Predstavljamo – Vodonik

Sigurno nikada niste razmatrali koliko je bitan element koji stoji iza hemijske formule H2, niti koliko je dubok njegov uticaj na hemijsku industriju, a i šire. Dozvolite nam da vas upoznamo sa ovim diatomskim molekulom koji prožima različite molekularne strukture na bazi vode, a koje se nalaze u atmosferi, ledu, rekama, jezerima pa čak i zvezdama.

Vodonik je najlakši i najjednostavniji element u univerzumu. Osim elementarne čistoće, vodonik poseduje neverovatan potencijal kao energent budućnosti, nudeći rešenje za smanjenje ugljeničnih otisaka proizvoda (PCF).

U nastavku otkrijte višestruke sposobnosti vodonika.

Vrste i proizvodnja

Vodonik, kao nezamenljiva sirovina u hemijskoj industriji je od suštinskog značaja za mnoge važne proizvode, poput amonijaka, za čiju se proizvodnju upotrebljava približno polovina proizvedenog vodonika. Još jedna značajna upotreba je u rafinerijama i proizvodnji metanola.

Proizvodnja vodonika obuhvata različite metode, od kojih neke doprinose visokim emisijama CO2. Trenutno, potražnja za vodonikom dostigla je približno 94 miliona metričkih tona, a više od 95% potrebnog vodonika u Evropi proizvodi se korišćenjem procesa koji su povezani s visokim emisijama CO2.

Da bi se osigurao uspeh proizvodnje čistog vodonika, neophodne su nove tehnologije. Pre nego što zaronimo dublje u njegovu proizvodnju, upoznajmo se sa vrstama vodonika.

Da li ste znali da se vodonik klasifikuje prema paleti boja, kao sivi, zeleni, plavi i tirkizni? Skup boja bazira se na proizvodnom procesu. Sivi i plavi vodonik proizvode se metodom parnog reformisanja, zeleni vodonik nastaje elektrolizom vode, dok se tirkizni proizvodi pirolizom metana.

Međutim, svaki od procesa proizvodnje vodonika suočava se sa određenim izazovima. Na primer, proizvodnja plavog vodonika nosi sa sobom veće troškove u poređenju sa proizvodnjom sivog vodonika i problem taloženja CO2. Zeleni vodonik suočava se sa izazovima u vezi sa dostupnošću obnovljive energije i transportom vodonika, kao i sa troškovima proizvodnje koji su otprilike šest puta veći nego kod sivog vodonika. Tirkizni vodonik suočava se sa izazovima u procesu taloženja, pri čemu su trenutni troškovi proizvodnje od 1,5 do 2,5 puta veći od proizvodnje sivog vodonika.

Hajde da sumiramo. Sivi vodonik, proizveden metodom parnog reformisanja ima visoke emisije CO2. Proizvodnja plavog, tirkiznog i zelenog vodonika ekološki je prihvatljivija, ali se tu pojavljuje problem većih troškova proizvodnje. 

Nije bitna boja, već PCF

U našoj potrazi za vodonikom mi u BASF-u razmatramo različite načine primene vodonika. Trenutno koristimo niskougljenični vodonik kao sirovinu. U budućnosti, kako veće količine vodonika postanu dostupne, za BASF, igraće značajniju ulogu kao izvor energije. To uključuje i potencijal za aktiviranje CO2 kroz sakupljanje i korišćenje ugljenika (CCU).

Kada posmatramo vodonik, fokus stavljamo na CO2 otisak, ističući njegov značaj u izgradnji održive ekonomije vodonika. Faktori poput PCF, sigurnosti snabdevanja, pristupačnost cene, kvaliteta i infrastrukture čine temelj ovog nastojanja. Da bismo uspostavili funkcionalnu ekonomiju vodonika, prednost dajemo klimatskim neutralnim procesima proizvodnje (nevezano za ,,boju"). U BASF-u doprinosimo ovom cilju unapređenjem procesa elektrolize vode i pirolize metana, osiguravajući da naša proizvodnja vodonika bude usklađena s rastućom potražnjom za ekološki prihvatljivim rešenjima.

Elektroliza vode

U procesu elektrolize, voda se razdvaja na vodonik i kiseonik uz pomoć uređaja za elektrolizu koji se sastoji od pozitivno naelektrisane anode i negativno naelektrisane katode uronjene u vodu. Prolaskom električne struje kroz vodu, joni vodonika kreću se prema katodi, a joni kiseonika prema anodi, čime se olakšava razdvajanje vodonika i kiseonika i čime se dobija zeleni vodonik.

Ključna reč ovde je efikasnost. Zeleni vodonik ima tipičan opseg efikasnosti proizvodnje od 50 do 70%.Veća efikasnost uređaja za elektrolizu doprinosi snažnijem procesu proizvodnje zelenog vodonika. Faktori poput čistoće vode i temperature elektrolize takođe utiču na ukupnu efikasnost proizvodnje zelenog vodonika.

Na postrojenju u Ludvigshafenu, u saradnji sa BASF-om i Siemens Energy, trenutno se realizuje novi projekat koji se fokusira na elektrolizu vode, kapaciteta 54 megavata. Proizvedeni klimatski prihvatljiv vodonik će poslužiti kao sirovina za proizvodnju proizvoda sa niskim emisijama CO2 i moći će da se, u manjem obimu, koristi za regionalne inicijative mobilnosti u širim gradskim područjima oblasti Rajna-Nekar. Iako su tehnološki i ekonomski izazovi ogromni, mi očekujemo da će ova tehnologija biti spremna za implementaciju 2030. godine.

Piroliza metana

Piroliza metana, kao fundamentalno nov tehnološki proces, razlaže prirodan gas odnosno biometan direktno u vodonik. U tom procesu nastaju tirkizni i čvrst vodonik. Ovaj energetski efikasan proces, posebno kada se pokreće obnovljivom energijom, rezultira gotovo nultim emisijama efekta staklene bašte. Iako je koncipiran šezdesetih godina prošlog veka, tehnički izazovi su do sada ometali realizaciju ovog procesa.

BASF istražuje pirolizu metana od 2010. godine, ističući svoju posvećenost zaštiti klime. Značajno je da ovaj metod zahteva otprilike 80% manje električne energije od elektrolize vode, čineći ga gotovo bez emisija ugljenika kada se koristi obnovljiva energija. U poređenju sa drugim procesima proizvodnje vodonika bez emisija, piroliza metana zahteva samo deo električne energije. Kao dokaz posvećenosti naprednoj proizvodnji klimatski prihvatljivog vodonika, izgrađen je pilotni reaktor u Ludvigshafenu, koji je trenutno u fazi pokretanja.

Hajde da se povežemo sa vodonikom

Vodonik, kao budući energent, doživljava rastuću potražnju, posebno u Evropi. Potreba za čistim vodonikom kao osnovnom komponentom i sirovinom je ključna za transformaciju hemijske industrije. Međutim, osim činjenice da se vodonik ne može zameniti, važno je da industrijski proizvođači, koji su ključni potrošači vodonika, uspostave jaku infrastrukturu za transport značajnih količina energije i vodonika. A da bi se to uradilo, gasovodna mreža koja će povezati lokacije u Evropi kako bi osigurala konkurentnu cenu H2, više je nego neophodna. Trenutno, BASF istražuje različite pravce snabdevanja kako bi ostvario tu povezanost.

Kako možemo uspostaviti efikasnu strategiju za vodonik?

Za funkcionalnu ekonomiju vodonika, ključni su propisi i politička podrška. Propisi bi trebalo da obuhvate strategije uvoza i izvoza, infrastrukturu, finansiranje, sertifikaciju i klasifikaciju, ciljeve proizvodnje i razmatranje očekivane potražnje. Za tehnološki razvoj i industrijsko proširenje, ključni su programi finansiranja.

Kako bi se uspostavilo likvidno tržište vodonika u Evropi, mi u BASF-u smatramo da je lokalna proizvodnja vodonika sa niskim ugljeničnim otiskom ključna osnova. Važno je napomenuti da propisi koji povećavaju troškove obnovljive energije mogu ometati rast tržišta vodonika. Zemlje koje primenjuju takve propise i postavljaju uslove nadmetanja za planove proširenja obnovljive energije mogu smanjiti svoje mogućnosti učestvovanja na tržištu vodonika u razvoju.

Primer dobre prakse je strategija vodonika za klimatski neutralnu Evropu, usvojena 8. jula 2020. godine od strane Evropske komisije. Ova strategija priznaje ključnu ulogu H2 i bavi se sektorima kao što su istraživanje, inovacije, proizvodnja, infrastruktura i međunarodna dimenzija. Ovaj sveobuhvatni pristup ima za cilj da otvori put ka održivoj budućnosti vodonika.

Stav BASF-a prema vodoniku

Mi, u BASF-u, zagovaramo tehnološki otvoren pristup koji omogućava upotrebu različitih procesa vodonika. Sertifikacija i klasifikacija trebalo bi da daju prednost uticaju na životnu sredinu i ugljeničnom otisku, obezbeđujući pravičan pristup programima finansiranja i podsticajima.

Uzimajući u obzir nezamenljivu prirodu vodonika, industrijski proizvođači kao glavni potrošači vodonika, bi trebali da imaju prednost u odnosu na druge sektore kao što su energija i grejanje.

Potrebne su nam politike koje daju prednost upotrebi H2 u hemiji, stvarajući vrednost za naše klijente i krajnje potrošače. Regulative koja daju prednost upotrebi vodonika u sektoru goriva, na primer putem ,,multiplikatora", negativno utiču na tržište u razvoju i štete konkurentnosti nekoliko industrija.

Da bi se omogućila uspešna ekonomija vodonika, neophodna je snažna infrastruktura za transportovanje kako električne energije, tako i vodonika. Takođe, ključno je omogućiti pristup obnovljivim izvorima energije na osnovu kriterijuma koji uzimaju u obzir specifične potrebe industrijskih potrošača. To je posebno važno za one koji se oslanjaju na vodonik i ne mogu tako lako da pređu na drugi energent, bez obzira na njihovu lokaciju.

Osim toga, čisti vodonik predstavlja ključnu komponentu i osnovnu sirovinu za revoluciju u hemijskoj industriji. Verujemo da bi napori trebali biti usmereni kako na uvoz vodonika iz drugih regiona, tako i na unapređenje domaće proizvodnje vodonika kako bi se obezbedila konkurentna alternativa.

Zaključak

Vodonik je, dakle, visoko zapaljiv gas bez boje, mirisa i ukusa koji ima sposobnost da izgradi univerzum.

Iako budućnost nesumnjivo treba da bude zelena, ne možemo da zanemarimo izazove koji nas čekaju na tom putu. Da bismo ostvarili budućnost čistog vodonika, moramo da počnemo sa promenama. Zbog toga BASF sarađuje sa partnerima kako bi razvili postrojenje velikih razmera koje će koristiti tehnologiju priolize metana, sa ciljem proizvodnje klimatski neutralnog vodonika iz prirodnog gasa do 2030. Istovremeno, aktivno radimo na unapređenju procesa elektrolize vode.

Da bismo ubrzali put ka nultim emisijama do 2050. godine i osigurali konkurentnost evropske industrije, verujemo u negovanje vrednih i dubokih promena i podizanje inicijative na još viši nivo.