Zöld, kék, szürke – hogyan juthatunk hidrogénhez?
A hidrogén energiahordozó, amit először elő kell állítani, hogy aztán a fogyasztók kinyerhessék és felhasználhassák a benne tárolt energiát. Általánosságban véve ez kétféleképpen tehető meg: elektrolízissel, valamint fosszilis üzemanyagokból. A többséget az elektrolízis hozza lázba, mivel a módszer a vizet elektromos áram befektetésével hidrogénre és oxigénre bontja. Amennyiben az ehhez felhasznált villamos energia megújuló energiaforrásokból (pl. napelemek, szélerőművek) származik, a folyamat fenntartható energiatermelési módot biztosít. Éppen ezért nevezik zöld hidrogénnek.
Alternatív megoldásként a hidrogén fosszilis üzemanyagokból is előállítható. Ennek legnépszerűbb és legköltséghatékonyabb módja a metán vízgőzös reformálása, melynek alapanyagaként a földgázt alkotó metán szolgál. Az így előállított hidrogént nevezik szürke hidrogénnek. Ha a hidrogén fosszilis tüzelőanyagból áll elő, de nem vezet üvegházhatású-gázkibocsátáshoz, kék hidrogénnek nevezik. A metán vízgőzös reformálását szén-dioxid-megkötéssel és -tárolással (CCS) kombináló módszerek a legígéretesebbek, de más módszereket, mint például a metán pirolízisét is vizsgálják. A kék hidrogén ugyan nem fenntartható, de alacsony karbonkibocsátással jár.
Hol használhatjuk a hidrogént?
De miért is érdemes hidrogént előállítanunk? A legismertebb potenciális alkalmazása a közlekedéshez köthető, ahol a gyártók számos olyan hidrogénüzemű járművet fejlesztettek, amelyek az elektomos járművek versenytársai lehetnek az elkövetkező években. A hidrogénüzemű járművek üzemanyagcellákat használnak az elektromosság előállítására, de leszámítva a prototípusokat és néhány, a kereskedelemben kapható modellt, elterjedésük ezidáig fájdalmasan lassú.
A közlekedés a hidrogén fontos alkalmazási területe lehet, de a globális társadalomnak azokban a szektorokban van rá a legnagyobb szüksége, amelyek nem villamosíthatók egykönnyen. Ipari alkalmazása a legsürgetőbb, mivel alapvető tevékenységeinket minél előbb alacsony karbonintenzitásúvá szükséges átalakítanunk: az acéltól a cement gyártásáig. Ezen tevékenységek végzéséhez ugyanis a villamos energia nem használható, de mivel a hidrogénből üvegházgáz kibocsátása nélkül hő is nyerhető, így a fosszilis tüzelőanyagok helyettesítésére megfelelő alternatívát kínál. Alkalmazása sok szempontból hasonlít a földgázéhoz, ami lehetővé teszi üzemanyagként történő felhasználását ipari folyamatokban, a hőellátásban vagy akár generátorok üzemeltetésénél villamosenergia előállítása során.
Másik fontos alkalmazási lehetősége az energiatárolás. A villamosenergia-tárolásnak vannak olyan „apróbb” problémái, mint például az akkumulátorok gyártásához szükséges erőforrások szűkössége vagy súlya, valamint költségei. Ezeket azonban egy még nagyobb probléma homályosítja el, nevezetesen, hogy a népszerű energiatárolási formák, mint például a lítiumionos akkumulátorok, a legjobb esetben is csak 1-2 napig tudják gazdaságosan tárolni az energiát.
Ahhoz, hogy a jelenlegi energiarendszert karbonsemlegessé alakítsuk, felül kell kerekednünk a kereslet és a megújulókból származó kínálat között fennálló szezonális eltéréseken.
Leegyszerűsítve: a népszerű megújulók, mint a napelemek, nyáron lényegesen magasabb kihasználtsággal működnek, míg a fogyasztók energiaigénye általában télen magasabb (gondoljunk csak a fűtési igényre). A hidrogén ezt a hiányosságot képes áthidalni: a nyár folyamán (potenciálisan megújuló energiaforrásokból) előállított energia segíthet a téli igények kielégítésében.
Harmadik szempont, hogy a hidrogén szállítása sokkal olcsóbb, mint a villamos energiáé. Az utóbbi szállításához szükséges infrastruktúra 10-20-szor drágább, mint amit az előbbi igényel. Továbbá a már meglévő földgáz-infrastruktúra megkönnyítheti a hidrogén szállítását és elosztását, ami tovább csökkentheti a költségeket és a nyersanyagigényt, jóllehet sok kérdés merül fel azzal kapcsolatban, hogy pontosan mely infrastruktúra elemeket lehet erre a célra átalakítani, hogyan és milyen költséggel.
Az energiaátmenet hiányzó láncszeme
A hidrogén környezetbarát tulajdonsága (felhasználása során nem kerül káros anyag a környezetbe), lehetséges széleskörű alkalmazhatósága, energiatároló képessége és az energiaátmenet költségeinek csökkentése mind oka annak, hogy „hiányzó láncszemnek” tekintik az energiaátmenetben. Ezen megfontolások vezették az Európai Bizottság döntését, hogy hidrogénstratégiát dolgozzon ki. Az EU testülete már nyomatékosította a dekarbonizáció iránti elkötelezettségét a Párizsi Megállapodás 2015-ös aláírásával és a „Tiszta energia minden európai számára” szakpolitikai csomag 2016-os közzétételével, ám eredetileg azt tervezte, hogy ezt a célkitűzést villamosítással és a megújuló energiaforrások elterjesztésével éri el. Miután azonban világossá vált, hogy ez a kombináció nem teszi lehetővé a teljes energiarendszer dekarbonizációját, megélénkült a hidrogén iránti érdeklődés.
Noha a Bizottság arra törekszik, hogy kibővítse a hidrogén mint energiahordozó szerepét, valójában már széles körben használják ipari termelésben. Az olajfinomítók és műtrágyaüzemek régóta a hidrogén fő gyártói és fogyasztói. A 2018. évi tiszta hidrogéntermelés globálisan 73,9 millió tonnát tett ki, amelyet az olajfinomítás (52%), az ammóniatermelés (43%) és az egyéb (5%) ágazatok használtak fel. Hasonló a megoszlás az EU-ban is, ahol a hidrogéntermelésnek csak 4%-a megújulóenergia-alapú, a fennmaradó, fosszilis tüzelőanyagokból előálló rész pedig évi 70–100 millió tonna CO2-kibocsátást eredményez. Ebből is látható a fosszilis iparágak és a hidrogéntermelés közötti szoros kapcsolat.
A hidrogénstratégia azt tűzi ki célul, hogy 2050-re a hidrogén részesedése az energiamixben a 2018. évi 2%-ról 13%-14%-ra növekedjen. Ez egy rendkívül ambiciózus cél, alig több mint harminc év alatt 11–12 százalékponttal növelni a relatív részesedést. Kontextusba helyezve a számokat: a napelemek és a szél a teljes energiaellátás 0,7%-át és 2,0%-át adták 2018-ban, miután közel egy évtizeden keresztül széles körű állami támogatást élveztek. Az energiaátmenetek általában lassúak. Ennek kiküszöbölése érdekében a Bizottság arra törekszik, hogy 2024-ig 6 GW, 2030-ig 40 GW megújuló hidrogén-elektrolizáló kapacitás létesüljön, jelentősen meghaladva ezzel a már bejelentett, illetve építés alatt álló projektek 1,5–2,3 GW-os kapacitását.
Ez részét képezi a 2×40 ütemtervnek, mely 40 GW elektrolizáló létesítménnyel számol 2030-ra az EU-ban, és további 40 GW-tal Észak-Afrikában és Ukrajnában. Az EU célja az lenne, hogy az olajfinomítók, acélgyártó üzemek és más ipari szereplők hozzáférjenek a zöld hidrogénhez, miközben dedikált hidrogénüzemek épülnének, melyek az integrált hidrogénpiac alapját képeznék. Ez hasonló lenne a jelenlegi földgázpiacokhoz, de hidrogén áramlana át a csővezetéken. Másrészt az EU támogatná az elektrolizálók építését Észak-Afrikában, amelyet aztán ipari folyamatokhoz lehetne felhasználni (és potenciálisan exportálni a végtermékeket az EU-ba), és Ukrajnában, ahol a bőséges megújulóenergia-alapú villamosenergia-termelési kapacitások – elsősorban a szél – lehetővé tennék az ország számára zöld hidrogén előállítását és exportálását az EU-ba.
A Bizottság becslései szerint ennek a költsége összesen 320–458 milliárd euró lenne 2030-ig – ez az EU 2018. évi GDP-jének 2,3–3,2%-a, vagy másképp fogalmazva a magyar GDP 2-3-szorosa –, nem számítva azokat a beruházásokat, amelyeket a végfelhasználóknak kell megvalósítaniuk. Ez utóbbi annak az extra költsége, amit az ipari folyamatoknak, a járműtulajdonosoknak és a háztartásoknak kell befektetniük technológiáikba és készülékeikbe, hogy lehetővé tegyék a hidrogén elterjedését. A beruházási költség tehát hatalmas, de úgy tűnik, a von der Leyen vezette Bizottság elkötelezett a dekarbonizáció iránt, és megvan a politikai akarat e napirend előmozdítására. Ezen felül a tagállamok is megkezdték a nemzeti hidrogénstratégiák kidolgozását és a technológiába történő beruházásokat.
A fosszilis iparági lobbi és befolyás árnyékában
Az EU és a nemzeti politika a zöld hidrogénben rejlő potenciálra összpontosít, amiben valóban nagy lehetőség van. Ugyanakkor az EU, a világ nagy részéhez hasonlóan, nagy mértékben támaszkodik a fosszilis tüzelőanyagokra. A közösség energiájának 72%-a fosszilis tüzelőanyagokon alapul, ez az ágazat és az azt képviselő cégek pedig valószínűleg továbbra is ellenállnak majd a nem fosszilis tüzelőanyagokon alapuló energiamixnek, ahol csak lehetséges. Még ha változtatnak is, oly módon teszik majd, hogy fenntartsák a természeti erőforrásokat kiaknázó gyakorlatukat.
A hidrogéniparágat több szempontból is könnyedén megbéníthatják a fosszilis érdekek. A költségek az ő kezükre játszanak, mivel a fosszilis tüzelőanyagokon alapuló hidrogén jelenlegi ára 1,5 euró kilogrammonként. Ugyanez 2 euró, ha szén-dioxid-megkötés és –tárolást (CCS) is alkalmaznak, összehasonlítva a 2,5-5,5 eurós kilogrammonkénti árral a megújulóenergia-alapú változatok esetében. Nem meglepő, hogy az EU fő földgázszállítói, mint például az Equinor vagy a Gazprom már akcióba lendültek a piacok megszerzéséért: stratégiákat dolgoztak ki, kutatás-fejlesztést finanszíroztak.
A méretgazdaságosság és a technológiai fejlesztések minden bizonnyal csökkenteni fogják a szürke és kék hidrogén árát, folyamatos nyomást gyakorolva zöld alternatívájukra.
Bár a Bizottság hangsúlyt fektet a megújuló energiaforrásokon alapuló hidrogénre, ugyanakkor elismeri azt is, hogy a fosszilis tüzelőanyagokból előállított (szürke) vagy karbonmentesített (kék) hidrogén az elkövetkező években fontos szerepet játszhat az EU energiaágazatában. A hidrogén elterjedésének előmozdítására törekszenek, függetlenül annak forrásától, feltételezve, hogy a megújulóenergia-alapú változatok fokozatosan felváltják majd a fosszilis alapúakat. A váltás előmozdítása érdekében a Bizottság az EU kibocsátáskereskedelmi rendszerére (EU ETS, az a mechanizmus, amely meghatározza a CO2-kibocsátók által fizetendő árat) és az eredetigazolásokra tervez támaszkodni.
Annak érdekében, hogy a kibocsátók alkalmazzák a CCS-t, a Bizottság becslése szerint az EU kibocsátáskereskedelmi rendszerében meghatározott kvótaáraknak 55–90 euróra kellene emelkedniük – ami jóval magasabb, mint a jelenleg érvényes nem egészen 30 euró. Ezenkívül a CCS még gyerekcipőben jár, a fosszilis tüzelőanyagok pedig rekordalacsony árakat értek el – ez jól mutatja azt a kihívást, amit az átmenet jelentene.
Hogyan lehetne mégis zöld a hidrogén az EU-ban és mit kezdünk Oroszországgal?
Eközben a megújuló energiaforrásokon alapuló hidrogén költségei függnek az elektrolizáló berendezések költségcsökkenésétől, valamint azok relatív méretnövekedésétől. Emiatt a létező és tervezett létesítmények kihasználtsága viszonylag magas kell legyen, ami akkor érhető el, ha bőséges a megújulóalapú villamosenergia-termelés. A hidrogéntermelés felvenné a többlettermelést, amikor a megújulóenergia-termelés nyomást gyakorol a villamosenergia-árakra, de e nélkül az elektrolizáló berendezések nem érdemesek gazdasági erőfeszítésre. Az EU ezt a megújuló energiaforrások elterjesztésével tudja kezelni, ám az e területre irányuló beruházások a közelmúltban csökkentek. A megújuló energiaellátás bevezetésének felgyorsítása nélkül az EU-nak továbbra is (a legjobb esetben) kék hidrogénre kell támaszkodnia, amely akadályozza a stratégia azon törekvését, hogy csak közbülső lépésként használják a fosszilis tüzelőanyagokon alapuló hidrogént a zöld hidrogén elterjedéséig.
A hidrogénstratégia célja a zöld hidrogén további támogatása származási garanciarendszer révén. Ennek a rendszernek a logikája az, hogy bizonyos fogyasztókat felkérnek arra, hogy a hidrogén különféle formáit vonják be az energiamixbe. Például a döntéshozók kérhetik az acélgyártókat, hogy legalább 30% zöld hidrogént fogyasszanak. Így az acélgyártóknak olyan hidrogént kell vásárolniuk, amely tanúsítottan zöld. Így biztosítanának előnyt a megújuló energiaforrásokból előállított hidrogénnek a többihez képest – ám a megközelítés elfogadása és hatékonysága egyelőre még kérdőjeles.
A hidrogénstratégia nem említi az általa kezdeményezett változás két kulcsfontosságú következményét: az energiapiacok fokozódó koncentrálódását, nemzetek felettivé válását, valamint a geopolitikai kockázatokat. Először is, a Lisszaboni Szerződés megosztja az energiával kapcsolatos hatásköröket az Európai Bizottság és a tagállamok között. A Bizottság egyértelműen arra törekedett, hogy meghatározza a hidrogénnel kapcsolatos irányt, és felügyelje a két energiahordozót, mely az EU-ban fogyasztott energia túlnyomó részét fogja képezni minden valószínűség szerint: a villamos energiát és a hidrogént. Az még nem világos, ez mekkora feszültségeket okozhat, amikor a tagállamok szintén elkészítik hidrogénstratégiájukat (ld. például a németekét) és nemzeti szinten megvalósítanák azokat, ezzel kísérletet téve arra, hogy megőrizzék szuverenitásukat energiaügyeik felett.
Másodszor, a stratégia korlátozott mértékben a külső szereplőket is figyelembe veszi, de anélkül, hogy rámutatna az elefántra a porcelánboltban: Oroszországra. A földgázkereskedelem döntő jelentőségű az EU és Oroszország közötti kapcsolatok stabilizálásában, ám a belföldön előállított zöld hidrogén felé történő elmozdulás vélhetően ezen kapcsolatok megszakítását okozhatja. Nem világos, hogy az érintett felek hogyan fognak reagálni, különös tekintettel arra, hogy a Gazprom megkezdte a kék hidrogénbe történő befektetést, hogy megőrizze piaci részesedését a gáznemű tüzelőanyagok terén, és fenntartsa a status quot. Másrészről, az európai politikai döntéshozók már régóta panaszkodnak a blokk orosz szénhidrogén-függőségére, de eddig nem értek el eredményeket az import jelentős csökkentésében. Ezen geopolitikai feszültségek pedig akadályozzák a kékről a zöld hidrogénre való áttérést.
A hidrogén a politikai döntéshozók napirendjén és az európai energiaágazat figyelmének középpontjában áll. A Bizottság hidrogénstratégiája hitelességet kölcsönöz annak a vállalkozásnak, hogy az üzemanyag kiemelt szerepet játsszon a jövőben. A megújuló energiaforrások zuhanó költségeivel és az EU dekarbonizációs politikai akaratával együtt valószínűnek tűnik, hogy az üzemanyag reneszánsza nem marad puszta ábránd. Ennek ellenére a megújuló energiaforrások újra megmérkőznek a fosszilis tüzelőanyagokkal annak érdekében, hogy eldőljön, melyikből állítsák elő ezt az energiahordozót. Továbbra is kérdés, hogy a Bizottság tesz-e olyan intézkedéseket, amelyek elegendő előnyt biztosítanak a zöld hidrogénnek a fosszilis tüzelőanyagokon alapuló alternatíváival szemben.
Tekintettel az EU régóta fennálló fosszilis-alapú energiafogyasztására, a küzdelem kiegyenlítetlen, de ettől még a döntéshozóknak és a társadalomnak nem szabad meghátrálnia.
A cikket angolról magyarra Pieczka Ildikó fordította le.
