Marko Kovač je raziskovalec na Centru za energetsko učinkovitost na Inštitutu Jožefa Stefana. Ukvarja se z numeričnimi modeli za napovedovanje trendov porabe energije. Na konferenci Dnevi energetikov, ki bo 16. in 17. aprila v Portorožu, bo govoril o nizkoogljičnih tehnologijah v industriji. Kakšen pa je njegov pogled na možnosti uporabe vodika?
Zadnja leta se veliko govori o uporabi vodika za gospodarske namene. Kakšen je vaš pogled?
Do uporabe vodika sem nekoliko skeptičen. Nekateri se malce posmehujejo, ker stalno omenjam Hindenburga, a to je morebiti znamenje, kaj gre lahko narobe. Zavedam pa se, da je stanje tehnologije in predvsem varnosti precej drugačno kot pred 80 leti. O tem govorijo tudi druge industrijske panoge.
V vodikov zagovor je treba omeniti, da mineva 50 let, odkar so največji vodikovi motorji pognali Apollo 11 proti Luni. Hkrati je ena od najbolj pomembnih pozitivnih lastnosti vodika ta, da se s kisikom spaja v vodo, ki večinoma ni posebej problematična.
Če želimo vodik uporabljati, ga je treba shraniti. Pri tem pa so težave, mar ne?
Vodik ima nekaj zanimivih lastnosti. Je najmanjši atom in molekula (H2), zato v tekočem stanju, ki je blizu absolutne ničle, počasi prehaja skozi ostale materiale. Na srečo v plinastem stanju ni tako izmuzljiv, a za učinkovito shranjevanje zahteva precej visoke tlake, do 700 barov, kar je precej več kot običajna plinska inštalacija, to pa zahteva nekoliko previdnosti.
Drug način hranjenja pa je, da se vodik veže z nekaterimi spojinami, na primer s kovinami v metal-hidride. Ob uporabi se vodik seveda sprošča. Pri tem je pomembno, da ima kovinski del čim večjo površino v omejeni prostornini, zato so običajno v obliki kovinskih mrež ali mehurčkov, kar pa je spet tehnološki problem.
Kako pravzaprav pridobimo vodik?
Trenutno vodik izdelujejo iz fosilnih goriv, kar ni najbolj uporabno, če si želimo omejiti njihovo uporabo. Vodik pa bomo lahko pridobivali tudi iz biogoriv, na primer metana, biodizla in drugih.
Drug način pridobivanja pa je elektroliza vode. Z zadostno količino energije vodo razbijemo na vodik in kisik. Slaba lastnost je, da za reakcijo potrebujemo kar veliko energije, izkoristek procesa je od 55- do 70-odstoten. Potem pa je potrebno vodik stisniti na ustrezen tlak, ki je kar 700 barov, kar še dodatno poslabšuje izkoristek predelave.
Kako draga je proizvodnja vodika?
Za proizvodnjo vodika uporabljamo dve tehnologiji: alkalno elektrolizo ALK in elektrolizo s protonsko izmenjalno membrano PEM. Slednja je trenutno nekoliko dražja, predvideva pa se, da se bosta na dolgi rok ceni izenačili.
Ameriški Nacionalni laboratorij za obnovljive vire NREL navaja cene od pet do šest dolarjev za kilogram vodika (H2). Izdelava vodika zahteva približno polovico stroškov, večino ostalih stroškov za kompresijo in transport pa pobere kompresija, kar dodatno znižuje izkoristek.
Preračun na enoto energije pove, da je proizvodna cena vodika med 0,13 in 0,15 evra za kilovatno uro. V NREL pričakujejo, da se bo strošek pridobivanja zmanjševal.
Kaj pa, če imamo za proizvodnjo vodika na voljo poceni elektriko?
Težava je razpoložljivost takšne elektrike. Da bo pridobivanje vodika smiselno, je vodik potrebno izdelovati z elektriko iz obnovljivih virov: sonce, veter, tudi voda. Ti viri so praviloma manj pogosto dosegljivi. Sončna energija je na razpolago okoli 1.100 ur na leto, kar dviga ceno oziroma zmanjšuje zmožnost za njen padec.
V Mednarodni energetski agenciji za obnovljive vire IRENA so nekoliko bolj optimistični. Predvidevajo, da se bo cena v približno desetih letih spustila na 0,05 evra za kilovatno uro. Predvidevanja so zelo odvisna od scenarijev, ki govorijo o vplivu elektrike iz obnovljivih virov na cene. Če bodo cene takšne elektrike nizke ali celo negativne, se bo izdelava vodika hitreje splačala.
Lahko primerjate hrambo energije z vodikom in v baterijah?
Za primerjavo lahko navedem cene baterij, ki so podobno upanje za obnovljive vire. Grosistične cene za baterije dosegajo okoli 325 evrov za kilovatno uro z možnostjo nadaljnjega spuščanja do sto evrov za kilovatno uro. Ob upoštevanju od dva do pet tisoč ciklov se cene znižajo na 0,065 evra za kilovatno uro. Največja težava baterij je njihova teža oziroma gostota energije. Iz vsakega kilograma vodika (H2) se lahko nadejamo 33,3 kilovatne ure energije, pri baterijah pa je izkoristek več stokrat manjši.
Kakšna je vaša napoved? So vodikove tehnologije rešitev za večjo uporabo obnovljivih virov?
Ena glavnih pomanjkljivosti obnovljivih virov je njihova spremenljivost. Univerzalni shranjevalnik energije bi lahko odpravil takšne težave in naredil obnovljive vire bolj privlačne. Tehnologija Power2Gas, katere pomembne del je tudi elektroliza vodika, je razmeroma obetavna, saj večino tehnoloških problemov obvladujemo, vsaj pri manjšem obsegu. Seveda je oziroma bo to težava na ravni planeta, kjer so količine gromozanske, možnosti za napake pa na žalost tudi.
Vodik pa je mogoče uporabiti za sintezo metana. Uporabljamo ga v industriji, transportu in drugod. Hkrati je na voljo že uveljavljena plinska infrastruktura. In, kot rečeno, vodikove tehnologije se hitro razvijajo.