300 δισ. για να κινούμαστε με υδρογόνο και νερό, πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα, κίνδυνοι

Ρόλο-κλειδί στη μετάβαση από τα ορυκτά καύσιμα σε εναλλακτικές μορφές ενέργειας έχει το υδρογόνο τον 21ο αι. Η χρήση του προωθείται για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής. Παράγεται από χαμηλές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ή και από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Μπορεί να αντικαταστήσει τα ορυκτά καύσιμα σε τομείς όπως η ενέργεια, οι μεταφορές και η βιομηχανία. Κύριο του πλεονέκτημά είναι ότι εκπέμπει μόνο νερό όταν καίγεται, και μπορεί να παραχθεί χωρίς απελευθέρωση CO2. Μπορεί να αποθηκευτεί, να υγροποιηθεί και να μεταφερθεί μέσω αγωγών, φορτηγών ή πλοίων. Ωστόσο, ακόμα δεν ξέρουμε αν τα πλεονεκτήματα είναι περισσότερα από τα μειονεκτήματα.

Παραγωγή υδρογόνου

Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι με τις οποίες παράγεται υδρογόνο. Μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες, στην παραγωγή του από ορυκτά καύσιμα και από ΑΠΕ. Η μεγάλη πλειοψηφία του υδρογόνου σήμερα κατασκευάζεται από ορυκτά καύσιμα.

Η παγκόσμια παραγωγή υδρογόνου υπολογίζεται στα 120 εκατομμύρια τόνους ετησίως, εκ των οποίων τα δύο τρίτα είναι καθαρό υδρογόνο και το ένα τρίτο αναμιγνύεται με άλλα αέρια. Περίπου το 95% του συνόλου του υδρογόνου παράγεται από φυσικό αέριο και άνθρακα, ενώ το 5% είναι προϊόν παραγωγής χλωρίου μέσω ηλεκτρόλυσης. Επί του παρόντος, δεν υπάρχει σημαντική παραγωγή υδρογόνου από ΑΠΕ, καθώς είναι μια διαδικασία εντάσεως ενέργειας που θεωρείται αντιοικονομική.

Αλλάζει η παραγωγή με τους νέους στόχους

Για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής έχει μπει σε λειτουργία ο μηχανισμός χρηματοδότησης προγραμμάτων. Απαρχές του 2021 πάνω από 30 χώρες έχουν δημιουργήσει οδικούς χάρτες υδρογόνου με τις κυβερνήσεις παγκοσμίως να έχουν δεσμεύσει πάνω από 70 δισεκατομμύρια δολάρια, σύμφωνα με την McKinsey.

300 δισεκατομμύρια δολάρια για έργα υδρογόνου

Περισσότερα από 200 έργα μεγάλης κλίμακας βρίσκονται σε εξέλιξη, οι επενδύσεις των οποίων θα ξεπεράσουν τα 300 δισεκατομμύρια σε δαπάνες υδρογόνου έως το 2030 -ισοδύναμο του 1,4% της παγκόσμιας χρηματοδότησης ενέργειας.

Η αξία των ιδιωτικών επενδύσεων σε υδρογόνο ξεπερνά σήμερα 6,8 δισεκατομμύρια δολάρια και θα αυξηθεί επί 6 μέχρι το 2025 και χ 16 έως το 2030, σε σύγκριση με τις δαπάνες του 2019.

Πλεονεκτήματα

• Η καύση του είναι καθαρή, χωρίς εκπομπές CO2, απελευθερώνοντας μόνο νερό και ενέργεια.
• Επιτρέπει τη σύζευξη διαφόρων τομέων ενέργειας.
• Αποθηκεύει περισσότερη ενέργεια ανά μονάδα βάρους από άλλα καύσιμα.
• Μπορεί να παρασκευαστεί από πηγές χαμηλών εκπομπών CO2.
• Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για μεταφορά ενέργειας, ως μορφή αποθήκευσης ενέργειας ή ως χημική πρώτη ύλη.

Μειονεκτήματα

• Σχεδόν όλη η παραγωγή σήμερα προέρχεται από πηγές υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα.
• Είναι σε μεγάλες ποσότητες και ακριβό στη μεταφορά και αποθήκευση
• Η αύξηση της ζήτησης θα αυξήσει πιθανά το κόστος και την παραγωγή καθαρής ενέργεια.
• Οι αλυσίδες εφοδιασμού είναι περίπλοκες και χρειάζονται συντονισμό
• Χρειάζονται νέα πρότυπα ασφάλειας και η κοινωνική αποδοχή.

Πολλοί οι κίνδυνοι

Πολλές από τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή υδρογόνου και ενέργειας είναι γνωστές. Νέες εταιρείες, ωστόσο εισέρχονται στην αγορά ως σχεδιαστές, κατασκευαστές και χειριστές που δεν είναι εξοικειωμένοι με τον χώρο. Από την άλλη οι καθιερωμένοι παίκτες αυξάνουν τις προσφορές τους, ενώ ταυτόχρονα απαιτείται να βρουν εξειδικευμένο προσωπικό.

Κίνδυνος πυρκαγιάς και έκρηξης

Ο κύριος κίνδυνος κατά το χειρισμό του υδρογόνου, σύμφωνα με την AGCS είναι η έκρηξη όταν αναμιγνύεται με αέρα. Επιπλέον, οι διαρροές είναι δύσκολο να εντοπιστούν χωρίς αποκλειστικούς ανιχνευτές, δεδομένου ότι το υδρογόνο είναι άχρωμο και άοσμο. Μια φλόγα υδρογόνου είναι σχεδόν αόρατη στο φως της ημέρας.

Τα στατιστικά ζημιών δείχνουν ότι πολλές πυρκαγιές υδρογόνου προκύπτουν από την αυτό-ανάφλεξη της ξαφνικής απελευθέρωσης υδρογόνου μέσω ρήξης δίσκων και βαλβίδων. Περίπου το 25% των ζημιών αποδόθηκε σε διαρροές. Από αυτές τις διαρροές, το 40% δεν ανιχνεύθηκε πριν από την απώλεια. Οι παράγοντες που συνεισέφεραν ήταν ο ανεπαρκής αερισμός και ο ανεπαρκής καθαρισμός.

Διακοπή των επιχειρήσεων στις τεχνολογίες ηλεκτρόλυσης νερού

• Η ζημιά στην ηλεκτρόλυση θα μπορούσε να οδηγήσει σε σημαντικές απώλειες και ισχυρισμούς λόγω εκτεταμένης διακοπής της παραγωγής
• Οι μεμβράνες (πολυμερούς ηλεκτρολύτη) είναι ευαίσθητες σε ακαθαρσίες, και μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα λειτουργικότητας.
• Ο χρόνος παράδοσης για νέες μεμβράνες είναι μεγάλος (αρκετοί μήνες), με αποτέλεσμα καθυστερήσεις να γίνονται καθυστερήσεις στην παραγωγή.
• Ένα βραχυκύκλωμα λόγω διάβρωσης στα ηλεκτρόδια μπορεί να προκαλέσει έκρηξη οξυγόνου-υδρογόνου-αερίου.
• Μπορεί να προκληθούν βλάβες στο διάφραγμα λόγω τοπικής υπερφόρτωσης.
• Οι κάθοδοι / ηλεκτρόδια μπορεί να είναι μια πιθανή πηγή ζημιάς που οδηγεί σε πιθανές μεγάλες καθυστερήσεις στην παραγωγή)

Κίνδυνοι υλικών και φορτία

Η διάχυση του υδρογόνου μπορεί να προκαλέσει ζημιές σε εύθραυστα μέταλλα και στο χάλυβα. Αυτό θα μπορούσε να επηρεάσει ένα ευρύ φάσμα εξαρτημάτων, σωληνώσεις, δοχεία, εξαρτήματα μηχανημάτων αλλά και ρωγμές. Για αυτό τα υλικά θα πρέπει να αντέχουν τα αναμενόμενα φορτία.

Οι χάλυβες υψηλής απόδοσης διατρέχουν ιδιαίτερο κίνδυνο βλάβης που σχετίζεται με το υδρογόνο. Οι ωστενιτικοί χάλυβες (ποσότητες σιδήρου στη χημική τους σύνθεση), ο ωστενίτης σημαίνει ότι είναι μη σιδηρομαγνητικοί. είναι λιγότερο ευαίσθητοι ως προς τις μηχανικές λειτουργίες του υδρογόνου σε σχέση με τους φερριτικούς χάλυβες (οι φερριτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες είναι τυπικά μαγνητικοί καθώς έχουν μεγάλη ποσότητα φερρίτη στη χημική τους σύνθεση.

Διακοπή λειτουργιών λόγω χειρισμού σε εγκαταστάσεις υγροποίησης

Ο κύριος κίνδυνος στις εγκαταστάσεις υγροποίησης είναι ο χειρισμός του εκρηκτικού υδρογόνου και απαιτεί επαρκή μέτρα προστασίας.

Κατασκευή μονάδων μίας γραμμής

Αυτό σημαίνει ότι ενδέχεται να προκύψει υψηλός κίνδυνος κόστους από την διακοπή λειτουργίας μίας επιχείρησης σε περίπτωση αποτυχίας των μονάδων μίας γραμμής. Ανταλλακτικά όπως συμπιεστές διατηρούνται σε απόθεμα, αλλά ο κυριότερος εξοπλισμός, όπως οι εναλλάκτες θερμότητας, είναι μοναδικός και, επομένως κρίσιμος για την διακοπή λειτουργίας μίας επιχείρησης.

Τεχνικές αποθήκευσης, μεταφοράς

Η αποθήκευση υδρογόνου υπό πίεση γίνεται με επιτυχία. Οι κίνδυνοι που συνδέονται με την αποθήκευση πεπιεσμένου υδρογόνου σε δεξαμενές είναι κατανοητοί. Με το υγροποιημένο υδρογόνο, έχει σημειωθεί σημαντική βελτίωση στην ανθεκτικότητα και την ποιότητα των δεξαμενών που χρησιμοποιούνται με σπάνια περιστατικά βλάβης.

Ο κίνδυνος μεταφοράς υδρογόνου μέσω αγωγών όπως οι σταθμοί συμπιεστών, πρέπει να αξιολογείται ξεχωριστά. Εκτός από τη χρήση κατάλληλων υλικών για την αποφυγή ζημιών, η εκτίμηση κινδύνου θα πρέπει να αντιμετωπίζει την αυξημένη εύφλεκτη περιοχή μιγμάτων υδρογόνου / αέρα σε σύγκριση με το φυσικό αέριο.