Magyar Energetika

Hírek

A hidrogén szállításáról

2022/2. lapszám | Magyar Energetika |  432 |

A hidrogén szállításáról

Napjainkban egyre több szó esik arról, hogy célszerű, mi több, szükségszerű lenne az importált földgáz (és olaj) helyett olyan energiahordozókra áttérni, amelyek beszerzése az említettekénél lényegesen kisebb politikai és ellátásbiztonsági kockázattal jár. Ugyancsak sokat hallunk mostanában arról is, hogy megoldást kellene találni a (villamos) energia (jóval) nagyobb léptékű tárolására, hogy az időjárásfüggő megújuló energiaforrások segítségével előállított villamos energiát ne kelljen real-time módon „elfogyasztani”, hanem tartalékolhassuk olyan időszakokra, amikor a megújulók termelése ellehetetlenül.

A hidrogén megfelelő választásnak bizonyul, hiszen – a csaknem korlátlan mennyiségben rendelkezésre álló – vízből elektrolízissel könnyen előállítható és ebben az esetben zöld energiahordozónak tekinthető, ily módon azt a feltételt is teljes mértékben teljesíti, hogy széndioxidkibocsátás nélkül alkalmas a fogyasztói energiaigények kielégítésére. Érdemes talán ezen a helyen is emlékeztetni arra, hogy az atomerőművekben termelt – és az adott időszakban felesleges, azaz a fogyasztók által nem igényelt és gazdaságosan (értsd: kellően magas áron) nem exportálható – villamos energiából is zöld hidrogén állítható elő.

A hidrogén energiahordozóként való felhasználása ma már gyakorlat, amit például a hidrogénhajtású járművek és a számukra elengedhetetlen infrastruktúra egyre fokozódó elterjedése is igazol. Az energiahordozókkal kapcsolatos politikai kockázat növekedéséről a jelenlegi viszonyok között mindenki tud, így nem véletlen, hogy a világban egyre több szakértő szervezet foglalkozik a hidrogénnel is. Az IRENA új tanulmánya – amelynek legfontosabb megállapításait és következtetéseit az alábbiakban ismertetjük – a hidrogén szállításával foglalkozik, de figyelmet szentel más, fontos szempontoknak is. Ezek egyike az az energiaveszteség, amely a villamos energia → hidrogén → VALAMI → hidrogén → villamos energia láncolatban előáll. A „VALAMI” ebben a szövegösszefüggésben jelentheti a hidrogén cseppfolyósítását és/vagy átalakítását valamely más anyaggá, pl. ammóniává, vagy más, a cseppfolyós hidrogénnél kedvezőbb feltételek mellett szállítható és kezelhető vegyületté, valamint ez utóbbi visszaalakítását gáz halmazállapotú, pl. gázturbinában vagy tüzelőanyag-cellában felhasználható hidrogénné.

A hidrogén nagy mennyiségben történő mozgatása nem egyszerű és nem is olcsó. Az említett jelentés szerzői szerint négy erre alkalmas lehetőség mérlegelhető: A hidrogén ammónia, folyékony hidrogén és folyékony halmazállapotú szerves hordozók (LOHC1) formájában szállítható és csővezetékeken keresztül is továbbítható. A vezetékek lehetnek újonnan létesítettek vagy korszerűsített, a hidrogént, vagy hidrogént is tartalmazó földgáz szállítására alkalmassá tett gázvezetékek. Amint a legtöbb esetben, a szállított mennyiség növelése csökkenti a fajlagos költségeket; ezt a tényezőt is figyelembe véve az ammónia formában történő és a csővezetékes szállítás tűnnek a legjobb lehetőségeknek a hidrogén globális kereskedelmének megkezdéséhez, amely egyelőre még nem indult meg, és az ezzel összefüggő nemzetközi döntések is egyelőre váratnak magukra.

A hidrogén kereskedelme új lehetőségeket nyithat meg az energiaellátás biztonságának és az éghajlatváltozás mérséklésének javítására. Költséghatékonyabbá teszi a megújuló energia nagyobb távolságokra és nagyobb mennyiségben történő eljuttatását. Mivel azonban a hidrogén légköri körülmények között gáz, a szállításra alkalmassá kell tenni. Ez csővezetékekben történő szállítás esetén a gáznyomás növelésén kívül a kémiai átalakításig terjedhet, amely utóbbi esetben a hidrogénnél nagyobb energiasűrűségű anyagokat állítanak elő. Ilyen a már említett ammónia (NH3), amely könnyebben is kezelhető, mint a hidrogéngáz és már jelentős tapasztalatok is rendelkezésre állnak a szállításával kapcsolatban. Az ugyancsak figyelemre érdemes LOHC-k olyan olajszármazékok, amelyek reverzibilisen reagálnak a hidrogénnel.

A hidrogén szállítási költsége elsősorban a szállítóeszköz méretétől és a szállítási távolságtól függ. A szállítóeszköz mérete (a hajó befogadóképessége, a csővezeték átmérője és a megengedhető maximális nyomás) természetesen korlátos. A csővezetékek esetében a szállítási távolság a kritikus jellemző: a költségek nagyjából egyenes arányban növekednek a szállítás távolságával. Hajón vagy más szállítóeszközön történő szállítás esetében a teljes költség 70-90%-a terminálokban (az átalakító, visszaalakító üzemekben és a tárolókban) merül fel.

Tengeri szállítás esetében ammónia és LOHC esetében a leggazdaságosabb szállítási projekt a jelenlegi megfontolások szerint egyformán 0,4 millió tonna hidrogén lenne évente, míg ammónia szállításakor a legkisebb fajlagos költség 0,95 millió t/a projektméret esetében érhető el. Összehasonlításképpen talán jobban érzékelhető, ha ezeket az értékeket azzal vetjük össze, hogy egy 10 GW teljesítőképességű elektrolizáló üzemben, amely kb. 60%-os kihasználással működik egy év alatt 1 millió tonna hidrogén állítható elő.

Az ammónia szállítására alkalmas hajók viszonylag széles méret- és távolságkombinációkban elérhetők és ezeknek a legalacsonyabb a szállítási költsége. Ebben az esetben a legnagyobb energiaveszteséget és költséget az ammóniából a hidrogénné való átalakítás (visszaalakítás, cracking) okozza; előbbit 13-34%-os mértékűre becsülik. Ez a veszteség csökkenthető, ha a szállított ammóniát hagyományos módon is hasznosítják a célállomás közelében pl. a műtrágyagyártásban vagy az ammóniát a kirakást követően tárolni lehet. Nem hallgatható el ugyanakkor, hogy a visszaalakítás technológiája egyelőre nem kiforrott, további fejlesztéseket igényel ahhoz, hogy megfelelőképpen ki tudja szolgálni a globális kereskedelmet.

A folyékony hidrogén szállításával kapcsolatos legnagyobb kihívás, hogy ehhez rendkívül alacsony hőmérséklet (–253 °C) szükséges és a felhasználható anyagok és eszközök kifejezetten drágák. Emellett nem hagyható figyelmen kívül, hogy a cseppfolyósításhoz a hidrogén által reprezentált energiatartalomnak mintegy 30-36%-át kell felhasználni. A nagy tőkeintenzitás miatt a folyékony hidrogén szállítása a projekt méretének növekedésével válik egyre kedvezőbbé.

A LOHC formában történő szállítás egy lassúbb technológiai fejlődéssel járó forgatókönyv esetén lehet vonzó – elsősorban viszonylag kisebb projektek esetében.

A csővezetékek a legmegfelelőbbek nagy mennyiségek szállítása esetén. A gázvezetékek legnagyobb szokásos átmérője körülbelül 122 cm, ezek szállítási kapacitása körülbelül 13,5 GW 80 bar nyomás mellett. A közelmúltban bekövetkezett háborús fejleményeket megelőzően az EU elektrolízisre vonatkozó célértéke 2030-ra (a REPowerEU2 előtt) 40 GW volt.

A csővezetékek előnye, hogy a meglévő gázinfrastruktúrával rendelkező régiókban, például Észak-Amerikában, Európában, Kína keleti felén ezek hidrogén szállítására is alkalmassá tehetők, miáltal a beruházási költségek 65-94%-kal alacsonyabbak lehetnek, mint új vezetékek építése esetén, valamint a befagyott költségek is mérsékelhetők, vagy akár el is kerülhetők. Hollandiában egy 12 km hosszú, átalakított földgázvezetéken már 2018 óta szállítanak hidrogéngázt.

A csővezetékes szállítás költségei a távolsággal arányosan változnak, így alkalmasak rövidebb (3000 km) és nagyobb távolság (8000 km-ig) esetén is.

A globális ammóniatermelés mintegy 10%-át már ma is nagy távolságokra szállítják, ehhez több mint 120 kikötő áll rendelkezésre világszerte a megfelelő infrastruktúrával. Az ammónia gyártását nagy kapacitású üzemekben végzik. Az ismert tervek szerint 2030-ra 13 Mt/a, 2040-re pedig 71 Mt/a-ra fut fel a világon a megújuló forrású alapanyagokból gyártott ammónia. Jelenleg hagyományos eljárásokkal gyártott ammóniát forgalmaznak meghatározó mennyiségben, amelyhez a megújuló forrású anyagot hozzá lehet keverni. A későbbiekben, amikor az integrált elektrolízis- és ammóniaüzemek kereskedelmi üzembe kerülhetnek, szükség lesz annak hivatalos igazolására is, hogy a kereskedett ammónia hányadrésze származik megújuló alapanyagokból.

Három olyan tényező ismeretes, amelyek lehetővé teszik, hogy 2050-re a költségek drasztikusan csökkenhessenek: a méretgazdaságosság az értéklánc valamennyi lépésének egyedi költségét csökkenti; az energiafogyasztás csökkentése érdekében folyó innováció; a szabványosítás, a globális ellátási láncok kialakulása, valamint a berendezésgyártás költségeinek csökkenése.

Az ammónia, a folyékony hidrogén és a LOHC egyaránt alkalmasak a hidrogén szállítására. Mérlegelhetők természetesen emellett más lehetőségek is: Így például a metanol, a vas és az acél, valamint a szintetikus üzemanyagok egyelőre alacsonyabb szállítási költségekkel mozgathatók a világ kereskedelmi útvonalain, így az is elképzelhető, hogy észszerűbb az energiát ilyen formában (ezekbe a termékekbe beépítve) szállítani, amennyiben a hidrogént ezek előállítására használják. A hidrogénkereskedelmet természetesen a közgazdasági jellegű jellemzőkön túl más tényezők is befolyásolják, beleértve egyebek mellett a geopolitikai feltételeket, a politikai támogatás mértékét, az ipari fejlődést, valamint a diplomáciai kapcsolatok alakulását. Ez potenciálisan ahhoz vezethet, hogy az ipar olyan helyekre költözik, ahol alacsony költségű megújuló villamos energia áll rendelkezésre.

Forrás: IRENA Global Hydrogen Trade to Meet the 1.5 ºC Climate Goal, Part II Technology Review of Hydrogen Carriers, irena.org/publications

Jegyzetek

  1. Liquid Organic Hydrogen Carrier
  2. REPowerEU European action for more affordable, secure and sustainable energy
    Az Európai Bizottság javaslata, amelynek értelmében Európát jóval 2030 előtt függetlenné kell tenni az orosz fosszilis tüzelőanyagoktól (2022. március 8.) https://ec.europa.eu/commission/

2022/2. lapszám | Magyar Energetika |  432 |

Hírek