Vodik kot vir energije bo zagotovo igral pomembno vlogo v energetskem prehodu, saj se moramo odpovedati fosilnim gorivom. Zlasti pomemben je zeleni vodik, proizveden z elektrolizo iz vode in obnovljivih virov energije, pri čemer se ne ustvarjajo toplogredni plini. Vodik bi lahko nadomestil fosilna goriva v nekaterih industrijah, prometu in ogrevanju, vendar je proizvodnja vodika z elektrolizo še vedno energetsko intenzivna in draga.

»Gradijo se večje tovarne za proizvodnjo elektrolizerjev in gorivnih celic. Vodik bo zagotovo igral pomembno vlogo, vendar ni edini odgovor na energetsko tranzicijo. Vodik bo del portfelja rešitev,« je poudaril dr. Abdelilah Slaoui, namestnik znanstvenega direktorja za energijo na Francoskem nacionalnem centru za znanstvene raziskave (CNRS) in koordinator nacionalnega raziskovalnega programa (PEPR) o nizkoogljičnem vodiku.

»Poleg obsežne uporabe obnovljivih virov je zelo pomembno tudi varčevanje z energijo. Naj spomnim, da je najcenejša energija tista, ki je ne porabimo. Z zelo preprostimi ukrepi, kot sta ugašanje luči in razvoj učinkovitih procesov v industriji, je mogoče doseči še veliko prihrankov,« je dodal francoski strokovnjak, s katerim smo se pogovarjali ob robu francosko-slovenskega poslovnega in inovacijskega foruma o razvoju umetne inteligence, vodika in krožnega gospodarstva.

V EU bo v prihodnjem obdobju pri razogljičenju gospodarstva pomembna tudi vloga vodika. Predvsem je tu pomemben zeleni vodik, ki ga pridobivajo z elektrolizo vode z uporabo čiste elektrike iz obnovljivih virov. Čeprav v zadnjem času poslušamo o vlaganjih v to področje, se zdi, da ni večjih prebojev.

Več kot sto držav je že začelo izvajati svoje nacionalne strategije, ki vključujejo cilje za proizvodnjo zelenega vodika, in na tem področju je bilo ustanovljenih več velikih podjetij, vendar smo še daleč od načrtovanega. Razlog sta dve glavni oviri. Prvič, za proizvodnjo zelenega vodika je potrebna ogromna količina kritičnih elementov, platine, kobalta, niklja, redkih zemelj ..., in opreme, ki je zelo iskana tudi v drugih industrijskih panogah. V Evropi niti nimamo nekaterih od teh virov in jih moramo kupiti, kar še povečuje pritisk. Drugi problem je infrastruktura: treba jo je zgraditi, zagotoviti električno energijo, po možnosti čisto električno energijo, in potrebujemo čisto vodo. Poleg tega še vedno intenzivno delamo na zanesljivosti elektrolizerjev, ki ločujejo vodik od vode.

Prav tako na tem področju še vedno primanjkuje javnih in zasebnih naložb. Težava je tudi, da nimamo dovolj usposobljenega kadra, razvijamo nove tehnologije in potreba po strokovnjakih je ogromna.

Precej pomanjkljivi so za zdaj predpisi in standardi. Zelo pomembna je družbena sprejemljivost vodikove ekonomije: še vedno obstaja veliko pomislekov glede uporabe vodika in javnosti moramo pojasnjevati, kaj delamo in zakaj.

Prehod na proizvodnjo vodika z nizkimi emisijami ogljika je nujen, poudarja francoski strokovnjak Abdelilah Slaoui. FOTO: Blaž Samec  

Katere so glavne prednosti vodika? Zakaj ga potrebujemo v zelenem prehodu, ki si ga želi Evropa?

Nizkoogljični vodik, ali tako imenovani čisti, zeleni vodik, je bistven za prehod s fosilnih goriv na druge vire energije. Vodik se proizvaja že vrsto let in je pomemben zlasti v kemiji, jeklarstvu ter kot surovina za proizvodnjo amonijaka, na primer za gnojila. Vendar pa vodik, ki ga trenutno proizvajamo, izhaja iz metana ali fosilnih goriv, pri čemer njegova proizvodnja povzroča velike količine toplogrednega plina ogljikovega dioksida. Danes pri proizvodnji kilograma vodika nastane približno deset kilogramov CO₂, pri čemer predvidevamo, da bomo do leta 2050 potrebovali 600 milijonov ton vodika. To pomeni, da je prehod na proizvodnjo vodika z majhnimi emisijami ogljika nujen, da se izognemo izpustom CO₂. Industrija bo v prihodnjih letih porabila te velike količine vodika, prav tako bo naraščalo povpraševanje v prometu. Cilj je nadomestiti vozila na fosilna goriva z vozili na vodikove gorivne celice, in to v velikem obsegu.

Zeleni vodik se lahko proizvaja z elektrolizo, to je z uporabo električne energije za razcep molekule vode. Seveda je bistveno, da je uporabljena električna energija čista, sicer ne bomo nič dosegli. Uporabiti moramo obnovljive vire energije (OVE), sončno in vetrno. Dobra možnost je tudi nizkoogljična električna energija iz vodne ali jedrske energije.

Več kot dve tretjini cene kilograma vodika predstavlja cena elektrike

Je teh virov dovolj za vse potrebe elektrifikacije in tudi elektrolize, ki je energetsko zelo potraten proces?

Problem z OVE je, da so prekinjeni viri, torej so odvisni od vremena, zato jih ne moremo neposredno uporabiti za napajanje elektrolizerjev. Zato sta tudi jedrska in hidroelektrična energija del rešitve. Uporabiti moramo torej tisti vir energije, ki ga imamo in s katerim lahko zagotovimo neprekinjeno proizvodnjo vodika.

Kakšno vlogo ima na tem področju Francija?

Francija je bila druga država na svetu, ki je leta 2020 uvedla nacionalno strategijo za vodik. Prva je bila Japonska. To pomeni, da je Francija resnično pripravljena, da postane ena od vodilnih držav na tem področju. Za to je namenjenih okoli 8,3 milijarde evrov.

Strategija ima tri stebre. Prvi je proizvodnja 6,5 gigavata elektrolizerjev, kar ni veliko, vendar zadostuje za francoske potrebe. Drugi je uvedba vodika za tovorni promet, od avtobusov, vlakov, tovornjakov do ladij. Tretji steber pa se nanaša na raziskave. Na tej točki vstopi naš Nacionalni znanstvenoraziskovalni center (CNRS), ki je ena največjih raziskovalnih organizacij v Evropi.

Na CNRS okoli 600 raziskovalcev dela na področju vodikovih tehnologij, polovica jih ima doktorat ali so zaposleni na podiplomskih položajih. Zelo pomembno je, da usposobimo tudi naslednjo generacijo raziskovalcev, ki bodo pokrivali celotno verigo vodika, od proizvodnje, skladiščenja, uporabe do družbenih vidikov. Druga ključna institucija na tem področju je Center za atomsko in alternativno energijo (CEA), s katerim CNRS usklajuje nacionalni raziskovalni program o vodiku. Program traja sedem let, sestavlja ga 21 raziskovalno-razvojnih projektov s skupnim proračunom 83 milijonov evrov.

Z edinstvenim reaktorjem nad nezaželene pline

To je torej zelo dinamično raziskovalno področje.

Da, res je. S tehnološkega vidika se razvijajo novi postopki in napredne tehnologije. Veliko raziskav se ukvarja z dolgoročnimi vplivi. Kot sem že omenil, je pomemben tudi družbeni vidik uporabe vodika v Franciji in Evropi. To nalogo jemljemo zelo resno, saj nima smisla razvijati tehnologij, če jih širša javnost ne bo sprejela. Zato smo vedno v stiku z nevladnimi organizacijami in civilnimi združenji.

Kako tudi na to področje vplivajo geopolitične spremembe?

Na eni strani je razpoložljivost surovin. Potrebujemo veliko platine, iridija, kobalta, niklja, ki jih žal v Evropi nimamo, torej jih moramo uvoziti iz držav, ki so jih pripravljene prodati. Na drugi strani pa so davki in carinske dajatve, ki jih nekatere države nameravajo uvesti. Kot raziskovalna skupnost seveda sodelujemo, ker so to zahtevni, a zelo zanimivi projekti.

Uspeh zelenega vodika je odvisen od cene. Gre za potraten proces, kako boste znižali ceno?

Francija, na primer, ima poceni električno energijo, proizvedeno v jedrskih elektrarnah, zato ima prednost pred drugimi državami, saj je večji del stroškov nizkoogljičnega vodika povezan s stroški električne energije. Preostali del stroškov vodika so materiali, kot je platina, ki je danes zelo draga, nato pa pridejo še stroški infrastrukture, zgradb, objektov ...

Med viri energije ni konkurence. Vsak ima svoje prednosti in slabosti, poudarja francoski strokovnjak. FOTO: Blaž Samec  

Ko govorimo o prometu, imamo na eni strani elektrifikacijo z baterijami, druga možnost je vodik.

Dejansko obstaja konkurenca med baterijami in gorivnimi celicami, ki uporabljajo vodik. Kakovost baterij se je močno izboljšala, postale so tudi cenejše. V prvi generaciji baterij zmogljivost ni zadostovala za prevoz sto kilometrov, danes imajo doseg od 700 do 800 kilometrov.

Vodik pa ima prednosti, ki so še posebej pomembne za tovorni promet. Tovornjaki prevozijo velike razdalje. Polnjenje baterij je zamudno, polnilnih postaj pa ni povsod. Vodik se lahko hitro napolni, podobno kot fosilna goriva, in se uporabi kot gorivo za gorivne celice.

Podoben trg za vodik sta železniški in ladijski promet. Morda ne neposredno, temveč posredno z uporabo amonijaka ali metanola, proizvedenega iz čistega vodika.

Kaj pa letala?

Za zdaj so to še sanje. Preprosto zato, ker za shranjevanje vodika potrebujemo ogromno prostora. V letalih tega ni. Možnost je, da bi bil vodik kriogen, ohlajen na zelo, zelo nizko temperaturo, s čimer bi zasedel veliko manj prostora.

Kot na raketah?

Točno tako. Razlika je v tem, da je izguba tovorne rakete le draga. Pri potniškem letalu pa si nesreče ne smemo privoščiti. Preden bomo vodik resnično uporabili v letalski industriji, bo minilo še nekaj časa. Morda bomo začeli z uporabo v gorivnih celicah za ogrevanje in proizvodnjo električne energije. Verjetneje pa bomo vodik najprej uporabili za proizvodnjo trajnostnih letalskih goriv (SAF), vendar mora biti proizveden z nizkoogljičnimi postopki.

Kaj je glavna težava, da se vodik še ne uporablja množično v prometu?

Teža v primerjavi z baterijami seveda ni problem za mobilnost. Problem je gostota moči. S kilogramom vodika lahko prevozite sto kilometrov, toda če hočete imeti v rezervoarju razumno količino vodika, ga morate zelo močno stisniti. V Toyotinem avtomobilu je vodik v rezervoarju shranjen pri 700 barih, kar je visoka vrednost, saj mora posoda vzdržati ta tlak. Torej je izvedljivo, a zelo drago. Utekočinjenje vodika je možnost, vendar je energetsko potratno.

Vodik se lahko shranjuje tudi v trdni obliki. To se imenuje shranjevanje v trdnem stanju; v tem primeru vodik absorbirajo določene kovine, na primer nikelj, pri čemer nastane nikljev hidrid. Za ponovno uporabo vodika je treba le nekoliko povečati temperaturo in tlak v posodi, da se vodik sprosti. Vendar je pri shranjevanju v trdni obliki težava teža, ker je potrebna velika količina kovinskih elementov.

Je vodik rešitev za skladiščenje energije iz obnovljivih virov?

Vodik lahko obravnavamo kot medij za shranjevanje električne energije iz obnovljivih virov, kar pomeni, da se v primeru, ko je ponudba večja od povpraševanja, presežek energije uporabi za proizvodnjo vodika, ki se nato shrani v plinskih posodah, utekočini ali shrani v obliki kovinskih hidridov. Vodik se lahko ponovno uporabi z gorivnimi celicami za proizvodnjo električne energije (in toplote ter vode). Tako se lahko zaključi krožni proces: podnevi, ko je sonca ali vetra več, kot je treba, je bolje proizvesti zeleni vodik, ga shraniti, ponoči pa ga uporabiti v gorivnih celicah za proizvodnjo električne energije.

Na kateri vir energije stavite v prihodnosti?

Med viri energije ni konkurence. Vsak ima svoje prednosti in slabosti. Najbolje je, da jih uporabljamo vse ob pravem času. Na primer: vozim električni avtomobil in običajno ga polnim neposredno prek sončnih panelov, ki jih imam na strehi svoje hiše, ponoči pa moram uporabiti drug vir. Ena od slabosti sončnih elektrarn je, da je njihov ogljični odtis v primerjavi z jedrsko elektrarno zelo velik, toda po drugi strani je sončna energija brezplačna. Enako velja za veter. Seveda je tudi jedrska energija dobra možnost, saj je tehnologija danes zanesljiva in varna, poleg tega proizvaja veliko količino električne energije z nizkimi emisijami ogljika.

Zelo pomembno je še upravljanje z energijo. S pomočjo umetne inteligence lahko na primer močno optimiziramo uporabo posameznih virov energije, kadar je na voljo več virov.

Menite pa, da bomo dosegli zastavljene cilje o razogljičenju in se poslovili od fosilnih goriv?

Vsekakor. Največji problem, ki ga moramo rešiti, je elektrifikacija industrijskih procesov. Nekateri od njih, na primer taljenje železa, zahtevajo zelo velike količine energije, ki jo za zdaj lahko zagotovimo le iz fosilnih goriv ali zemeljskega plina. Del teh fosilnih virov bomo postopoma nadomestili z zelenim vodikom. Glavni cilj je zmanjšanje izpustov toplogrednih plinov.