Vodik (H) je prvi element u periodnom sustavu elemenata, sa jednim protonom u jezgri i jednim elektronom u omotaču, on je najlakši i najzastupljeniji element u svemiru. Upravo u njemu brojni znanstvenici i političari vide rješenje za alternativne energente koji bi zadovoljili globalne energetske potrebe bez daljnjeg zagađenja okoliša. Budući da se radi o tehnologiji koja je javnosti uvelike nepoznata, odlučili smo ovdje dati kratki pregled vodičnih energetskih očekivanja.
Kao prvo, tehnologija kojom se od vodika dobiva struja nije nova, ona je mjestimično u upotrebi još od 19. stoljeća. Prvi motor s unutarnjim izgaranjem na vodik izgrađen je 1807. godine, a rasprava o korištenju vodika iz elektrolize za zamjenu ugljena pojavila se već 1863. godine. Još 20-ih godina 20. stoljeća Norveška i Kina proizvele su ogromne uređaje za elektrolizu snage veće od 10 megavata za proizvodnju gnojiva za industriju uz pomoć hidroenergije. Takvi i slični periodi u našoj industrijskoj povijesti, 70-ih godina prošlog stoljeća počeli su se nazivati ciklusima “hajpa” u kojima se probudi entuzijazam za potencijalima vodika kao energenta, pa se zbog cijene njegove proizvodnje od svega ponovno odustane. Posljednji takav “hajp” dogodio se u ovom stoljeću, u vrijeme “oil peaka” i 2003. godine kada se najavljivalo (pogotovo u SAD-u) pokretanje velikih investicijskih ciklusa u vodik. Međunarodne naftne igrice također su u situacijama internacionalnih sankcija pokretale ideje o prelasku na vodik kao energent. S ekonomskom krizom 2008. i to je zamrlo te su investicije u vodik u tom periodu ponovno počele padati. Tablica s točnim podacima nalazi se na Carbon Briefu koji je proveo ogromnu dubinsku analizu na ovu temu.
Suprotno očekivanjima teoretičara zavjera, vodična tehnologija nikada nije zaživjela u mejnstrimu – ne zbog toga što kakva elitna skupina koja potajno upravlja svijetom nije dozvolila razvoj tehnologije (svijet jednostavno tako ne funkcionira) – a suprotno i onima koji bi voljeli misliti da su ovu tehnologiju spriječili vlasnici kapitala firmi za obradu i prodaju fosilnih goriva – tehnologija prosto nije zaživjela jer je preskupa, a često i energetski neučinkovita. Primjerice, da bi se zadovoljili klimatski ciljevi (zaustavljanje zatopljenja na ispod 2 stupnja Celzijusa) bilo bi potrebno proizvesti 36.000 teravat sati struje. To je 38 posto struje više nego što se danas proizvodi u cijelome svijetu. Izračunali su tako u Bloomberg NEF-u.
Usprkos poteškoćama, ovaj energent treba staviti u adekvatan kontekst. Budući da je vodik jako lako gorljiv plin, on sadrži više energije po jedinici težine od fosilnih goriva. To znači da bi energetski dobitak koji se izvuče elektrolizom trebao biti veći nego kod fosilnih goriva. Na primjer, iskoristivost u termoelektranama na ugljen iznosi 30 posto, dok iskoristivost energije iz vodika nakon elektrolize iznosi sada, sa loše razvijenom tehnologijom 33 posto. No, za razliku od ugljena, ako se vodik dobiva iz elektrolize, on prilikom sagorijevanja ispušta vodu, a ne CO2. No, elektroliza nije jedini način dobivanja vodika kao energenta. No, isto tako vodik se može dobiti i sagorijevanjem raznih drugih energenata – od ugljena, preko biomase pa do fosilnih izvora energije. Takvo korištenje vodika danas stvara dodatnih 830 milijuna tona CO2 svake godine: 6 posto ukupne globalne potrošnje plina odlazi na proizvodnju vodika, kao i 2 posto svog ugljena. Ukupno, godišnje emisije stakleničkih plinova nastale iz vodika malo su veće od godišnje emisije cijele Njemačke.
Paleta vodikovih boja
Čini se dakle, da nije sav vodik zelena tehnologija. Štoviše, s obzirom na njegovu dostupnost, znanstvenici su bili primorani pripisati cijelu dugu boja vodiku. Tako imamo zeleni, plavi, sivi, rozi, žuti, ljubičasti…. vodik.
Samo je zeleni vodik ekološki čist. On nastaje elektrolizom, postupkom koji električnom strujom dijeli vodu na vodik i kisik, koristeći energiju dobivenu iz obnovljivih izvora. S druge strane, plavi vodik uglavnom se proizvodi reakcijom metana u plinu s parom, a zatim hvatanjem i skladištenjem nastalih emisija CO2. U parnoj reakciji metana, najčešćoj metodi, fosilni plin se sagorijeva za poticanje procesa i koristi se kao sirovina. Trenutno većina ljudskom proizvodnjom dobivenog vodika na svijetu nije zelena ili plava, već se on dobiva iz fosilnih goriva bez ikakvog hvatanja i skladištenja CO2. Proizvodne metode koje se temelje na ugljenu, lignitu i plinu bez hvatanja i skladištenja ugljika nazivaju se “crna”, “smeđa” i “siva”.
Prema Međunarodnoj agenciji za energetiku (IEA), 76% vodika dolazi iz plina, a 23% iz ugljena – potonji je uglavnom u Kini – a samo 2% dolazi iz elektrolize. Manje od 0,7% trenutne proizvodnje vodika dolazi iz zelenih ili plavih zaliha s niskim udjelom ugljika. Vodik se također može generirati nuklearnom energijom za pogon elektrolize. Prema IEA ne postoji “utvrđena boja” za vodik proizveden nuklearnom energijom, ali izvješća su ga različito nazivala “žutim”, “ružičastim” i “ljubičastim”. A tu je i “tirkizni” vodik, stvoren kao nusproizvod metanske pirolize, koji koristi toplinu za cijepanje fosilnih plinova u vodik i ugljik. Osim osnovne palete boja, postoji pregršt drugih proizvodnih metoda – od kojih su neke s niskim udjelom ugljika – koje bi mogle pridonijeti budućoj potražnji za vodikom. Tirkizni vodik ima mogućnost niske emisije ako se proces napaja obnovljivim izvorima energije ili nuklearnom energijom, a rezultirajući ugljik skladišti. Međutim, nedavna studija zaključila je da će poput plavog vodika i dalje stvarati značajne emisije zbog proizvodnje plina koji se koristi za osiguravanje potrebne topline za postupak.
Kako piše Carbon Brief, izvještaj konzultantske tvrtke Lucid Catalyst navodi da je količina vodika potrebna za postizanje međunarodnih klimatskih ciljeva “mnogo veća nego što se može proizvesti obnovljivim izvorima energije”, što nuklearni vodik čini nužnom. Šteta što je upravo ove godine Europska unija zaključila da nuklearna energija nije zelena, dok plin primjerice jeste. Nuklearna energija rizik je zbog ljudskog faktora, i potencijalno katastrofalnih posljedica. Međutim, kad bi realni rizik od nuklearki bio proporcionalno visok moralnoj panici na istu temu, onda i tek onda nuklearna energija bila bi realni razlog za paniku. Ovako, ako usporedimo broj nuklearki na planeti, i broj katastrofalnih nesreća, čini se da imate veće šanse poginuti u automobilu i sličnim primjerima nesigurnih ljudskih praksi nego u nuklearnoj eksploziji.
Koliko je bitno pitanje ekonomske isplativosti vodika?
No, kada govorimo o ekonomskoj isplativosti vodika, treba imati na umu da je najjeftiniji “sivi” vodik – onaj dobiven iz ugljena. Njegova cijena iznosi oko 1 USD po kilogramu – ako se dobiva iz bliskoistočnog plina, ali u nekim regijama doseže čak 3 USD po kg. Za Kinu i Indiju, koje uvoze većinu svojih zaliha plina, vodik na bazi ugljena obično je najjeftinija opcija. Sivi vodik može postati plavi, ako se pritom koristi metoda hvatanja i skladištenja uljika, no to poskupljuje troškove za otprilike 1.5 dolara po kg, prema IEA. Za usporedbu, Agencija navodi da se zeleni vodik dobiven sunčevom energijom ili kopnenim vjetrom obično cjenovno kreće između 2.5 i 6 dolara po kg.
Također, Carbon Brief proveo je metaanalizu brojnih studija o vodiku kao energentu. Najzanimljivija je čini mi se, razlika koju su primijetili uspoređujući podatke IEA i BNEF za zeleni vodik. Razlika se svodi na procjenu troškova instalacije uređaja za elektrolizu, koje su dvostruko veće u prognozama IEA-e, uz dodatno nešto veće pretpostavke cijene električne energije. Da bi se ulaganje u uređaje za elektrolizu isplatilo, rezultat bi morala biti stabilna i relativno jeftina električna energija. Ako strojevi ne rade cijelo vrijeme, troškovi ovako proizvedenog vodika su veći nego što je trenutno tržišno isplativo. Također, na proizvodnu cijenu vodika treba dodati cijenu transporta što znači da je zeleni vodik svakako najskuplji oblik vodika. Transport na udaljenosti veće od 1500 km, postaje potpuno neisplativ.
U teoriji, piše Carbon Brief, “vodik ima potencijal dekarbonizirati sve, od čelika koji se koristi za izradu nečijeg automobila do plina koji grije njihov dom. Međutim, u praksi je malo vjerojatno da će se vodik koristiti univerzalno. Štoviše, količina potrebna za zadovoljenje svih mogućih primjena vodika s niskim udjelom ugljika vjerojatno bi daleko premašila dostupnu količinu, čak i ako je proizvodnja znatno povećana. Pitanje stoga više uopće nije jeste li za vodik, ili protiv. Pitanje je gdje je potrebno koristiti vodik, a gdje je to preskupo ili ekološki nezadovoljavajuće. Promet je sigurno nešto bi moglo odnijeti 25 posto proizvedenog ugljika, a elektroenergetski sektor mogao bi potrošiti 30 posto, kao i industrija. No, zgrade će se najvjerojatnije grijati na druge načine, stoga će, prema Bloombergovom istraživanju, njihov udio u potrošnji vodika do 2050. godine biti svega 15 posto.
S obzirom na klimatski cilj zaustavljanja zagrijavanja na prosječno 1.5 stupnja Celzijusa godišnje, prema Bloombergu, vodik bi zadovoljio tek 24 posto konačne globalne potražnje za energijom, grafikoni koji ovo objašnjavaju dostupni su na ovom linku. Prema IEA istraživanju naziva Perspektive energetske tehnologije objavljenom u rujnu 2020.godine, prognozira se da će do 2050. godine potrošnja vodika zadovoljavati manje od 7% ukupne potražnje za energijom, od čega promet (44%), industrija (28%), snaga (19%) i zgrade (9%). Ovo je puno stroža procjena od Bloombergove. Razlika je infrastrukturna, i odnosi se cijenu rada, odnosno infrastrukturna opterećenja koja kalkulira Međunarodna agencija za energiju skuplja su od onih za koje Bloomberg misli da se mogu izgraditi jeftinije. Ovakve procjene također u sebi sadrže slabo vidljive socijalne politike. Sama činjenica da tijela javne uprave ne idu na maksimalno jeftinu cijenu proizvodnje svjedoči nam ponovno da se nešto u Europi promijenilo. Jasno je to i iz nepostojanja pitanja cijene tehnologije vodika. Računa se valjda, da će se investicije u to isplatiti kroz manje financijsko opterećenje zdravstvenog sustava i kroz socijalni mir.