Vihreän vedyn tuotannon ymmärtäminen

Vihreä vety tuotetaan jakamalla vesi vetyyn ja happeen elektrolyysin avulla, jota käytetään yksinomaan uusiutuviin energialähteisiin, kuten tuuli-, aurinko- tai vuorovesivoimaan. Toisin kuin maakaasusta (harmaa vety) tai fossiilisista polttoaineista saatu perinteinen vety hiilidioksidin talteenotolla (sininen vety), vihreä vety tuottaa nollahiilipäästöjä. Prosessi perustuu sähkölyijylaitteeseen, joka kulkee veden läpi ja erottaa molekyylit toisistaan. Kun sähkö tulee uusiutuvista lähteistä, koko elinkaari on puhdas, jolloin vihreä vety on maailmanlaajuisten hiilestä irtautumisstrategioiden kulmakivi.

Vety on energiatiheys on korkea ...jolloin bensiinin paino on noin kolme kertaa suurempi kuin bensiinin. Se tekee siitä ihanteellisen polttoaineen raskaalle teollisuudelle, laivanrakennukselle, ilmailulle ja pitkäaikaiselle energian varastoinnille. Kuitenkin tuotannon, varastoinnin ja liikenteen käytännön haasteet ovat pitäneet vihreän vedyn kalliimpana kuin fossiilisten polttoaineiden. Teknologian ja mittakaavaetujen kehitys on nopeasti kuromassa umpeen tätä kuilua, kun offshore-tuotanto on erityisen lupaava raja.

Offshore Green Vety: Nykyinen maisema

Offshore-vihreän vedyn tuotanto on vasta alkuvaiheessa, mutta yhä useammat pilottihankkeet ja toteutettavuustutkimukset osoittavat sen elinkelpoisuuden. Tällä hetkellä useimmat avomerillä sijaitsevat vetykonseptit yhdistävät suuret avomerituulipuistot, joissa on merenalaisten kaapelien yhteydessä oleviin alustoille tai maalla sijaitseviin laitoksiin asennettuja elektrolyysiyksiköitä. Tuulivoimaloissa tuotettua sähköä käytetään veden jakamiseen, jolloin vetyä varastoidaan joko avomerellä tai kuljetetaan putkeen rannalle.

Yksi merkittävä esimerkki on H2Mare[ -hanke, osa Saksaa.Hyväksyntähankkeen tavoitteena on kehittää teknologioita avomerivetyä varten suoraan tuuliturbiineista. Samoin Pohjoistuuli[] -hanke Alankomaissa tutkii sähkökäyttöisiin turbiiniin integroituja kelluvia tuuliturbiineja. Näillä varhaisilla hankkeilla on edessään suuria pääomakustannuksia, vaikeisiin meriympäristöihin liittyviä teknisiä haasteita ja tarvetta luotettavaan energian varastointiin vaihtelevan tuulivoiman aikaansaamiseksi. Näistä esteistä huolimatta mahdollisuudet laajamittaiseen ja edulliseen vetytuotantoon kaukana maalta.

Tärkeimmät teknologiset haasteet

On voitettava useita teknisiä esteitä ennen kuin merellä oleva vihreä vety voi kilpailla tavanomaisten polttoaineiden kanssa:

  • Elektrolyytin kestävyys meriolosuhteissa:[ Offshore ympäristöissä altistaa sähkölyytin suola spray, kosteus, lämpötila heilahtelut, ja mekaaninen stressi aalloista ja tuuli. Nykyiset sähkölyytin pääasiassa polymeeri elektrolyyttikalvo (PEM) ja emäksiset tyypit.
  • Uusiutuvan energian aikaväli:[ Tuuli- ja aurinkotuotanto vaihtelee sää- ja vuorokaudenajan mukaan. Sähkönerottimet toimivat tehokkaimmin vakailla kuormituksilla, joten vaihteleva teho voi vähentää tehokkuutta ja lisätä kulutusta. Tarvitaan kehittyneitä sähkö- ja hybridivarastojärjestelmiä.
  • Vesien puhdistus elektrolyysiä varten:[] Meriveden poistaminen sähkölyijyjen tarvitsemasta ultrapuhdasta vedestä lisää energiaa ja kustannuksia. Suora meriveden elektrolyysi, joka estää suolanpoiston, on aktiivinen tutkimusalue, mutta ei vielä kaupallisesti kannattava.
  • Hydrogeenin varastointi ja kuljetus:[ Vety on matala tilavuusenergiatiheys. Offshore-varastointi painekaasuna tai nesteenä vaatii raskaita ja kalliita kontteja. Putkijohtokuljetus pitkillä matkoilla tai nesteytettynä (-253 °C) lisää monimutkaisuutta ja energianhukkaa.
  • Grid-integroinnin ja sääntelyn esteet:[ Offshore-vetylaitokset toimivat usein olemassa olevien energia-alan sääntelypuitteiden ulkopuolella. Salliminen, turvallisuusstandardit ja yhteenliittäminen maalla sijaitseviin vetyverkkoihin edellyttävät uusia sääntöjä ja koordinointia eri lainkäyttöalueilla.

Tulevaisuuden vauhdittavat innovaatiot

Teknologiset läpimurrot nopeuttavat siirtymistä kokeiluhankkeista kaupalliseen avomerellä tapahtuvaan vetytuotantoon.

Seuraavan sukupolven elektrolyytit

Tavanomaiset sähkölyijyt ja PEM.-kennot korvataan tehokkaammalla suunnittelulla, joka pystyy käsittelemään vaihtelevia teho- ja suola-olosuhteita. [Anioninvaihtokalvo (AEM) sähkölyijyt[] yhdistää emäksisten järjestelmien alhaiset kustannukset ja PEM-kennojen korkean hyötysuhteen, ja ne voivat toimia ilman jalometallikatalyyttejä. [Solidoksidisähkölyijyt (SOEC)] toimivat korkeissa lämpötiloissa (700...) , saavuttaa yli 80% sähkötehokkuuden ja mahdollistaa samalla höyryn ja hiilidioksidin yhteiselektrodit synteettisille polttoaineille. Offshore-käyttöön valmistajat kehittävät modulaarisia, kondentoituja sähkölyyttejä, jotka ovat helpompia käyttää ja mittakaavassa. Nel Hydrogen[[]] ja ITM Power[] johtavat offshore-käyttöön.

Kelluva tuuli- ja vety-integrointi

Kelluvien tuuliturbiinien ja alusten elektrolyysin yhdistelmä on ehkä kaikkein häiritsevin innovaatio. Sen sijaan, että turbiini siirtää sähköä rannalle, se tuottaa vetyä suoraan, joka sitten lähetetään joustavan nousukoneen kautta merenalaiseen putkistoon tai varastointialukseen. Tämä poistaa kalliiden offshore-sähköasemien ja pitkien merikaapelien tarpeen. Kelluvat alustat avaavat myös syvempiä vesiä vahvemmilla ja johdonmukaisemmilla tuulilla. POSEIDON -hanke Ranskassa ja -konseptia Yhdistyneessä kuningaskunnassa ovat edelläkävijöitä tämän lähestymistavan kanssa -EKR- ja Technip-energies[]-hankkeessa.

Suora meriveden elektrolyysi

Yksi lupaavimmista tutkimusalueista on meriveden suora sähkökemiallinen halkaisu ilman edeltävää suolanpoistoa. Perinteinen elektrolyysi kärsii kloridikorroosiosta ja ei-toivotusta kloorin kehityksestä anodissa. Uudet katalyytit, kuten nikkeli-rautakerrostetut kaksoishydroksidit ja bimetallifosfidit, edistävät valikoivasti hapen kehitystä kloorin tuotannon yllä. []Stanfordin yliopiston ja muiden laitosten[ tutkijat ovat osoittaneet laboratoriomittakaavan suoria merivesikennoja, jotka ovat tehokkaita ja vakaita. Jos ne kaupallistavat, tämä teknologia voisi merkittävästi vähentää offshore-järjestelmän kustannuksia ja yksinkertaistaa käyttöönottoa.

Energian varastoinnin ja liikenteen kehittäminen

Vetyvarastointi ja -kuljetukset on suunniteltu uudelleen avomerellä tapahtuvaa käyttöä varten. [Kemialliset vetykantajat[], kuten ammoniakki, metanoli tai nestemäiset orgaaniset vetykantajat (LOHC) sitovat vetymolekyylejä turvallisempaan ja energia-altaan kuljetukseen. Nämä voidaan yhdistää avomerelle käyttäen talteen otettua hiilidioksidia tai typpeä, ja sitten ne voidaan toimittaa rantaan uudelleensuuntaamaan. []Maanalainen vedyn varastointi[] suolaluolissa ja ehtyneillä kaasukentillä rannikkovesien läheisyydessä on toinen vaihtoehto laajamittaiseen kausittaiseen varastointiin . ], vetyputkistot [, jotka on varustettu maakaasuverkoista; [, Euroopan vetykantarunko ], on toinen vaihtoehto yhdistää avomerellä tapahtuvaan vetytuotantoon liittyvät tuotanto teollisuuden kysyntäkeskuksiin eri puolilla mannerta.

Toimintapolitiikka ja investointikehys

Valtion tuki on ratkaisevan tärkeää offshore-sektorin vihreän vedyn hankkeille ja kustannusten alentamiselle.Euroopan unioni on REPOWerEU[ -suunnitelman tavoitteena 10 miljoonaa tonnia kotimaista uusiutuvan vedyn tuotantoa vuoteen 2030 mennessä, ja sen odotetaan saavan merkittävän osuuden avomereltä. Saksa, Alankomaat, Tanska ja Yhdistynyt kuningaskunta ovat myöntäneet miljardeja tukia vetyinfrastruktuurille, mukaan lukien offshore-alueet. Aasiassa Japanissa [5]-perusvetystrategia[-]- ja Etelä-Koreassa [5FLT:4]-]-Hydroken[-suunnitelmalla edistetään kansainvälisiä toimitusketjuja, jotka voivat tuottaa offshore-vetyä Australiasta, Chilestä ja Lähi-idästä.

Investoinnit ovat myös peräisin yksityiseltä sektorilta. [Hydrogen Council[ arvioi, että kumulatiiviset vetyinvestoinnit voisivat nousta 500 miljardiin dollariin vuoteen 2030 mennessä, ja niiden osuus offshore-tuotannosta kasvaa.Major Oil and Gas Companys.Shell, BP, TotalEnergys.On syytä lisätä offshore-tekniikan asiantuntemustaan vetyalustojen osalta. [Kansainvälinen energiavirasto (IEA) toteaa, että offshore-vetyä varten on lisättävä kustannuspariteettia harmaan vedyn, hiilen hinnoittelun ja tuotantotukien kanssa, kun taas sähkökäyttöisten tuotteiden kustannukset laskevat alle 400 dollariin kilowattia kohti.

Alueellinen kehitys ja hankkeet

Offshore-vihreä vety ei ole yksi kokoluokan ratkaisu, vaan eri alueet noudattavat erillisiä strategioita, jotka perustuvat resurssien saatavuuteen ja toimintaympäristöön.

Pohjois-Eurooppa

Pohjanmeri on avomerivetytoiminnan keskus. H2 Sea Project[ pyrkii rakentamaan vierekkäisten tuulivoimalaitosten toimittaman 5 GW:n elektrolyysialustan vuoteen 2030 mennessä. Tanska. Energy Island[] -konseptissa yhdistyvät avomerituuli, vetytuotanto ja sähköntuotanto. North Sea Wind Power Hub[ -konsortio, johon kuuluu TenneT, Energia ja muut, suunnittelee yhdistävänsä useita maita verkkoverkolla varustettuun avomeriverkkoon, joka myös ruokkii sähkölaitteita.

Aasia-Tyynimeri

Australia käyttää valtavia tuuli- ja aurinkoenergiaresurssejaan tuottaakseen vetyä rannikkoalueilla, ja hankkeet ovat [HyEnergy ja Pilbara Green Hydrogen Hub[]. Japani ja Etelä-Korea tuovat kumppaneita, kun taas Kiina on käynnistänyt laajoja avomerivetyhankkeita Bohaimerellä ja Etelä-Kiinanmerellä, jotka usein liittyvät merituulivoimalaitoksiin.

Pohjois-Amerikka

Yhdysvaltain energiaministeriö Hydrogen Hubs -ohjelma (H2Hubs) sisältää offshore-painotteisia tarjouksia Meksikonlahdella ja Atlantilla. Kanada tutkii vetytuotantoa Nova Scotian avomereltä. Latinalaisessa Amerikassa Brasilia ja Chile tutkivat vetyvientiä offshore-alueilla kelluvilla tuulilaivoilla.

Päätelmät

Offshore-vihreän vedyn tuotanto on siirtymässä konseptista todellisuuteen, joka perustuu nopeisiin teknologisiin innovaatioihin, kunnianhimoisiin poliittisiin tavoitteisiin ja kasvaviin investointeihin. Vaikka kustannus- ja suunnitteluhaasteita on edelleen, seuraavan sukupolven sähkölyijykoneiden lähentyminen, kelluvien tuulien integrointi, suora meriveden jakaminen ja kehittyneet kuljetusmenetelmät vähentävät tasaisesti esteitä.

Jotta tämä visio toteutuisi täysin, hallitusten, teollisuuden ja tutkimuslaitosten välinen jatkuva yhteistyö on välttämätöntä. Offshore-vety voi täydentää muita uusiutuvia teknologioita netto-nollapäästöjen maailmanlaajuisessa nostamisessa, erityisesti aloilla, joita on vaikea sähköistää. Infrastruktuurin kehittyessä offshore-vihreästä vedystä tulee puhtaan energian talouden kulmakivi, joka tekee maailman valtameristä valtavan uusiutuvan polttoaineen lähteen.