energijos, o „vandenilinių“ automobilių efektyvumas tesiekia 50 procentų. Ar šis rodiklis artimiausiu metu pastebimai pakils – neaišku.
Tačiau didžiųjų sunkvežimių rinkoje vaizdas kitoks, nes elektriniai sunkvežimiai ekonomiškai patrauklūs tik jei jie palyginti kompaktiški ir gabena nedidelius krovinius. Didžiuosiuose vilkikuose akumuliatorinis variklis pasiteisina tik tokiu atveju, jei vilkikai aptarnauja ne toliau kaip už 200 km esančius klientus. Šiaip ar taip, tokie automobiliai visuomet „pririšti“ prie elektros tiekimo tinklo.
Jau daugiau kaip 100 metų gyvuojanti JAV bendrovė „Cummins Inc.“, pagarsėjusi kaip galingų tradicinių variklių gamintoja, pastaraisiais metais ėmė rimtai tikėti „vandenilio ateitimi“: ji supirko kelias įmones, gaminančias elektrolizės įrangą, kuro kapsules ir vandenilio talpas. Jos specialistų skaičiavimu, jau šio dešimtmečio pabaigoje finansinių požiūriu savininkui bus vienodai naudinga eksploatuoti ir dyzeliniu kuru, ir vandeniliu varomus sunkvežimius.
Optimistiškai nusiteikę ir kai kurie traukinių gamintojai. Pavyzdžiui, Prancūzijos „Alstom“ tikisi, kad per artimiausią dešimtmetį vien Europoje teks nurašyti kelis tūkstančius dyzelinių lokomotyvų, o juos pakeis vandeniliu varomi agregatai. Jie neterš aplinkos, o riedės dar tyliau ir komfortiškiau.
Apibendrinant galima remtis vieno JAV konsultanto prognoze. Pasak jo, vandenilio įsigalėjimo perspektyva primena girnapusę: ji išjuda sunkiai, bet vėliau sukasi be ypatingų pastangų. Kita vertus, pavojų esama nemažiau negu bet kuriame kitame inovacijų sektoriuje: gerai nepasverti sprendimai gali aptemdyti net pačias gražiausias idėjas.
