Trumpai apie vandenilį

Gavyba iš iškastinio kuro, arba riformingas – tai labiausiai paplitęs vandenilio gamybos būdas, atliekant angliavandenių ir alkoholių konversiją esant 700 – 900 ⁰C temperatūrai. Skiriami trys riformingo tipai:

• Garų reformingas – oksidantas (vanduo), endoterminė reakcija, žaliava (metanas),
• Dalinė oksidacija – oksidantas (deguonis/ oras), egzoterminė reakcija, žaliava (sunkieji angliavandeniliai), naudojamas aukštas slėgis ir temperatūra, mažiau efektyvūs,
• Autoterminis reformingas – dalinės oksidacijos ir reformingo kombinacija, oksidantas (vanduo ir deguonis/ oras), žaliava (metanas).

Žaliasis vandenilis gaminamas elektrolizės būdu, vadinamuose „Power-to-gas“ arba P2G įrenginiuose. Toks įrenginys iš vienos pusės jungiamas prie atsinaujinančios elektros energijos gamybos įrenginių ir vandens tiekimo sistemos, o iš kitos pusės – prie dujotiekių sistemos.  Elektros srovę leidžiant per vandenį „power-to-gas“ įrenginyje, vandens molekulės skyla į deguonį ir vandenilio dujas. Tuomet vandenilio dujos įleidžiamos į dujotiekių tinklą, kur susimaišo su gamtinėmis dujomis ir tiekiamos vartotojams arba laikomos dujotiekyje.

Plačiau apie vandenilio technologiją galima sužinoti peržiūrėję žemiau esantį filmuką:

Vandenilis gali būti transportuojamas autovežiais, laivais ir vamzdynais. Transportuojant sausumos transportu, dujinis vandenilis turi būti suslėgtas, kad padidėtų jo energijos tankis ir būtų galima efektyviau transportuoti. Esant skystam vandeniliui, naudojamos itin izoliuotos kriogeninės austocisternos.

Vandenilį galima transportuoti dujų sistema (tiek perdavimo, tiek ir skirstymo), kaip gamtinių dujų ir vandenilio mišinį arba, pertvarkius dujų sistemą, pritaikytą transportuoti grynam vandeniliui. Dujų perdavimo sistemos operatoriai visoje Europoje ir kituose kontinentuose atnaujina savo infrastruktūrą, kad dujotiekiais galėtų tekėti vandenilis arba vandenilio ir gamtinių dujų mišinys.

Vandenilio transportavimas vamzdynais, esant kelių tūkstančių kilometrų atstumui, yra kelis kartus ekonomiškesnis nei transporto priemonėmis.

Planuojame, kad per ateinančius dešimt metų pritaikysime dujų perdavimo sistemą naujai energijai ir Lietuvos dujotiekiais tekės ne tik gamtinės dujos, bet ir vandenilis. Svarbu nustatyti, kokius dujų sistemos pertvarkymo darbus reikėtų atlikti, kad galėtume transportuoti vandenilį. Tiriame vandenilio maišymo su gamtinėmis dujomis sąlygas ir tokio mišinio elgseną dujotiekyje. Aiškinamės, kokią dalį vandenilis galėtų užimti bendrame dujų sraute, koks vandenilio ir dujų mišinio poveikis būtų visai dujų sistemai – tiek perdavimo, tiek ir skirstymo. Taip pat labai svarbus ekonomikos poreikis, skaičiavimai, kiek vandenilio bus suvartojama trumpuoju ir ilguoju periodu. 

Mažai ištirta sritis yra vandenilio saugojimas. Norint įvertinti galimybes ir naudą, būtina atlikti geologinio vandenilio saugojimo ir antžeminio amoniako, metanolio saugojimo galimybes ir įvertinti vandenilio saugojimo galimybes regioniniu mastu, tai yra, kokia galėtų būti prieiga prie kitose regiono valstybėse būsiančių vandenilio saugyklų.

 Papildomai būtina išnagrinėti sintetinio metano, kaip ilgalaikio vandenilio saugojimo būdo, panaudojimo galimybes. Sintetinio metano gamyba iš žaliojo vandenilio suteiktų galimybę jį saugoti balansuojant sezoninius poreikio svyravimus ir išlaikyti esamą gamtinių dujų infrastruktūrą. Atliktos analizės rodo, kad amoniakas taip pat gali vaidinti svarbų vaidmenį vystant Lietuvos vandenilio sektorių, todėl būtina tinkamai įvertinti jo saugojimo galimybes.

Vandeniliu galima pakeisti iškastinį kurą dalyje taršių pramonės procesų, sumažinti išmetamą ŠESD kiekį ir sustiprinti chemijos, metalų ir kitų taršių pramonės sektorių konkurencingumą ateityje. Vandenilį galima naudoti kaip žaliavą, degalus, energijos nešėją arba energijos kaupimo priemonę. Jis taip pat turi plačias panaudojimo galimybes pramonės, transporto ir energetikos sektoriuose. Siekiant mažinti priklausomybę nuo iškastinio kuro, vandenilis gali būti žaliava arba energijos šaltinis procesuose ir sektoriuose, kuriuose tiesioginė elektrifikacija yra techniškai neįmanoma arba nekonkurencinga. Jo potencialas matomas ir energetikos sektoriuje kaip priemonė balansuoti energetikos sistemą ir kaupti perteklinę AEI energiją.

Pramonė. Pramonės sektoriuje vandenilis atlieka svarbų vaidmenį gaminant įvairius cheminius junginius, valant naftos produktus ir apdirbant metalus. Vandenilis kaip žaliava naudojamas amoniako, metanolio, vandenilio peroksido, tirpiklių, plastiko, poliesterio, nailono gamyboje. Vandenilio dujos naudojamos krosnyse metalams grūdinti, o vandenilio ir deguonies liepsna naudojama juodiesiems metalams pjauti. Vandenilis taip pat dažnai maišomas su argonu ir naudojamas suvirinant metalus.

Transportas. Transporto sektoriuje vandenilio dujos gali būti naudojamos kaip aplinkos neteršianti degalų alternatyva benzinui ir dyzelinui. Dujinės ar skystos formos vandenilis gali būti naudojamas kuro elementuose ar specialiai pritaikytuose vidaus degimo varikliuose, o jo degimo metu į aplinką neišmetamos kenksmingos dalelės. Vandenilis turi didžiulį potencialą kaip alternatyvieji degalai transporto sektoriuje. Dalį esamų transporto priemonių, ypač lengvuosius automobilius, galima pakeisti elektromobiliais, tačiau sunkiojo transporto elektrifikacija yra gerokai sudėtingesnė dėl ribotų techninių galimybių ir didelių sąnaudų. Baterijų naudojimas sunkiajame transporte kelia praktinių pritaikymo problemų, todėl kiti energijos šaltiniai (pavyzdžiui, vandenilis, sintetinis metanas ar amoniakas) gali būti geresnė alternatyva užtikrinant aprūpinimą kuru neelektrifikuotų linijų traukiniuose, krovininiuose laivuose arba lėktuvuose.

Energetika. Energetikos sektoriuje, siekiant sumažinti priklausomybę nuo iškastinio kuro, būtina elektros energijos AEI gamybos pajėgumų plėtra. Priklausomybė nuo klimatinių oro sąlygų lemia tai, kad AEI gamybos įrenginiams sudėtinga užtikrinti elektros energijos generacijos stabilumą, kas apsunkina elektros energijos perdavimą ir skirstymą. Siekiant efektyviai išnaudoti pagamintą elektros energiją ir sumažinti techninius iššūkius, susijusius su tinklo valdymu, būtina plėtoti energijos saugojimo sprendimus, kurie leistų kaupti perteklinę energiją ir naudoti ją tada, kai rinkoje trūksta elektros energijos. Žaliojo vandenilio gamyba elektrolizės būdu galėtų būti išnaudojama elektros energijos tinklo lankstumo paslaugoms ir stabilizavimo užtikrinimui, kartu įgyvendinus vandenilio saugojimo sprendinius. Kadangi vandenilis gali būti naudojamas kaupiant didelius energijos kiekius ilgą laiką, vandenilio gamybos ir saugojimo technologijos turi potencialo kompensuoti sezoninius elektros energijos paklausos svyravimus. Be to, vandenilis gali būti transportuojamas sunkvežimiais, laivais ar vamzdynais, todėl AEI elektros energiją galima gaminti ten, kur tai efektyviausia, ir vandenilio forma transportuoti tolimais atstumais, nesudarant apkrovos elektros energijos tinklui. Taip pat vandenilis gali būti verčiamas į įvairiuose sektoriuose naudojamus pridėtinės vertės produktus, pavyzdžiui, į sintetinį metaną, amoniaką ir kt.

Power-to-X. Elektros energijos pavertimo dujomis procesas (angl. Power-to-Gas arba P2G) – AEI pertekliaus (AEI perteklius – periodai, kuomet AEI generacija yra didelė ir rinkoje susiformuoja žema elektros energijos kaina) pavertimo vandenilio dujomis procesas naudojant elektrolizės (metodas, kuriuo atskiriami susijungę cheminiai elementai bei junginiai, per juos leidžiant elektros srovę) technologiją. Vandenilis gali būti naudojamas tiesiogiai arba tolesni veiksmai (žinomi kaip dviejų pakopų P2G sistemos) gali paversti vandenilį sintetinėmis dujomis, metanu arba suskystintomis angliavandenilių dujomis. Šis procesas dar vadinamas elektros energijos pavertimo į X (angl. Power-to-X arba PtX), kuomet X reiškia bet kokį produktą, pagamintą iš vandenilio dujų, kurios buvo gautos iš AEI pertekliaus.

Trąšos ir naftos perdirbimo sektoriai. Didžiausia vandenilio paklausa šiuo metu matoma trąšų pramonėje, tačiau didelę riziką šio sektoriaus konkurencingumui kelia vandenilio kaina.

Be trąšų pramonės, žaliasis vandenilis naudojamas naftos perdirbimo sektoriuje, ir potencialiai galėtų būti naudojamas kituose aukštos temperatūros reikalaujančiuose pramoniniuose procesuose ir pakeisti gamtines dujas. Vandenilio gamybos ir naudojimo pramonėje Lietuvoje potencialas siejamas ir su tokiomis ekonominėmis veiklomis, kurių procesų metu reikalinga itin aukšta ir stabili temperatūra (stiklo gamyba, cemento gamyba ir kt.).

Namų ūkis. Vandenilis gali būti naudojamas namų ūkiuose. Vandenilis suteikia galimybę saugoti sukauptą energiją vasarą ir ją panaudoti žiemą: nesuvartota energija kaupiama baterijoje ir, kai baterija pilna, gaminamas vandenilis žiemai. Esant šaltajam sezonui, sukuptas vandenilis naudojamas gaminti elektros energiją ir įkrauna bateriją. Elektrolizės metu išskiriama šiluma gali būti naudojama karštam vandeniui ruošti  vasarą, o žiemą – patalpų oro šildymui. Škotijoje pristatyti pirmieji 300 namų, kuriuose įrengti katilai, šildytuvai ir maisto ruošimo prietaisai, pritaikyti naudoti vandenilio dujas.