Uvod – Vodik

Vjerojatno nikada niste razmišljali o važnosti elementa koji se krije iza kemijske formule H₂ i o njegovu snažnom utjecaju na kemijsku i ostale industrije. Dopustite nam da vas upoznamo s tom dvoatomnom molekulom koja prožima razne molekularne strukture na bazi vode koje se nalaze u atmosferi, ledu, rijekama, jezerima, čak i zvijezdama.

Vodik je najlakši i najjednostavniji element u svemiru. Osim elementarne čistoće, vodik ima nevjerojatan potencijal kao energent budućnosti jer nudi rješenje za smanjenje ugljikova otiska proizvoda (Product Carbon Footprint, PCF).

U nastavku otkrijte višestruku prirodu vodika.

Vrste i proizvodnja

Vodik je kao nezamjenjiva sirovina u kemijskoj industriji prijeko potreban za velik broj važnih proizvoda, npr. amonijak, za čiju se proizvodnju upotrebljava približno polovica proizvedenog vodika. Vodik se upotrebljava i u rafinerijama i proizvodnji metanola.

Proizvodnja vodika uključuje razne metode, od kojih neke pridonose visokim emisijama CO₂. Trenutačno je potražnja za vodikom otprilike 94 milijuna metričkih tona i više od 95 % potrebnog vodika u Europi proizvodi se procesima povezanima s visokim emisijama CO₂.

Da bi se osigurao uspjeh proizvodnje čistog vodika, nužne su nove tehnologije.

No, prije nego što zaronimo dublje u njegovu proizvodnju, upoznajmo se s vrstama vodika.

Jeste li znali da se vodik klasificira po boji, kao sivi, zeleni, plavi i tirkizni? Shema boja temelji se na proizvodnom procesu. Sivi i plavi vodik proizvode se metodom parnog reformiranja, zeleni vodik nastaje elektrolizom vode, dok se tirkizni proizvodi pirolizom metana.

Svaki se proces proizvodnje vodika, međutim, suočava s izazovima. Primjerice, proizvodnja plavog vodika zahtijeva veće troškove nego proizvodnja sivog vodika. Prilikom proizvodnje plavog vodika pojavljuje se i problem taloženja CO₂. Kod zelenog vodika pojavljuju se problemi s dostupnošću obnovljive energije i prijevozom vodika, a troškovi proizvodnje otprilike su šest puta veći nego kod sivog vodika. Tirkizni vodik suočava se s izazovima u procesu taloženja, a troškovi proizvodnje trenutačno su 1,5 do 2,5 puta veći nego kod sivog vodika.

Ukratko, sivi vodik proizveden metodom parnog reformiranja ima visoke emisije CO₂. Proizvodnja plavog, tirkiznog i zelenog vodika ekološki je prihvatljivija, ali tu se pojavljuje problem većih troškova proizvodnje.

Nije važna boja, već PCF

U bavljenju vodikom u BASF-u razmatramo razne načine njegove primjene. Niskougljični vodik trenutačno upotrebljavamo u prvom redu kao sirovinu. U budućnosti će biti dostupne veće količine H₂ pa će u BASF-u imati veću ulogu kao izvor energije. To uključuje njegov potencijal za aktiviranje CO₂ hvatanjem i iskorištavanjem ugljika (Carbon Capture and Utilisation, CCU).

Kada promatramo vodik, usredotočujemo se na njegov ugljikov otisak, naglašavajući njegovu važnost u izgradnji održive ekonomije vodika. Temelj su tog nastojanja čimbenici kao što su PCF, sigurnost opskrbe, pristupačnost cijena, kvaliteta i infrastruktura. Kako bismo uspostavili funkcionalnu ekonomiju vodika, prednost dajemo klimatski neutralnim procesima proizvodnje (bez obzira na „boju“). U BASF-u pridonosimo tom cilju napretkom u elektrolizi vode i pirolizi metana, osiguravajući da naša proizvodnja vodika bude u skladu sa sve većom potražnjom za klimatski prihvatljivim rješenjima.

Elektroliza vode

U procesu elektrolize voda se razdvaja na vodik i kisik u uređaju za elektrolizu s pozitivno nabijenom anodom i negativno nabijenom katodom uronjenom u vodu. Dok električna struja prolazi kroz vodu, ioni vodika putuju prema katodi, a ioni kisika prema anodi, olakšavajući razdvajanje vodika i kisika. Tako dobivamo zeleni vodik.

Tu je ključna riječ učinkovitost. Zeleni vodik u pravilu ima raspon učinkovitosti proizvodnje od 50 % do 70 %. Veća učinkovitost uređaja za elektrolizu pridonosi snažnijem procesu proizvodnje zelenog vodika. Na ukupnu učinkovitost proizvodnje zelenog vodika utječu i čimbenici poput čistoće vode i temperature elektrolize.

U Ludwigshafenu, u suradnji BASF-a i tvrtke Siemens Energy, provodi se novi projekt usmjeren na elektrolizu vode kapaciteta 54 megavata. Tako proizveden klimatski prihvatljiv vodik služit će kao sirovina za proizvodnju proizvoda s niskim ugljikovim otiskom i u manjoj će se mjeri moći upotrebljavati za regionalne inicijative za mobilnost u širim gradskim područjima regije Rhein-Neckar. Iako su tehnološki i gospodarski izazovi golemi, očekujemo da će ta tehnologija biti spremna za primjenu 2030. godine.

Piroliza metana

Piroliza metana, u osnovi nov tehnološki proces, razlaže prirodni plin, odnosno biometan, direktno u vodik. U tom procesu nastaju tirkizni vodik i kruti ugljik. Taj energetski učinkovit postupak, osobito kada se napaja električnom energijom iz obnovljivih izvora, ima gotovo nultu stopu emisija stakleničkih plinova. Iako je osmišljen šezdesetih godina prošlog stoljeća, tehnički problemi dosad su ometali njegovu realizaciju.

BASF istražuje pirolizu metana od 2010. godine, naglašavajući svoju predanost zaštiti klime. Važno je što ta metoda zahtijeva oko 80 % manje električne energije nego elektroliza vode, što je čini gotovo bezugljičnom ako se koristi obnovljivom energijom. U usporedbi s drugim procesima proizvodnje vodika bez emisija, piroliza metana zahtijeva samo djelić električne energije. Kao dokaz predanosti unapređenju klimatski prihvatljive proizvodnje vodika, u Ludwigshafenu je izgrađen pokusni reaktor koji je trenutačno u fazi pokretanja.

Spojimo se na vodik

Vodik kao budući energent predmet je sve veće potražnje, osobito u Europi. Čisti vodik kao komponenta i sirovina prijeko je potreban za transformaciju kemijske industrije. Međutim, osim činjenice da se vodik ne može zamijeniti, nužno je da industrijski proizvođači, koji su ključni potrošači vodika, uspostave čvrstu infrastrukturu za prijevoz znatnih količina energije i vodika. Prijeko je potreban cjevovod kojim će se povezati lokacije u Europi i tako osigurati cjenovno pristupačan H₂. BASF trenutačno istražuje razne putove opskrbe kako bi se ta povezanost uspostavila.

Kako možemo uspostaviti učinkovitu strategiju za vodik?

Za funkcionalnu ekonomiju vodika najvažniji su propisi i politička potpora. Propisi trebaju obuhvaćati strategije uvoza i izvoza, infrastrukturu, financiranje, certifikaciju i klasifikaciju, proizvodne ciljeve te uzeti u obzir očekivanu potražnju. Za tehnološki razvoj i masovnu industrijsku proizvodnju ključni su programi financiranja.

U BASF-u smatramo da je za uspostavu tržišta tekućeg vodika u Europi nužna lokalna proizvodnja vodika s niskim PCF-om. Važno je napomenuti da propisi kojima se povećavaju troškovi obnovljive energije mogu ometati rast tržišta vodika. Zemlje koje uvode takve propise i uvjete nadmetanja za planove širenja obnovljive energije mogu smanjiti svoje izglede za sudjelovanje na tržištu vodika u razvoju.

Primjer je dobre prakse strategija vodika za klimatski neutralnu Europu, koju je 8. srpnja 2020. usvojila Europska komisija. Ta strategija priznaje ključnu ulogu H₂ i bavi se područjima kao što su istraživanje, inovacije, proizvodnja i infrastruktura te međunarodnom dimenzijom. Tim sveobuhvatnim pristupom nastoji se otvoriti put održivoj budućnosti glede vodika.

Stajalište BASF-a o vodiku

BASF poziva na tehnološki otvoren pristup koji omogućuje primjenu raznih procesa povezanih s vodikom. U certifikaciji i klasifikaciji prednost treba davati utjecaju na okoliš i ugljikovu otisku, osiguravajući pravedan pristup programima financiranja i poticajima.

S obzirom na nezamjenjivost vodika, industrijski proizvođači koji su glavni korisnici vodika trebaju imati prednost pred drugim sektorima kao što su energetika i grijanje. Potrebne su nam politike kojima se prednost daje uporabi H₂ u kemiji, kojom se stvara vrijednost za naše kupce i krajnje potrošače. Uredba kojom se daje prednost uporabi H₂ u sektoru goriva, npr. kao „multiplikatora“, narušava rastuće tržište i šteti konkurentnosti nekoliko grana djelatnosti.

Kako bi se omogućila uspješna ekonomija vodika, nužna je otporna infrastruktura za prijevoz električne energije i vodika. Nadalje, ključno je omogućiti pristup obnovljivim izvorima energije na temelju kriterija koji uzimaju u obzir specifične potrebe industrijskih potrošača. To je osobito važno za one koji se oslanjaju na vodik i ne mogu lako prijeći na neki drugi energent, bez obzira na njihovu lokaciju.

Nadalje, čisti vodik ključna je komponenta i bitna sirovina za revoluciju kemijske industrije. Vjerujemo da nastojanja treba usmjeriti na uvoz vodika iz drugih regija te na povećanje domaće proizvodnje H₂ kako bi se osigurala troškovno konkurentna alternativa.

Zaključak

Vodik je, dakle, vrlo zapaljiv plin bez boje, okusa i mirisa koji ima sposobnost izgraditi svemir.

Iako nema sumnje da budućnost mora biti zelena, ne smijemo zanemariti izazove koji nas čekaju na tom putu. Da bismo ostvarili budućnost s čistim vodikom, moramo početi s promjenama. Zbog toga BASF surađuje s partnerima na razvoju velikog postrojenja koje se koristi tehnologijom pirolize metana, s ciljem da otprilike do 2030. godine počne s proizvodnjom klimatski prihvatljivog vodika iz prirodnog plina. Istodobno aktivno radimo na unapređenju elektrolize vode.

Kako bismo ubrzali put prema ostvarenju nulte netostope emisija do 2050. godine i osigurali konkurentnost europske industrije, vjerujemo da treba poticati dragocjene i duboke promjene i podići inicijativu na još višu razinu.