Μετά από αρκετές προσπάθειες χωρίς αντίκρυσμα, οι συνθήκες για τη χρήση του υδρογόνου σε ένα ενεργειακό σύστημα χαμηλών ρύπων έχουν ωριμάσει, όπως αποτυπώνεται και στις ανακοινωθείσες επενδύσεις στον τομέα που αναμένεται να ανέλθουν στα 500 δις δολάρια έως το 2030 (πηγή: Hydrogen Council).
Στο σενάριο της μελέτης του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας (International Energy Agency; ΙΕΑ) «Καθαρές Μηδενικές Εκπομπές έως το 2050: Ένας οδικός χάρτης για τον παγκόσμιο ενεργειακό τομέα» (“Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector”), η χρήση του υδρογόνου αναμένεται να εξαπλασιαστεί σε σχέση με τα σημερινά επίπεδα, καταλαμβάνοντας ένα ποσοστό της τάξης του 10% στην τελική κατανάλωση ενέργειας. Το σύνολο της συγκεκριμένης ποσότητας προέρχεται από πηγές χαμηλής έντασης άνθρακα (low-carbon) όπως για παράδειγμα από εγκαταστάσεις ηλεκτρολυτών ή από εγκαταστάσεις με τεχνολογίες δέσμευσης, χρήσης και αποθήκευσης άνθρακα (CCUS).
Αλλά η παραγωγή υδρογόνου από πηγές με χαμηλό ανθρακικό αποτύπωμα καθυστερεί
Η κατανάλωση υδρογόνου το 2020 άγγιξε τους 90 μεγατόνους και πρακτικά περιορίστηκε σε βιομηχανικές χρήσεις και στα διυλιστήρια. Οι συγκεκριμένες ποσότητες παρήχθεισαν σχεδόν αποκλειστικά από ορυκτά καύσιμα, με αποτέλεσμα την εκπομπή 900 μεγατόνων διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Παρόλα αυτά, υπάρχουν ενθαρρυντικά σημάδια προόδου. Η παγκόσμια ισχύς ηλεκτρολυτών που απαιτούνται για την παραγωγή υδρογόνου από ηλεκτρισμό, διπλασιάστηκε τα τελευταία 5 χρόνια ξεπερνώντας τα 300 μεγαβάτ έως τα μέσα του 2021. Αν τελικά τα υπό ανάπτυξη έργα υλοποιηθούν, η παγκόσμια παραγωγή υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης θα ξεπεράσει τους 8 μεγατόνους το 2030. Παρά την απότομη αύξηση, οι συγκεκριμένες ποσότητες είναι 10 φορές μικρότερες από τις απαιτούμενες για ένα σενάριο που επιτυγχάνονται Καθαρές Μηδενικές Εκπομπές μέχρι το 2050 (IEA: Net Zero Emissions by 2050 Scenario; IEA: NZE).
Πηγές παραγωγής υδρογόνου στο σενάριο Καθαρών Μηδενικών Εκπομπών (NZE)
Η Ευρώπη ηγείται στις εγκαταστάσεις ηλεκτρολυτών – με πάνω από 40% της παγκόσμιας εγκατεστημένης ισχύος – και αναμένεται να παραμείνει τουλάχιστον βραχυχρόνια η μεγαλύτερη αγορά, ενισχυόμενη και από τη φιλόδοξη στρατηγική της για το υδρογόνο. Γύρω στους 0,7 μεγατόνους υδρογόνου παράγονται ετησίως σήμερα από 16 εγκαταστάσεις με τεχνολογίες CCUS. Υπάρχουν επιπλέον σχέδια για 50 αντίστοιχα έργα τα οποία αν πραγματοποιηθούν θα φτάσουν την ετήσια παραγωγή στους 9 μεγατόνους μέχρι το 2030. Ο Καναδάς κι οι ΗΠΑ ηγούνται στην παραγωγή υδρογόνου από ορυκτά καύσιμα με CCUS (80% της παγκόσμιας ποσότητας), αν και η Μεγάλη Βρετανία και η Ολλανδία έχουν σημαντικό μερίδιο στα υπό ανάπτυξη έργα.
Διευρύνοντας τη χρήση υδρογόνου
Το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περισσότερες εφαρμογές από αυτές που είθισται σήμερα. Αν και στο παρόν καταλαμβάνει μικρό ποσοστό της κατανάλωσης ενέργειας, υπάρχει μεγάλη ανάπτυξη και ειδικότερα στον κλάδο των μεταφορών. Για παράδειγμα, το κόστος κυψελών καυσίμου έχει μειωθεί 70% σε σχέση με το 2008 χάρη στην τεχνολογική πρόοδο και τις αυξανόμενες πωλήσεις οχημάτων υδρογόνου (FCEV), με πρωτοπόρες αγορές τη Ν.Κορέα, τις ΗΠΑ, την Κίνα και την Ιαπωνία. Επιπλέον αρκετά έργα επίδειξης σε μικρή κλίμακα είναι υπό ανάπτυξη στους τομείς των σιδηροδρόμων, της ναυσιπλοΐας και των αερομεταφορών.
Το υδρογόνο είναι επιπλέον θεμελιώδες για την απανθρακοποίηση της βιομηχανίας, παρόλο που οι περισσότερες τεχνολογίες είναι ακόμα εκκολαπτόμενες. Το πρώτο πιλοτικό έργο για την παραγωγή χάλυβα χωρίς εκπομπές ξεκίνησε φέτος τη λειτουργία του στη Σουηδία με τη χρήση υδρογόνου με χαμηλό ανθρακικό αποτύπωμα. Ένα πιλοτικό πρόγραμμα παραγωγής υδρογόνου μέσω ΑΠΕ (για τη βιομηχανία αμμωνίας) θα ξεκινήσει μέχρι το τέλος του 2021 στην Ισπανία. Αντίστοιχα έργα σε βιομηχανικές εφαρμογές για τσιμεντοπαραγωγή, κεραμικά και γυαλί είναι υπό ανάπτυξη.
Κατανάλωση υδρογόνου ανά τομέα στο σενάριο Καθαρών Μηδενικών Εκπομπών (NZE)
Οι κυβερνήσεις πρέπει να θέσουν υψηλότερους στόχους και να στηρίξουν τη ζήτηση
Οι χώρες με στρατηγικές γύρω από το υδρογόνο έχουν δεσμεύσει 37 δις δολάρια κι ο ιδιωτικός τομέας έχει ανακοινώσει επιπρόσθετες επενδύσεις 300 δις δολαρίων. Όμως για να βρεθεί ο τομέας του υδρογόνου σε τροχιά συμβατή με το σενάριο Καθαρών Μηδενικών Εκπομπών έως το 2050 απαιτούνται γύρω στα 1,2 τρις δολάρια επενδύσεων σε τεχνολογίες παραγωγής και κατανάλωσης υδρογόνου χαμηλού άνθρακα μέχρι το 2030.
Η κατεύθυνση των περισσοτέρων κυβερνήσεων είναι στραμμένη στην παραγωγή υδρογόνου χαμηλού ανθρακικού αποτυπώματος και τα μέτρα για αύξηση της ζήτησης λαμβάνουν λιγότερη προσοχή, μιάς και η ενίσχυση του ρόλου του υδρογόνου σε μία καθαρή ενεργειακή μετάβαση απαιτεί απότομη αύξηση της χρήσης του. Παρόλα αυτά, οι κυβερνήσεις έχουν ξεκινήσει να υιοθετούν μια σειρά από εργαλεία για ενίσχυση της κατανάλωσης υδρογόνου, όπως οι τιμές των ρύπων, οι δημοπρασίες για παραγωγή και η υποχρεωτική ελάχιστη κατανάλωσή του ανά τομείς, μεταξύ άλλων.
Το υδρογόνο χαμηλού αποτυπώματος αναμένεται να γίνει ανταγωνιστικό μέσα στην επόμενη δεκαετία
Ένα βασικό εμπόδιο για το «καθαρό» υδρογόνο είναι το αυξημένο κόστος σε σχέση με το υδρογόνο παραγόμενο από ορυκτά καύσιμα (καφέ-γκρι υδρογόνο). Στην παρούσα φάση η παραγωγή από ορυκτά καύσιμα είναι η φθηνότερη επιλογή στις περισσότερες χώρες του πλανήτη.
Υπάρχουν όμως σημαντικές δυνατότητες μείωσης του κόστους παραγωγής μέσω της τεχνολογικής καινοτομίας και της σταδιακής αύξησης της ισχύος. Οι δυνατότητες αυτές διερευνώνται στο σενάριο Καθαρών Μηδενικών Εκπομπών του Οργανισμού (IEA: NZE), όπου το κόστος του υδρογόνου από ΑΠΕ φτάνει στα 1,3 δολάρια ανά κιλό το 2030 σε περιοχές με προνομιακές συνθήκες για την ανάπτυξη ΑΠΕ. Αυτά τα επίπεδα είναι συγκρίσιμα με το κόστος του υδρογόνου από φυσικό αέριο (ΦΑ) με CCUS (μπλε υδρογόνο). Μακροπρόθεσμα, το κόστος του υδρογόνου από ΑΠΕ φτάνει το 1 δολάριο ανά κιλό στο σενάριο Καθαρών Μηδενικών Εκπομπών, κάνοντάς το ανταγωνιστικό ακόμα και με την παραγωγή από ΦΑ χωρίς CCUS.
Κόστος παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρόλυση (πράσινο υδρογόνο) από υβριδικά αιολικά και φωτοβολταϊκά συστήματα (2030)
Για την υλοποίηση των δεσμεύσεων για το κλίμα απαιτείται αποφασιστική δράση
Ενώ η υιοθέτηση του υδρογόνου ως ένα καθαρό καύσιμο επιταχύνεται, αυτό δεν είναι αρκετό για να φτάσουμε σε ισοζύγιο μηδενικών εκπομπών έως το 2050. Αν όλα τα ανακοινωθέντα σχέδια υλοποιηθούν μέχρι το 2030, τότε:
- Η συνολική ζήτηση υδρογόνου θα ξεπεράσει τους 100 μεγατόνους, ενώ σύμφωνα με το σενάριο μηδενικού ισοζυγίου απαιτούνται άνω των 200.
- Η παραγωγή υδρογόνου χαμηλού άνθρακα θα φτάσει τους 17 μεγατόνους, ενώ η αντίστοιχη παραγωγή στο σενάριο μηδενικού ισοζυγίου είναι 8-πλάσια.
- Η εγκατεστημένη ιχύς ηλεκτρολυτών θα αγγίξει τα 90 γιγαβάτ, αρκετά χαμηλότερα των 850 γιγαβάτ που συνεπάγεται το σενάριο μηδενικού ισοζυγίου
- Θα κυκλοφορούν γύρω στα 6 εκατομμύρια οχήματα υδρογόνου, δηλαδή μόλις 40% αυτών που απαιτούνται για το σενάριο μηδενικού ισοζυγίου (15 εκατομμύρια)
Για να μπούμε σε τροχιά ενός βιώσιμου ενεργειακού συστήματος μέχρι το 2050, απαιτείται πολύ ταχύτερη υιοθέτηση. Η ανάπτυξη μιας παγκόσμιας αγοράς υδρογόνου μπορεί να βοηθήσει χώρες με περιορισμένες δυνατότητες εγχώριας παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ, καθώς και να παρέχει εξαγωγικές δυνατότητες σε χώρες με μεγάλο δυναμικό σε ΑΠΕ ή σε αποθήκευση διοξειδίου του άνθρακα. Όμως παραμένει να υπάρχει η ανάγκη για επιτάχυνση της τεχνολογικής καινοτομίας.
– Φαίδων Παπαδημούλης, Ενεργειακός Αναλυτής στο Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (Energy Technology Policy team)