Vodonična strategija Evropske komisije

Više čistih goriva za neto nulte emisije

Čista goriva će, kako se očekuje, biti od vitalnog značaja u energetskoj tranziciji. Da bi se pojasnilo kako da u tom procesu termoelektrane na gas zadrže važnu ulogu, - neophodno je da se duboko zaroni u vodonik, njegove derivate i biogoriva.

Prirodni gas je bio ključan za dekarbonizaciju energetskog miksa. Mogućnost brzog pokretanja i prirodna fleksibilnost termoelektrana na gas u kombinovanom ciklusu, dugo su služili kao podrška sve većem unosu energije iz obnovljivih izvora, s intermitirajućom proizvodnjom u elektroenergetsku mrežu. Zahvaljujući prebacivanju goriva s uglja na gas, emisije ugljen diosida od 2010. godine smanjene su za oko 500 miliona tona. Međutim, na putu do budućnosti s neto nultim emisijama, te brojke nisu dovoljne.

Da bi se ispunili međunarodni ciljevi dekarbonizacije, potrebno je da se sva fosilna goriva uklone iz globalnog energetskog miksa. Tako Međunarodna agencija za energetiku (IEA) očekuje da će, do sada nezaustavljiv prirodni gas, svoj vrhunac dostići 2030, dok će do 2040. godine doživeti veliki pad – za 90%.

Povećanje potencijala

U skladu sa predviđanjima, svetska potražnja za energijom porašće za, gotovo, 50% u narednih 30 godina, zbog čega jednostavna zamena gasa obnovljivim izvorima – nije praktična. Za kratkotrajno skladištenje energije u crpnim (reverzibilnim) hidroelektranama ili u baterijama, čime bi se obezbedilo snabdevanja u periodu smanjene dostupnosti obnovljivih izvora, kao i za sezonsku zalihu energije, potrebna su čista goriva.

Čista goriva, proizvedena pomoću obnovljivih izvora, omogućavaju i smanjenje emisije CO2 od 100%, u poređenju s prirodnim gasom. Uz to, njihova upotreba je moguća i u postojećoj infrastrukturi.

Čista goriva postoje u različitim oblicima: kao vodonik i derivati ​​vodika kao što su e-etanol, e-etan i e-amonijak i kao biogoriva, kao što su bioetanol, bioplin i biodizel. Uobičajeno je da se proizvode iz vode i obnovljivih izvora, prirodnog gasa, uz hvatanje i skladištenje ugljenika (CCS) ili iz organske materije, kao što su biljke, drvo, poljoprivredni i prehrambeni otpad. Primena čistih goriva započela je danas, međutim, zavisno od dostupnosti sirovine, infrastrukture i ulaganja, za njeno povećanje postoji realan potencijal.

Göteborg postaje zelen

Prelazak na čista goriva omogućiće mnogim termoelektranama na gas da nastave sa obezbeđivanjem bazne ili vršne energije uz mali ili nulti ugljenični otisak, što će biti ključno za sigurnost uloženoga i isplativostiu vreme kada se taksonomija i svest ulagača menjaju. 

Jedan projekt je već pokazao da je takav pomak moguć. U kogeneracijskom postrojenju Rya u Göteborgu, drugom po veličini gradu u Švedskoj, kompanija Göteborg Energi potvrdila je prikladnost primene biljnog ulja obrađenog vodonikom (HVO) u gasnim turbinama srednje veličine i gorionicima sa suvim malim emisijama (DLE). U novembru 2021. godine, postrojenje je dva dana koristilo HVO kao gorivo, kada je potvrđena mogućnost i pokretanja i trajnog pogona na taj način. Göteborg Energi sada planira prelazak na zelenu rezervnu energiju u svojim gasnim turbinama, kako bi do 2025. godine u celosti obezbeđivao toplotu za toplotni sistem iz obnovljivih ili korišćenih izvora.

Dobro je da sada sagledamo ključne kandidate iz carstva čistih goriva.

Vodonik

Zeleni vodonik se može proizvesti elektrolizom pomoću obnovljivih izvora i vode. Potencijal za povećanje primene vodonika je najveći, delom zato što je voda najzastupljeniji element, a delom i zbog velikog potencijala za snižavanje troškova, pa je očigledno da će vodonik ubuduće biti glavno gorivo za gasne turbine.

Iza toga sve više staju i vlade. Tako je, do danas, 17 članica Evropske unije objavilo strategije za povećanje kapaciteta elektrolize, a sve veći broj zemalja učestvuje u globalnoj CEM – inicijativi za vodonik.

Savremene gasne turbine mogu da rade sa smesom vodonika i prirodnog gasa u rasponu 5 – 100%. Ove godine će u Saillat-sur-Vienneu, u Francuskoj, s radom započeti ogledno kogeneracijsko postrojenje na vodonik Hyflexpower, dok je za sledeću godinu planirano ispitivanje rada sa 100% vodonika. Očekuje se i da će već za nekoliko godina novo postrojenje TE-TO Leipzig Süd na gasu Njemačkoj raditi s 30 – 50% zelenog vodonika. Ove godine je pokrenut komercijalni pogon, a cilj je stoprocentno korišćenje vodonika do 2030. godine.

Svakako, korišćenje vodonika u gasnim turbinama termoelektrana zahtevaće određena prilagođavanja i turbina i elektrana. Nova infrastruktura, poput mreže vodonikovoda i podzemnih struktura za skaldištenje vodonika, takođe će biti imperativ. Ali, kada se jednom takvi ključni elementi ostvare i započne njihov rad, očekuje ubrzan dalji razvoj. U svakom slučaju, napredak u ovoj deceniji biće presudan za kasniji uspeh vodika sa niskim sadržajem ugljenika i goriva zasnovanom na vodoniku.

E-amonijak

E-amonijak je derivat vodonika koji ima realne potencijale za primenu u skladištenju energije, prometu i proizvodnji. To je materija koja nema emisija CO2 pri izgaranju i direktno se može koristiti kao gorivo u gasnim turbinama. Neki proizvođači originalne opreme (OEM) već sprovode istraživanja sagorevanja amonijaka, ali će biti potrebno rešavanje nekoliko problema. Jedan od njih je novo ložište i obrada izduvnih gasova, kako bi se rešili značajni nivoi emisija azotnih oksida. Drugi je pitanje toksičnosti goriva, što zahteva strog nazdor nad bilo kakvim nesagorelim emisijama amonijaka.

Ako se procenjuje celokupan ciklus ‘power-to-X-to-power’ –  e-amonijak se smatra manje efikasnim od vodinika. Međutim, lak je za transport, što znači da ima veliki potencijal za primenu kao prenosnik vodonika u interkontinentalnoj trgovini energijom i do udaljenih područja, bez cevovodne infrastrukture. Nakon što se isporuči, može se razgraditi kako bi se proizveo vodonik koji, zatim, sagoreva u gasnoj turbini, čime se direktno uklanjaju problemi sa sagorevanjem amonijaka.

Siemens Energy razvija rešenja utemeljena na amonijaku kao što je ogledno postrojenje za skladištenje energije s e-amonijakom u Velikoj Britaniji. Za proizvodnju te materije iz vodika –  iz vode i azota iz vazduha, koristi se energija iz obnovljivih izvora. Primenom takvog rešenja, emisije CO2 bi se mogle smanjiti za više miliona tona godišnje.

međutim, uprkos velikom potencijalu, i vodnik i e-amonijak i dalje zahtevaju snažne lance snabdevanja i infrastrukturu pre nego što bi se elektrane pouzdano mogle preusmeriti na njih, kao na gorivo. Zapravo, oba rešenja i dalje su srazmerno skupa u poređenju s prirodnim gasom i današnjom generacijom biogoriva, koji zahtevaju značajno manje nove infrastrukture.

E-etanol

Od svih derivata vodonika, e-etanol je posebno lako sintetizovati, koristeći održivi oblik CO2. Predviđa se da će on biti jedan od najboljih ugljovodonika u kaskadi sinteze e-goriva i da će njegova proizvodnja biti moguća u velikim količinama, pa će u budućnosti postati široko dostupan. Uz to, jednostavan je za prevoz i skladištenje u rezervoarima. Iako je danas još skupo gorivo, e-etanol jednostavno može da sagoreva u gasnim turbinama, pri čemu nisu potrebni dodatna oprema i prilagođavanje postrojenja.

Biogoriva

Iako se vodonik nesumnjivo ističe kao dominantno gorivo budućnosti, koji to može postati u relativno kraktom roku, biogoriva mogu da premoste jaz do njegove široke primene, dok bi ga dopunjavao na duži rok. S obzirom da biogoriva mogu da se proizvode u kružnom procesu ugljenika u zatvorenoj petlji, oni se smatraju obnovljivim izvorima i mogu da smanje emisije gasova koji izazivaju efekte staklene bašte do 86%, u poređenju sa benzinom. Tako IEA procenjuje da će do 2026. godine rast potražnje za biogorivima do 2026. godine iznositi 28%.

S obzirom da se pojavljuju nova rešenja, takva goriva mogu da se koriste u postojećim gasnim turbinama i infrastrukturi, uz razumne troškove rekonstrukcije. Na primer, zavisno od toga kako se proizvodi, biogas po svom sastavu može da bude vrlo blizak prirodnom gasu.
To se može videti u Finspångu, u Švedskoj, gde Siemens Energy meša biogas u svom oglednom postrojenju sa gasnom turbinom. Očekuje se da će na taj način kupci biti podstaknuti na korišćenje goriva s malim udelom ugljenika.  To se već događa. Nova postrojenja koje je planirala kompanija Stockholm Exergi prva će koristiti biogas ili tečna biogoriva u gasnoj turbini, u kombinovanom ciklusu.

A sada da pobliže osmotrimo i biogoriva.

Biljno ulje obrađeno vodonikom

Mogućnost primene HVO-a u postojećim gasnim turbinama već je dokazana u ranije spomenutom postrojenju Rya. S obzirom da do njega dolazi  hidrokrekovanjem ili hidrogenovanjem biljnog ulja, njegove količine mogu da se povećavaju iskorišćavanjem otpada, ostataka i poljoprivrednih proizvoda koje se ne koriste za hranu, što ga čini održivim, jer nije konkurencija proizvodnji hrane. HVO omogućava smanjivanje emisije gasova staklene bašte za 77 – 83%, posebno ukoliko se koriste otpadna ulja, čime se dostiže prag od 80% , koji se smatra održivim u taksonomiji EU-a.

Trenutna proizvodnja u Sjedinjenim Američkim Državama i EU-u je oko 7,8 Mt, s tim što se očekuje da će se njegova dostupnost povećavati. Njegova cena danas iznosi 48 – 104 EUR/(MW h), a s obzirom da se očekuje snižavanje troškova, procenjuje se da će cena u narednim godinama iznositi 29 – 79 EUR/(MW h).

Metil estar masnih kiselina

Metil estar masnih kiselina (FAME) je generički hemijski naziv za biodizel dobijen iz obnovljivih izvora, poput biljnih ulja i životinjskih masti, koji se uglavnom proizvodi u EU-u, SAD-u, Indoneziji, Brazilu i Argentini. Današnje količine FAME-a na globalnom nivou iznose oko 38 Mt, što je četiri puta više od HVO-a. Međutim, pri dodatnom povećanju proizvodnje, probleme mogu da predstavljaju nečistoće ili loš kvalitet sirovina, kao što su otpad i ostaci koji ne mogu da se koriste za proizvodnju.

Na benzinskim stanicama dizel već sada može sadrži i do 7% FAME-a. Međutim, za njegovu primenu u elektranama i dalje su potrebna dodatna istraživanja, koja se upravo sprovode. S obzirom da je hidrofilan, FAME nema tako dobra svojstva pri skladištenju kao HVO, jer postoji rizik od dugoročne degradacije goriva.

Etanol i dimetil etar

Etanol se proizvodi fermentisanjem šećera u alkohol, uz primenu konvencionalnih energetskih useva ili otpada iz prehrambene proizvodnje, ostataka ili poljoprivrednih proizvoda koji se ne koriste za hranu. Biogorivo se danas najčešće proizvodi, pri čemu su količine od 86 Mt uglavnom dostupne iz SAD-a. Iako je i dalje neophodna potvrda da je odgovara za primenu u elektranama, on ima vrlo veliki potencijal, jer može lako da se proizvodi iz otpada i ostataka i ima dobra svojstva pri skladištenju.

Na kraju, napredno gorivo dimetil etar (DME), proizveden gasifikacijom biomase, omogućava smanjenje emisije gasova staklene bašte za 86 – 89% i ima potencijal za primenu u gasnim turbinama. Iako sada još nema velikog obima proizvodnje, to bi se moglo promeniti s povećanjem broja komercijalnih postrojenja na biomasu.

Faktor lokacije

Za primenu čistih goriva u zameni gasa, lokacija je vrlo važna. Posebno su važni parametri kao što su regionalno snabdevanje, postojeća infrastruktura i zemljište, vremenski uslovi i faktori konkurencije na tržištu. Tržišta na kojima postoje veliki resursi za primenu obnovljivih izvora kao što je švedsko, dobro su mesto za povećanje proizvodnje zelenog vodonika. Kao što pokazuje spomenuto postrojenje Rya, područja s velikom šumskom površinom po stanovniku mogu biti predvodnici u prihvatanju čistih goriva. Ostala tržišta s pristupom postojećoj infrastrukturi kao što su vodonikovodi u Evropi, Velikoj Britaniji ili SAD-u, lakše će usvojiti vodonik kao čisto gorivoPoređenja radi, tečna obnovljiva goriva bi bila najprikladnija za ostrvske mreže i za decentralizovane primene gde nedostaje infrastruktura.

Tržišni mehanizmi

Kao i kod bilo koje zelene energije danas, do kraja decenije se, najverovatnije, neće povećati primena čistih goriva, ukoliko ne bude tržišnih mehanizama koji ih podržavaju kao što su granične vrednosti emisija CO2 iz proizvodnje energije. Takođe,  mehanizam za prilagođavanje graničnih vrednosti ugljenika za proizvode koji se uvoze, a koji se uvodi u EU-u, mogao bi da ima uticaj na dekarbonizaciju energetskih objekata u trgovinskim partnerima EU-a.

Nema sumnje, put do neto nultih emisija ispunjen je velikim očekivanjima, ali i nesigurnostima. Ali, da li je li to uopšte moguće u prihvatljivom vremenskom okviru? To niko ne zna. Kretanje po tim nepoznatim područjima predstavlja veliki izazov, posebno za elektrane na gas. Čista goriva pružaju mogućnost da se takva postrojenja pripreme za budućnost.

Očekuje se da će čista goriva, kao što je zeleni vodonik, dugoročno postati ekonomski pristupačnija od sivih goriva na fosilnoj osnovi koja se danas najviše koriste. Zato će u energetskoj tranziciji čista goriva, uz obnovljive izvore, imati važnu sporednu ulogu.

Autor članka, Erik Zindel, potpredsednik je u odeljenju Generation Sales – Hydrogen, u kompaniji Siemens Energy i trenutno vodi inicijativu za sagorevanje vodonika u gasnim turbinama. Takođe, uključen je u sve ostale elemente  vodonikove strategije kompanije. Posljednjih 27 godina za kompaniju je radio na raznim mestima širom sveta.

Autor članka, Erik Zindel

Izvor: Energija-net

Facebook
Twitter
LinkedIn
Email
Odštampaj

Ostavite odgovor

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena.

Logo

Newsletter

Možda će Vam se svideti:

Logo

Energija Balkana

Newsletter

Nedeljni pregled vesti