Първи стъпки към въглеродна неутралност

Зеленият водород е в основата на много проекти, които индустрията разработва в момента

Вятърните паркове се смятат за част от решението за декарбонизация на икономиката
Вятърните паркове се смятат за част от решението за декарбонизация на икономиката    ©  Красимир Юскеселиев
Вятърните паркове се смятат за част от решението за декарбонизация на икономиката
Вятърните паркове се смятат за част от решението за декарбонизация на икономиката    ©  Красимир Юскеселиев

Големите компании в Европа вече работят по различни проекти, с които да постигнат целите за нулеви въглеродни емисии до 2050 г. В основата на повечето от тях стои зеленият водород, получен с помощта на електроенергия от вятъра или слънцето. За момента работеща технология все още няма, а основните предизвикателства са свързани с разходите и инфраструктурата.

Има обаче някои обещаващи опити, които може да се превърнат в успешни модели в бъдеще.

"Западен бряг 100"

Определян като лаборатория в реалния свят, проектът Westkueste 100 ("Западен бряг 100") предвижда изграждането на регионална водородна икономика в индустриален мащаб в района на германския град Хайде близо до Хамбург. В центъра на инициативата е Raffinerie Heide - средно голяма петролна рафинерия, а сред участниците са компании от различни сектори, местната агенция за развитие и Университетът за приложни науки в града. Проектът беше представен на конференцията "Водородна икономика", организирана от Българо-германската индустриално-търговска камара (ГБИТК).

В региона има уникални условия - тъй като се намира на брега Северно море, вятърът е силен и делът на възобновяемата енергия е голям, а самата рафинерия разполага със солна каверна, в която водородът може да се съхранява, както и със собствен 40-километров водороден тръбопровод. "Нашата технология се нуждае от много големи количества водород. Ние сме готови да заменим сивия водород със зелен и да използваме сив водород само когато възобновяемите източници не осигуряват достатъчно енергия, тъй като при нас процесите са непрекъсваеми", обясни Сандра Ниблер, ръководител направление "Търговия и икономика" в Raffinerie Heide.

Проектът предвижда да се оползотворява възобновяема енергия, като рафинерията вече има инсталиран 10.7-гигаватов вятърен парк (в морето и на сушата) - за сравнение, цялата инсталирана енергийна мощност в България е около 12 гВт. С енергията ще се захранва електролизна централа, която първоначално ще е с мощност 30 мВт, а впоследствие може да бъде разширена до около 700 мВт. Полученият водород ще се съхранява в каверната.

В плановете е също да се използва въглеродният диоксид, който се получава при производството в разположения наблизо циментов завод на Holcim. Идеята е той да се улавя и пренася до рафинерията, където да се включва в синтеза на метанол. Полученият метанол ще може да се транспортира или да се използва в рафинерията - например в пещи за парен крекинг, при производството на някои химикали и синтетични горива като бензин, дизел и керосин. Със самолетното гориво пък ще може да се захранва близкото летище.

Изследва се и възможността кислородът, който се получава по време на електролизата, да захранва процеса на горене на циментовия завод чрез oxyfuel процес (изгаряне на гориво в кислородна вместо във въздушна среда, при което се получава чист от примеси въглероден диоксид, който може да се транспортира и съхранява). Това може и значително да намали емисиите на азотни оксиди на завода. Топлината от процеса пък може да влиза в отоплителната мрежа и да бъде използвана в индустриален парк.

Проектът ще бъде изпълнен за 5 години, като се очаква изграждането му да започне в края на 2022 г. или началото на 2023 г. Общата стойност е 89 млн. евро и е финансиран с 30 млн. евро от Федералното министерство на икономиката.

Всичко е химия

Германският химически гигант BASF планира да внедри две нови технологии до 2030 г., за да замени сивия водород, който използва в производството си. В момента компанията произвежда около 250 хил. тона водород в завода си в Лудвигсхафен, което е свързано с високи емисии - приблизително 9-10 тона въглероден диоксид на 1 тон водород. Затова BASF предвижда да въведе електролиза и метанова пиролиза, каза управляващият директор на BASF за България и Румъния Андреас Лиер на конференцията на от БГИТК.

Компанията инвестира около 4 млрд. евро в проект за зелена електроенергия в района на Северно море, с която да електрифицира пещите си за парен крекинг, които в момента работят на природен газ. Това би довело до 90% намаляване на въглеродния отпечатък. "Разработихме първата електрическа концепция за пещи за парен крекинг, но искаме да демонстрираме надеждността на ключови компоненти, които да се използват във високотемпературни реактори", каза Лиер.

Друг метод, който BASF ще използва, е метановата пиролиза. При нея в реактора влиза метанов газ, нагрява се до 1000 градуса и там се разгражда на водород и въглерод, който обаче е в твърдо състояние. Така в процеса не се образува въглероден диоксид. "Ако електричеството също е от възобновяеми източници, тогава целият процес не води до отделяне на въглероден диоксид", обясни Лиер. Той обаче посочи, че успехът на водородната икономика е неразривно свързан с напредъка на ВЕИ, както и с промени в цените на електрическата енергия. Има нужда и от изграждане на инфраструктура за пренос на енергията, както и за транспортиране на водорода.

Очаква се зеленият водород, произведен от възобновяеми източници, да стане конкурентен до 2030 г. В момента той е 6 пъти по-скъп от сивия водород.

Тест в металургията

През май тази година медодобивната компания Aurubis започна пилотен проект в завода си в Хамбург за декарбонизация на производството. Целта е да се замени природният газ, използван като редуциращ агент в пещта за медни аноди, с въглеродно неутрален водород. Така вместо въглероден диоксид при процеса се отделят водни пари. Това може да помогне на компанията да постигне значителни намаления на емисиите - само заместването на природния газ с водород в анодната пещ в Хамбург ще понижи емисиите с 6200 тона годишно, изчисляват от Aurubis. Това е първият такъв тестов проект в индустриален мащаб.

В момента водородът се доставя в бутилки от производителя на промишлени газове Air Liquide. Групата обаче работи и по проекта Living Lab Northern Germany заедно с 50 други партньори, включително университети и компании, за производство на водород от възобновяеми източници. Целта е да се изгради голям централен електролизер, който да произвежда водород за индустрията, като се захранва с вятърна енергия от Северно море. Потенциално приложение на водорода има също в градския транспорт, при товарните превози и др. Проектът се финансира от Федералното министерство на икономиката.

Водороден влак

Първият влак, който се движи с водород, е разработен от Alstom и вече се използва в реална среда за превоз на пътници. Наречен Coradia iLint, той цели да замести дизеловите влакове по линии, които не са електрифицирани.

Coradia iLint се задвижва от водородна горивна клетка, която произвежда електричество за тяга, при което в околната среда се отделят само пара и кондензирана вода. За целта на покрива на влака са разположени резервоари с водород, който се подава към горивната клетка и там произвежда ток с помощта на кислорода от въздуха. Влакът е оборудван и с литиевойонни батерии, които съхраняват част от излишната енергия, която също може да се използва при нужда. Технологията съчетава различни иновативни елементи - конверсия на чиста енергия, гъвкаво съхранение на енергията в батерии и умно управление на процесите.

Подобни влакове вече се движат в Германия, Австрия, Швеция и Франция. Компанията започна изграждането и на станции за зареждане с водород. Проектът се финансира частично от германското правителство.