Yeşil Hidrojen Nedir ve Neden İhtiyacımız Var?

Hidrojenin kritik enerji zorluklarının üstesinden gelmede kilit bir rol oynama potansiyelinden yararlanmanın tam zamanıdır. Yenilenebilir enerji teknolojilerinin ve elektrikli araçların son zamanlardaki başarıları, politika ve teknoloji inovasyonunun küresel temiz enerji endüstrileri kurma gücüne sahip olduğunu göstermiştir.

Hidrojen, yenilenebilir kaynaklardan gelen enerjiyi hidrojen bazlı yakıtlarla depolamak için önde gelen seçeneklerden biri olarak ortaya çıkıyor ve potansiyel olarak yenilenebilir kaynaklardan enerjiyi uzun mesafelerde taşıyor - bol miktarda enerji kaynağına sahip bölgelerden, binlerce kilometre uzaktaki enerjiye aç bölgelere.

Yeşil hidrojen, BM İklim Konferansı'nda COP26'da ağır sanayi, uzun mesafeli navlun, nakliye ve havacılığın karbondan arındırılmasının bir aracı olarak bir dizi emisyon azaltma taahhüdünde yer aldı. Hem hükümetler hem de endüstri, hidrojeni net sıfır ekonomisinin önemli bir ayağı olarak kabul etti.

Yeşil hidrojenin maliyetini düşürmek için Birleşmiş Milletler girişimi olan Yeşil Hidrojen Mancınığı, yeşil elektrolizörler için hedefini geçen yıl belirlenen 25 gigawatt'tan 2027 yılına kadar 45 gigawatt'a neredeyse iki katına çıkardığını açıkladı. Avrupa Komisyonu, hidrojen de dahil olmak üzere yenilenebilir ve düşük karbonlu gazların alımını kolaylaştırarak AB gaz piyasasını karbondan arındırmak ve Avrupa'daki tüm vatandaşlar için enerji güvenliğini sağlamak için bir dizi yasal öneri kabul etti. Birleşik Arap Emirlikleri de, ülkenin yeni hidrojen stratejisinin 2030 yılına kadar küresel düşük karbonlu hidrojen pazarının dördüncüsünü elinde tutmayı hedeflemesiyle hırsını artırıyor ve Japonya geçtiğimiz günlerde önümüzdeki 10 yıl boyunca hidrojen kullanımının araştırılmasını ve geliştirilmesini ve teşvik edilmesini hızlandırmak için yeşil inovasyon fonundan 3,4 milyar dolar yatırım yapacağını açıkladı.

Hidrojen teknolojilerini tanımlarken 'gri', 'mavi', 'yeşil' terimlerinin ilişkilendirilmesiyle karşılaşabilirsiniz. Her şey üretilme şekline bağlı. Hidrojen yakıldığında sadece su yayar, ancak onu oluşturmak karbon yoğun olabilir. Üretim yöntemlerine bağlı olarak, hidrojen gri, mavi veya yeşil olabilir ve hatta bazen pembe, sarı veya turkuaz olabilir. Bununla birlikte, yeşil hidrojen, iklim nötr bir şekilde üretilen tek türdür ve 2050 yılına kadar net sıfıra ulaşmayı kritik hale getirmektedir.

Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı (IRENA) Enerji Sektörü Dönüşüm Stratejileri Başkanı Dr. Emanuele Taibi'den yeşil hidrojenin ne olduğunu ve net sıfır emisyona giden yolu nasıl açabileceğini açıklamasını istedik. Şu anda Bonn, Almanya'daki IRENA İnovasyon ve Teknoloji Merkezi'nde görev yapmakta olup, burada Üye Ülkelere enerji sektörünün dönüşümü için stratejiler geliştirmede yardımcı olmaktan ve şu anda enerji geçişi için kilit etkinleştiriciler olarak güç sistemi esnekliği, hidrojen ve depolama çalışmalarını yönetmekten sorumludur. Dr. Taibi aynı zamanda Dünya Ekonomik Forumu'nun Stratejik İstihbarat platformunun eş küratörüdür ve burada ekibi Hidrojen üzerine dönüşüm haritasını geliştirmiştir.

Yeşil hidrojen teknolojileri

Enerji teknolojilerindeki uzmanlığınızı geliştirmek için sizi motive eden nedir ve IRENA'daki çalışmalarınız buna nasıl katkıda bulunuyor?

Yüksek lisans tezim sırasındaydı. İtalyan Ulusal Enerji ve Çevre Ajansı'nda (ENEA) staj yaptım ve burada sürdürülebilir kalkınma ve enerji ile ikisi arasındaki bağlantı hakkında bilgi edindim. Tezimi yönetim mühendisliği üzerine bu konuda yazdım ve çalışma hayatıma odaklanmak istediğim alanın burası olduğuna karar verdim. Enerji ve uluslararası işbirliğinde yaklaşık 20 yıllık deneyimim, Enerji Teknolojisinde doktora ve özel sektör, araştırma ve hükümetlerarası kurumlarda harcanan zaman, şu anda IRENA'da 2017'den beri enerji sektörü dönüşüm ekibine liderlik ediyorum.

IRENA'daki çalışmam, ekibimle birlikte ve ajanstaki meslektaşlarım ve Dünya Ekonomik Forumu gibi dış ortaklarla yakın işbirliği içinde, yenilenebilir elektrik arzına ve enerji sektörünü yeşil elektronların yanı sıra hidrojen ve türevleri gibi yeşil moleküller yoluyla karbondan arındırmak için kullanılmasına odaklanarak, enerji geçişinde 166 Üye Ülkemizi desteklemeye katkıda bulunmaktır.

Yeşil hidrojen nedir? Geleneksel emisyon yoğun 'gri' hidrojen ve mavi hidrojenden farkı nedir?

Hidrojen, periyodik tablodaki en basit ve en küçük elementtir. Nasıl üretilirse üretilsin, aynı karbonsuz molekülle sonuçlanır. Bununla birlikte, onu üretme yolları çok çeşitlidir ve karbondioksit (CO2) ve metan (CH4) gibi sera gazlarının emisyonları da öyledir.

Yeşil hidrojen, yenilenebilir elektrik kullanılarak suyun hidrojen ve oksijene bölünmesiyle üretilen hidrojen olarak tanımlanır. Bu hem gri hem de maviye kıyasla çok farklı bir yoldur.

Gri hidrojen geleneksel olarak metandan (CH4) üretilir, buharla CO2'ye (iklim değişikliğinin ana suçlusu - ve H2, hidrojene bölünür. Gri hidrojen, kömürden de giderek daha fazla üretilmekte, üretilen hidrojen birimi başına önemli ölçüde daha yüksek CO2 emisyonları vardır, bu da genellikle gri yerine kahverengi veya siyah hidrojen olarak adlandırılır. Bugün endüstriyel ölçekte üretilmekte olup, İngiltere ve Endonezya'nın birleşik emisyonlarıyla karşılaştırılabilir emisyonlarla ilişkilidir. Enerji geçiş değeri yoktur, tam tersi.

Mavi hidrojen, gri ile aynı işlemi izler; hidrojen metandan (veya kömürden) ayrıldığında üretilen CO2'yi yakalamak ve uzun süre depolamak için gerekli ek teknolojilerle. Tek bir renk değil, çok geniş bir derecelendirmedir, çünkü üretilen CO2'nin% 100'ü yakalanamaz ve tüm depolama araçları uzun vadede eşit derecede etkili değildir. Ana nokta, CO2'nin büyük bir bölümünü yakalayarak, hidrojen üretiminin iklim etkisinin önemli ölçüde azaltılabilmesidir.

Yüksek yakalama oranları (% 90-95) ve CO2'nin katı formda etkili uzun süreli depolanması için umut vaat eden teknolojiler (yani metan pirolizi) vardır, potansiyel olarak maviden çok daha iyidir ki, "hidrojen taksonomisi gökkuşağı" olan turkuaz hidrojende kendi renklerini hak ederler. Bununla birlikte, metan pirolizi hala pilot aşamadadır, yeşil hidrojen ise iki temel teknolojiye dayanarak hızla artmaktadır - yenilenebilir enerji (özellikle güneş PV ve rüzgardan, ancak sadece değil) ve elektroliz.

Bugün çoğu ülkede ve bölgede en ucuz elektrik kaynağı olan yenilenebilir enerjinin aksine, yeşil hidrojen üretimi için elektrolizin önümüzdeki on yıl veya iki yıl içinde maliyetini önemli ölçüde artırması ve maliyetini en az üç kat azaltması gerekiyor. Bununla birlikte, CCS ve metan pirolizinin aksine, elektroliz bugün ticari olarak temin edilebilir veşu anda birden fazla uluslararası tedarikçi.

Yeşil hidrojen enerjisi çözümleri

'Yeşil' hidrojen ekonomisine yönelik enerji geçiş çözümlerinin yararları nelerdir? Şu anda gri hidrojenle bulunduğumuz yerden yeşil hidrojen ekonomisine nasıl geçebiliriz?

Yeşil hidrojen, enerji geçişinin önemli bir parçasıdır. Bu bir sonraki acil adım değil, çünkü öncelikle mevcut güç sistemlerini karbondan arındırmak için yenilenebilir elektriğin dağıtımını daha da hızlandırmamız, düşük maliyetli yenilenebilir elektrikten yararlanmak için enerji sektörünün elektrifikasyonunu hızlandırmamız ve nihayet ağır sanayi, nakliye ve havacılık gibi elektrifikasyonu zor sektörleri yeşil hidrojen yoluyla karbondan arındırmamız gerekiyor.

Bugün, yüksek CO2 (ve metan) emisyonlarına sahip önemli miktarda gri hidrojen ürettiğimize dikkat etmek önemlidir: öncelik, örneğin doğal gazdan amonyağı yeşil amonyakla değiştirerek mevcut hidrojen talebini karbondan arındırmaya başlamak olacaktır.

Son zamanlarda yapılan çalışmalar, yeşil hidrojen maliyet açısından rekabetçi hale gelene kadar bir geçiş yakıtı olarak mavi hidrojen kavramı hakkında bir tartışmaya yol açmıştır. Yeşil hidrojen, mavi hidrojen karşısında nasıl maliyet açısından rekabetçi hale gelir? Teknoloji geliştirme sürecinde ne tür stratejik yatırımların yapılması gerekiyor?

İlk adım, mavi hidrojenin grinin yerini alması için bir sinyal sağlamaktır, çünkü CO2 yaymak için bir fiyat olmadan, şirketlerin karmaşık ve maliyetli karbon yakalama sistemine (CCS) ve CO2'nin jeolojik depolarına yatırım yapmaları için bir iş durumu yoktur. Çerçeve, düşük karbonlu hidrojenin (mavi, yeşil, turkuaz) gri hidrojen ile rekabet edebilecek şekilde olması durumunda, soru şu hale gelir: risk mahsur kalan varlıklara sahip olmaksa CCS'ye yatırım yapmalı mıyız ve yeşil ne kadar sürede maviden daha ucuz hale gelecek.

Cevap elbette bölgeye göre farklılık gösterecektir. Net sıfır bir dünyada, giderek daha fazla ülkenin taahhüt ettiği bir hedef, mavi hidrojenden kalan emisyonların negatif emisyonlarla dengelenmesi gerekecektir. Bunun bir bedeli olacak. Buna paralel olarak, gaz fiyatları son zamanlarda çok değişken olmuştur, mavi hidrojen fiyatı gaz fiyatı ile yüksek oranda ilişkili kalmakta ve sadece CO2 fiyat belirsizliğine değil, aynı zamanda doğal gaz fiyat oynaklığına da maruz kalmaktadır.

Bununla birlikte, yeşil hidrojen için, güneş PV'ninkine benzer bir hikayeye tanık olabiliriz. Sermaye yoğundur, bu nedenle yenilenebilir teknolojilerin ve elektrolizörlerin üretimini ölçeklendirirken, yeşil hidrojen yatırımları için sermaye maliyetini azaltmak için düşük riskli bir offtake yaratarak yatırım maliyetini ve yatırım maliyetini azaltmamız gerekir. Bu, uçucu ve potansiyel olarak artan mavi hidrojen maliyetinin aksine, istikrarlı, azalan bir yeşil hidrojen maliyetine yol açacaktır.

Yenilenebilir enerji teknolojileri, bugün tüm dünyada rekabetçi yenilenebilir elektrik üretimine izin veren, rekabetçi yeşil hidrojen üretimi için bir ön koşul olan bir olgunluk seviyesine ulaştı. Yine de elektrolizörler hala çok küçük ölçekte konuşlandırılıyor ve maliyetlerini üç kat azaltmak için önümüzdeki otuz yıl içinde üç büyüklük sırasına göre bir ölçeğe ihtiyaç duyuyorlar.

Bugün yeşil hidrojen projeleri için boru hattı, 2030'dan önce elektrolizör maliyetinin yarıya indirilmesi için yolda. Bu, en iyi yenilenebilir kaynakların bulunduğu büyük projelerle birleştiğinde, önümüzdeki 5-10 yıl içinde rekabetçi yeşil hidrojenin uygun ölçekte bulunmasına yol açabilir. Bu, bugün hala pilot aşamada olan mavi hidrojenin pilottan ticari ölçeğe ölçeklenmesi, karmaşık projelerin (örneğin uzun vadeli jeolojik CO2 depolama) ticari ölçekte ve rekabetçi maliyetle konuşlandırılması ve önümüzdeki 10-15 yıl içinde yapılan yatırımların geri kazanılması için fazla zaman bırakmıyor.

Birçok hükümet şimdi hidrojen yakıt teknolojilerini ulusal stratejilerine dahil etti. Ekonominin karbonsuzlaştırılmasına ve daha yüksek karbon yakalama oranlarına sahip teknolojilerin etkinleştirilmesine yönelik artan talepler göz önüne alındığında, yeşil hidrojenin artılarını ve eksilerini değerlendiren politika yapıcılara ve karar vericilere tavsiyeniz ne olacaktır?

Özellikle endüstri, nakliye ve havacılık için net sıfır emisyona ulaşmak için yeşil hidrojene ihtiyacımız olacak. Ancak, en acil ihtiyacımız olan şey:

1) enerji verimliliği;

2) elektrifikasyon;

3) yenilenebilir enerji üretiminin hızlandırılmış büyümesi.

Bu başarıldığında, karbondan arındırılma talebinin yaklaşık% 40'ı ile kalırız ve yeşil hidrojene, modern biyoenerjiye ve yenilenebilir enerjilerin doğrudan kullanımına ihtiyacımız olan yer burasıdır. Elektriği karbondan arındırmak için yenilenebilir enerjiyi daha da büyüttüğümüzde, rekabetçi yeşil hidrojen üretmek ve azaltılması zor sektörleri minimum ekstra maliyetle karbondan arındırmak için yenilenebilir enerji kapasitesini daha da genişletebilecek bir konumda olacağız.

2030 yılına kadar hidrojenle ilgili enerji teknolojilerinin nerede geliştiğini görüyorsunuz? Hidrojenle çalışan ticari araçları öngörebilir miyiz?

Hidrojen talebinin zaten var olduğu önümüzdeki on yılda yeşil hidrojenin hızlı bir şekilde alınması için bir fırsat görüyoruz: amonyak, demir ve diğer mevcut malların karbondan arındırılması. Hidrojen kullanan birçok endüstriyel süreç, CO2'nin uygun şekilde fiyatlandırılması veya bu sektörlerin karbonsuzlaştırılması için başka mekanizmaların devreye sokulması koşuluyla, grinin yerini yeşil veya mavi ile değiştirebilir.

Nakliye ve havacılık için durum biraz farklıdır. Yeşil hidrojene dayanan, ancak esas olarak petrolden üretilen jet yakıtı ve metanol ile aynı olan damla yakıtlar, mevcut uçaklarda ve gemilerde, minimum ayarlama yapılarak veya hiç ayarlama yapılmadan kullanılabilir. Bununla birlikte, bu yakıtlar, yanma sırasında tekrar salınmak üzere bir yerden yakalanması ve hidrojene eklenmesi gereken CO2 içerir: bu, CO2 emisyonları sorununu azaltır ancak çözmez. Sentetik yakıtlar, azaltılmış (ortadan kaldırılmamış) emisyonların ekstra maliyetini haklı çıkarmak için doğru teşvikler mevcutsa, 2030'dan önce konuşlandırılabilir.

Önümüzdeki yıllarda, gemiler yeşil hidrojen ve havadan azottan üretilen, CO2 içermeyen bir yakıt olan yeşil amonyağa geçebilir, ancak motorların ve tankların yerini almak için yatırımlara ihtiyaç duyulacaktır ve yeşil amonyak şu anda akaryakıttan çok daha pahalıdır.

Hidrojen (veya amonyak) uçakları daha uzakta ve bunlar esasen mevcut jet yakıtıyla çalışan uçakların yerini almak için tasarlanması, inşa edilmesi ve havayollarına satılması gereken yeni uçaklar olacak - 2030 yılına kadar açıkça mümkün değil: Bu anlamda, yeşil hidrojen ve sürdürülebilir biyoenerjinin bir kombinasyonu ile üretilen yeşil jet yakıtı - yakın vadede konuşlandırılabilecek bir çözümdür.

Sonuç olarak, bugün ve 2030 arasında karbonsuzlaştırmayı hızlandırmak için ana eylemler şunlardır: 1) enerji verimliliği 2) yenilenebilir enerji ile elektrifikasyon 3) yenilenebilir enerji üretiminin hızlı bir şekilde hızlandırılması (yenilenebilir elektriğin zaten düşük olan maliyetini daha da azaltacaktır) 4) CO2 gerektiren yeşil yakıtlar üretmek için ihtiyaç duyulan sürdürülebilir, modern biyoenerjinin ölçeğinin artırılması 5) gri hidrojenin yeşil hidrojen ile karbondan arındırılması, bu da ölçek getirecek ve elektroliz maliyetini düşürecek, yeşil hidrojeni 2050 yılına kadar net sıfır emisyona ulaşma hedefine doğru 2030'larda daha fazla ölçek büyütmek için rekabetçi ve hazır hale getirecektir.

Dünya Ekonomik Forumu, 2017'den bu yana temiz hidrojen gündeminin uzun süredir destekçisidir ve diğerlerinin yanı sıra, Hidrojen Konseyi'nin oluşturulmasına, Mission Innovation ile ortaklaşa bir hidrojen İnovasyon Mücadelesinin kurulmasına ve Enerji Geçişleri Komisyonu ile birlikte, azaltılması zor sektörlerin 2050 yılına kadar net sıfır emisyona geçişine yardımcı olmak için Mission Possible platformunun oluşturulmasına yardımcı olmuştur. Hızlandırıcı Temiz Hidrojen Girişimi hakkında daha fazla bilgiyi buradan edinebilirsiniz.