Η δημιουργία μιας νέας οικονομίας του υδρογόνου

αποτελεί πελώρια–αλλά και πολύ ευαίσθητη– πρόκληση

 

Η σημερινή οικονομία του υδρογόνου είναι, αν τη δει κανείς σε παγκόσμια κλίμακα, αρκετά περιορισμένη, πολύ βρόμικη, αλλά και απολύτως ζωτικής σημασίας. Σε ετήσια βάση παράγονται περί τα 90 εκατομμύρια τόνοι, με δημιουργία εσόδων της τάξεως των 150 δισ. δολαρίων – τάξη μεγέθους που πλησιάζει την ExxonMobil, βασικό παραγωγό αργού πετρελαίου και φυσικού αερίου. Η παρασκευή του υδρογόνου πραγματοποιείται κατά κύριο λόγο με βάση ορυκτά καύσιμα, με αέρα και ατμό,δηλαδή μια διαδικασία που καταναλώνει μέχρι και 6% του διαθέσιμου παγκόσμιου φυσικού αερίου και 2% του πετρελαίου, και συνεπάγεται εκπομπή άνω των 800 εκατομμυρίων τόνων διοξειδίου του άνθρακα – ισοδύναμου του συνόλου των εκπομπών μιας οικονομίας όπως η Γερμανία.

Η ζωτική διάσταση της χρήσης του υδρογόνου προκύπτει λόγω μιας από τις περαιτέρω χρήσεις του αερίου αυτού. Πέρα από τη χρήση του για την κατεργασία του αργού στα πλαίσια της διύλισης και τη συμμετοχή του στην παραγωγή μεθανόλης (και εν συνεχεία των πλαστικών), το υδρογόνο χρησιμοποιείται σε κομβικό ρόλο στην παραγωγή όλης της αμμωνίας παγκοσμίως. Η αμμωνία αποτελεί τη βασική πρώτη ύλη για την παραγωγή τεχνητών λιπασμάτων, στα οποίαοφείλεται σημαντικό μέρος της συγκομιδής αγροτικών προϊόντων ανά τον κόσμο. Χωρίς την αμμωνία, η παραγωγικότητα της γεωργίας θα κατέρρεε και εκατοντάδες εκατομμύρια ανθρώπων θα λιμοκτονούσαν.

Σύμφωνα με τους σχεδιαστές πολιτικής για το πράσινο μέλλον, η σημερινή οικονομία του υδρογόνου θα έχει μεν εφεξής ζωτική σημασία αλλά με διαφορετικό τρόπο: ως μέσο εξασφάλισης της απανθρακοποίησης εκείνων των πτυχών της οικονομίας που δεν μπορούν να αγγίξουν άλλες βιομηχανικές διεργασίες – και μ’ αυτόν τον τρόπο θα βοηθήσει στην επίτευξη του στόχου της σταθεροποίησης του κλίματος. Προκειμένου όμως να επιτευχθεί ο ζωτικός αυτός στόχος, θα χρειαστεί να αλλάξουν τα πάνταστον κλάδο του υδρογόνου. Πρώτα-πρώτα δεν γίνεται να παραμείνει μικρός. Η MorganStanley υπολογίζει ότι, άμα οι κυβερνήσεις πάρουν στα σοβαρά τις πράσινες δεσμεύσεις που έχουν αναλάβει, τότε η σημερινή αγορά θα χρειαστεί να υπερπενταπλασιασθεί σε μέγεθος, φθάνοντας σε παραγωγή άνω των 500 εκατ. τόνων σε ορίζοντα 2050, όσο θα αυξάνονται οι νέες εφαρμογές (Διάγραμμα 1). Θα πρέπει όμως και να γίνει καθαρή, μηδενίζοντας τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα που συνεπάγεται.

Η παραγωγή καθαρού υδρογόνου είναι εφικτή. Η σημερινή μέθοδος παραγωγής του με βάση τη χρήση ορυκτών καυσίμων μπορεί να συνδυαστεί με μεθόδους που θα διαχωρίζουν το εκλυόμενο διοξείδιο του άνθρακα και θα το αποθηκεύουν κάτω από το έδαφος: πρόκειται για τη μέθοδο CAS/σύλληψης και αποθήκευσης του άνθρακα. Θα μπορούσαν όμως και να παρακαμφθούν τελείως τα ορυκτά καύσιμα. Θα μπορούσε δηλαδή να χρησιμοποιείται ηλεκτρικό ρεύμα παραγόμενο από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ή από άλλη καθαρή πηγή, με διάσπαση των μορίων ύδατος,οπότε θα καταλήγει σε ελευθέρωση του οξυγόνου και του υδρογόνου: πρόκειται για τη γνωστή και ως υδρόλυση.

Ένας τρόπος για να καταστούν παρόμοιες τεχνολογίες οικονομικές σε σύντομο χρονικό διάστημα θα ήταν να αυξηθεί αρκετά γρήγορα η τιμή του άνθρακα ώστε η σημερινή βιομηχανία να χρειαστεί να υιοθετήσει τις τεχνολογίες αυτές. Κάτι τέτοιο φαίνεται απίθανο. Αντιθέτως, οι κυβερνήσεις προσπαθούν να δημιουργήσουν κίνητρα για αύξηση της ζήτησης για καθαρό υδρογόνο με εργαλεία βιομηχανικής πολιτικής και με επιδοτήσεις – περίπου όπως έπραξαν και με την προώθηση των ανανεώσιμων. Προκειμένου να πιεσθεί η βιομηχανία στην κατεύθυνση αυτή, θα απαιτηθούν 100-150 δισ. δολαρίων σε δημόσιους πόρους στη δεκαετία μέχρι το 2030. Σύμφωνα με το BloombergNEF, κάπου 11 δισ. δολάρια θα δαπανηθούν φέτος για τον σκοπό αυτό.

Το πρόβλημα με όλην αυτήν την υπόθεση είναι ότι το υδρογόνο διαφέρει από το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται μέσω ανανεώσιμων πηγών, δηλαδή από την πράσινη μετάβαση στην οποία επιχειρείται να βασισθεί. Το πράσινο ηλεκτρικό ρεύμα βοηθά το κλίμα αντικαθιστώντας βρόμικο ρεύμα. Το υδρογόνο, όμως, κατά κύριο λόγο βοηθά το κλίμα μόνον όταν χρησιμοποιείται για νέους σκοπούς και με νέες μεθόδους […]. Το Συμβούλιο Υδρογόνου, ειδικευμένος φορέας της ενεργειακής βιομηχανίας, έχει υπολογίσει ότι υπάρχουν σήμερα ανά τον κόσμο κάπου 350 μεγάλα σχέδια για την ανάπτυξη της παραγωγής καθαρού υδρογόνου, της δημιουργίας δικτύων διανομής υδρογόνου και της κατασκευής μονάδων που θα χρησιμοποιούν εφεξής στις διαδικασίες παραγωγής τους υδρογόνο αντί για ορυκτά καύσιμα (βλέπε τον χάρτη). Κάτι τέτοιο θα δημιουργήσει ζήτηση ηλεκτρικού ρεύματος ύψους δεκάδων και εκατοντάδων γιγαβάτ (αντίστοιχου με την κατανάλωση μεγάλων χωρών),ενώ θα διεκδικήσει και 500 δισ.δολάρια σε δημόσιους πόρους και ιδιωτικές επενδύσεις σε ορίζοντα 2030. Αυτή η δαπάνη μπορεί να δημιουργήσει αμηχανία στις κυβερνήσεις και οργή στους επενδυτές, αν οι σημερινές υψηλές προσδοκίες δεν επαληθευθούν.

Το υδρογόνο είχε ενθουσιώδεις υποστηρικτές πολύ πριν η κλιματική αλλαγή γίνει αντικείμενο ευρύτερης δημόσιας συζήτησης. Η καύση ενός κιλού αυτού του αερίου γεννά 2,6 φορές περισσότερη ενέργεια παρά η καύση του ίδιου βάρους φυσικού αερίου, αλλάκαι δεν δημιουργεί κανένα από τα οξείδια του θείου ή του άνθρακα με τα οποία τα ορυκτά καύσιμα επιβαρύνουν την ατμόσφαιρα […]. Καθώς μπορεί να παραχθεί με βάση την υδρόλυση ή και από άνθρακα, θεωρήθηκε ότι θα απελευθερώνει τους καταναλωτές του από την τυραννία των πετρελαιοπαραγωγών: αυτό το πλεονέκτημα, μετά το πετρελαϊκό σοκ της δεκαετίας του ‘70, ήταν που δημιούργησε το πρώτο σοβαρό ενδιαφέρον κυβερνήσεων για το υδρογόνο – πέρα από εκείνο των αρχικών οραματιστών. Όμως, το γεγονός και μόνον ότι ο ενθουσιασμός για το υδρογόνο ανάγεται σε τόσο παλιά εποχή έχει καταλήξει στην ατάκα του ενεργειακού κλάδου: «Το υδρογόνο αποτελεί το καύσιμο του μέλλοντος – και δεν θα πάψει ποτέ να είναι καύσιμο του μέλλοντος».

Το πρόβλημα έγκειται στο ότι δεν υφίσταται φυσική πηγή για το υδρογόνο. Στη Γη, το μεγαλύτερο μέρος του βρίσκεται δεσμευμένο με άλλα μόρια, όπως των ορυκτών καυσίμων ή της βιομάζας, ή πάλι του νερού. Οι νόμοι της θερμοδυναμικής υπαγορεύουν ότι η παραγωγή υδρογόνου από μια εξ αυτών των πρόδρομων μορφών απαιτεί πάντοτε να χρησιμοποιηθεί περισσότερη ενέργεια από εκείνη που θα ανακτηθεί όταν θα αξιοποιηθεί το υδρογόνο. Γι’ αυτό και σήμερα το υδρογόνο χρησιμοποιείται σε διαδικασίες όπου άτομα υδρογόνου προστίθενται σε άλλες ουσίες – όπως είναι με την παραγωγή αμμωνίας για λιπάσματα ή εκρηκτικά. Μόνον δε εφαρμογές πολύ περιορισμένου εύρους (όπως οι υψηλότατων επιδόσεων κινητήρες πυραύλων) χρησιμοποιούν υδρογόνο ως καύσιμο.

 

 

Δύο μονοπάτια για το μέλλον

Τώρα όμως, ακόμη και σε φάση παραγωγής μεγάλων ποσοτήτων καθαρού ηλεκτρικού ρεύματος –πράγμα που ήδη αποτελεί πελώρια πρόκληση, πλην όμως λειτουργεί και ως sinequanon για την απανθρακοποίηση–προκύπτουν τμήματα της οικονομίας τα οποία μέχρι στιγμής είναι πολύ πιθανόν να αντισταθούν στη χρήση ηλεκτρισμού. Οι ανεμόμυλοι και τα αυτοκίνητα Tesla δεν είναι δυνατόν να σώσουν από μόνα τους τον κόσμο…

Οι γνώστες των ενεργειακών περιγράφουν τον κλάδο του υδρογόνου χωρίς εκπομπές άνθρακα, που φαντάζονται ότι θα καλύψει αυτές τις δύσκολα καλυπτόμενες από ηλεκτρισμό ανάγκες, με την προσφυγή σ’ έναν ιδιότυπο χρωματικά κώδικα. Το σημερινό υδρογόνο που συνεπάγεται υψηλές εκπομπές χαρακτηρίζεται γκρίζο (άμα παράγεται με βάση φυσικό αέριο) ή μαύρο (άμα παράγεται από άνθρακα). Το προϊόν υδρόλυσης με βάση ανανεώσιμες πηγές ενέργειας θεωρείται πράσινο, εκείνο όπου χρησιμοποιείται πυρηνική ενέργεια καταγράφεται ως ροζ. Το υδρογόνο που λαμβάνεται με πυρόλυση (δηλαδή θέρμανση μεθανίουμέχρι σημείου να αποσπαστεί τουδρογόνο, οπότε απομένει άνθρακας σε στερεά μορφή) είναι τιρκουάζ.

Σήμερα, το κόστος του γκρίζου υδρογόνου είναι περίπου στο 1 δολάριο το κιλό – αναλόγως της τιμής του φυσικού αερίου σε κάθε χώρα. Για κάθε χρώμα που «προστίθεται», προστίθεται και κόστος. Σε σοβαρή κλίμακα μπλε υδρογόνο δεν παράγεται, όταν όμως αυτό συμβεί το κόστος του θα είναι μάλλον διπλάσιο του γκρίζου. Το πράσινο υδρογόνο, εν τω μεταξύ, κοστίζει πάνω από 5 δολάρια το κιλό στη Δύση. Στην Κίνα, όπου χρησιμοποιούνται αλκαλικοί ηλεκτρολύτες –φθηνότεροι αλλά λιγότερο αποδοτικοί από της Δύσης– οι τιμές μπορεί να είναι μικρότερες.

Τον Ιούνιο, το Υπουργείο Εργασίας των ΗΠΑ αποκάλυψε μια πρωτοβουλία υδρογόνου που επιδιώκει τη μεγάλη μείωση του κόστους πράσινου, ροζ, τιρκουάζ ή μπλε υδρογόνου κατά σχεδόν 4/5, ώστε να φθάσει το 1 δολάριο/κιλό το 2030: πρόκειται για μια συμπίεση κόστους ανάλογη μ’ εκείνες που είδαμε στα ηλιακά και στις μπαταρίες […].

 

Σημάδια από το μέλλον

[Βαθμιαία] η τιμή του υδρογόνου από ανανεώσιμες πηγές πέφτει με γρήγορο ρυθμό – και η τάση αυτή φαίνεται πιθανόν να συνεχιστεί. Η πρόβλεψη του BloombergNEF είναι ότι η τιμή του πράσινου υδρογόνου μέσω τεχνολογίας PEM/μεμβρανών ανταλλαγής πρωτονίων μπορεί να έχει υποχωρήσει (μέχρι το 2030) μέχρι και στα 2 δολάρια/κιλό, πράγμα που θα το καθιστά ανταγωνιστικό με το μπλε υδρογόνο (βλέπε Διάγραμμα 2). Η πρόβλεψη της MorganStanley είναι ακόμη πιο προχωρημένη, καθώς θεωρεί ότι στις καλύτερες τοποθεσίες για τα ανανεώσιμα στις ΗΠΑ, η τιμή του πράσινου υδρογόνου μπορεί να εξισωθεί με εκείνη του γκρίζου υδρογόνου, δηλαδή 1 δολάριο/κιλό «μέσα σε 2-3 χρόνια».

O Mάικλ Λίμπραϊχ, γκουρού της καθαρής ενέργειας, σημειώνει ότι όσο κανείς απομακρύνεται από τις εφαρμογές εκείνες όπου το υδρογόνο παρουσιάζει πλεονέκτημα έναντι του ηλεκτρικού ρεύματος από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δύσκολα θα προκύψουν σοβαρές αγορές για το υδρογόνο. Προκειμένου να καταδείξει αυτήν την άποψη, έχει αναπτύξει μια «κλίμακα υδρογόνου», που κατατάσσει τις χρήσεις από το απαραίτητο μέχρι το μηαντιμετωπίσιμο. (Βλέπε Σχήμα).

[…] Το ζήτημα είναι κατά πόσον προσφορά και ζήτηση θα αυξάνονται με παράλληλο τρόπο. Ένα ενδεχόμενο όπου θα παραμέναμε στην παραδοσιακή εξέλιξη, χωρίς δηλαδή τόνωση της προσφοράς, θα έκανε τις επιχειρήσεις να συνεχίσουν τη χρήση των σημερινών βρόμικων τεχνολογιών, όσο θα ανανεώνουν τον εξοπλισμό τους που γερνάει, ιδίως σε βιομηχανικέςεφαρμογές, με αποτέλεσμα να «κλειδωθούν» στο τεχνολογικό παρελθόν. Όμως κάθε τόνωση της προσφοράς θα συναντήσει αντιστάσεις, τόσο από όσους βρίσκονται ήδη σε άλλες αγορές όσο και από τους υπουργούς Οικονομικών, πλην αν αυξάνεται αισθητά η ζήτηση για προϊόντα και υπηρεσίες που ζητά ο κόσμος.

Άμα κανείς συγκρίνει με την οικονομία των ανανεώσιμων, που έχει τη δυνατότητα να τοροφοδοτεί υφιστάμενα δίκτυα, ο Β. Χάιντ της McKinsey παρομοιάζει την οικονομία του υδρογόνου με έναν πολύ βαρύ σπόνδυλο μετάδοσης ταχύτητας «Θέλει πολλή προσπάθεια για να πάρει μπρος, όταν όμως ξεκινήσει είναι ασταμάτητος». Θα μπορούσε να προσθέσει ότι το να θέσει κανείς τον εν λόγω σπόνδυλο σε κίνηση είναι λεπτή υπόθεση – άμα ξεφύγει για λίγο, μπορεί να γίνει καταστροφικός.