Zaļais ūdeņradis: pavērsienu punkts Eiropas enerģētikas nākotnē

Pēteris Celms,
BlueOrange Klientu līdzekļu pārvaldīšanas pārvaldes investīciju analītiķis

Ja jūs esat šogad sekojuši līdzi norisēm pasaules ekonomikā un finanšu tirgos, piekritīsit, ka apgalvojums, ka ir noticis daudz kas, būtu pārāk zems novērtējums. Ņemot vērā visu, kas ir noticis globālās pandēmijas ietekmē, lielākā daļa no mums, iespējams, koncentrējas uz dzīvi šeit un tagad, mēģinot saprast, cik postoša būs vīrusa ietekme, kad būs pieejama vakcīna, kāds būs ekonomikas kritums un ilgtermiņa sekas, cik daudz cilvēku zaudēs darbu un kas notiks ar mūsu investīcijām. Taču, pievēršoties pārdomām par sagaidāmo nākotnē, daudzi, iespējams, ir palaiduši garām Eiropas Savienības izziņotos plānus par ūdeņraža kā enerģijas nesēja izmantošanu nākotnē.

Pēc ES Zaļā kursa izziņošanas pagājušā gada decembrī, kura mērķis ir līdz 2050. gadam panākt no izmešiem brīvu ekonomiku, ES Komisija izveidoja nosacījumus šī mērķa sasniegšanai arī plānotā 750 miljardus eiro Nākamās paaudzes ES atveseļošanas fondā pandēmijas negatīvo ekonomisko seku mazināšanai. Kopā ar ES ilgtermiņa budžetu 2021.–2027. gadam ES budžetā paredzētie kopējie finanšu resursi sasniedz 1,85 triljonus eiro, un nozīmīga to daļa ir paredzēta videi draudzīgiem ieguldījumiem. Savukārt jūnijā tam sekoja ES Rīcības plāns ūdeņraža izmantošanas jomā, kas nosaka, ka videi nekaitīgie ieguldījumi ūdeņraža izmantošanā kļūs par Eiropas ekonomiskās attīstības stūrakmeni turpmākajos gadu desmitos.

Kāpēc ūdeņradis?

Ūdeņradis ir ne tikai visbiežāk sastopamais ķīmiskais elements pasaulē, bet arī enerģijas nesējs, kas spēj nodot un uzglabāt milzīgu enerģijas daudzumu. Tā ir būtiska izejviela vairākos rūpnieciskos procesos. Ūdeņraža kopējais pieprasījums ES 2018. gadā bija 8,3 Mt, un lielākais patēriņš bija vērojams naftas pārstrādes nozarē (3,7 Mt jeb 45% no pieprasījuma) un amonjaka ražošanas nozarē (2,8 Mt jeb 34%). Turklāt jāņem vērā, ka amonjaks ir galvenā izejviela minerālmēslu ražošanā. Kopā ar citiem ķīmiskajiem produktiem, kuru ražošanā tiek izmantots ūdeņradis, šīs nozares veido aptuveni 93% no kopējā ūdeņraža pieprasījuma Eiropā.

Pašlaik ūdeņraža ražošanas process nepavisam nav draudzīgs videi. Ūdeņradi lielākoties ražo, izmantojot fosilo kurināmo, un tikai 0,7% fosilā kurināmā iekārtu ir aprīkotas ar oglekļa emisiju uztveršanas un uzglabāšanas (CCUS) tehnoloģijām vai izmanto atjaunojamos energoresursus. Ražošanas procesā izmantojot fosilo kurināmo, tiek ģenerēts tvaika metāns, un iegūtie tvaiki (ko ražo dabasgāzes turbīnas) reaģē ar ogļūdeņraža degvielu, radot ūdeņradi un CO2. Tiek lēsts, ka pasaulē ūdeņraža ražošanas nozares radītais CO2 emisiju apjoms 2017. gadā pasaulē sasniedza 830 Mt, kas ir vairāk nekā Vācijas ekonomikas (797 Mt) vai pasaules kuģniecības nozares (677 Mt) oglekļa dioksīda emisiju apjoms.

Viens no veidiem, kā samazināt šīs emisijas, ir “zilā” ūdeņraža ražošana, t. i., tajā pašā tvaika metāna reģenerācijas procesā papildus izmantojot CCUS tehnoloģijas elementus, lai novērstu CO2 emisiju rašanos. Tomēr, lai šis process, kurā joprojām ir jāizmanto dabasgāze, būtu ekonomiski dzīvotspējīgs, tam ir jābūt lētam un efektīvam, savukārt ES dabasgāzes ieguve ir pilnībā atkarīga no importa un pakļauta dabasgāzes cenu svārstībām.

Otrs ceļš “zaļā” ūdeņraža ar zemu oglekļa emisiju saturu ražošanai ir elektrolīze, kuras procesā ūdens tiek sadalīts ūdeņradī un skābeklī, izmantojot elektroenerģiju, kas tiek iegūta no atjaunojamiem enerģijas avotiem. Kur ir problēma? Šajā procesā tiek patērēts daudz elektroenerģijas, kas tiek iegūta no atjaunojamiem enerģijas avotiem. Aplēses atšķiras, bet, lai varētu apmierināt gala pieprasījumu, enerģijas patēriņš tikai elektrolīzes procesiem vien līdz 2050. gadam dubultotu elektroenerģijas patēriņu Eiropā.

Papildus šiem jau tā nozīmīgajiem šķēršļiem ieceres īstenošanai, jāņem vērā fakts, ka ne “zilais”, ne “zaļais” ūdeņradis izmaksu ziņā nav konkurētspējīgs ar “pelēko” ūdeņradi, kura ražošanā tiek izmantots fosilais kurināmais. Aptuvenās “pelēkā” ūdeņraža ražošanas izmaksas ES ir 1,5 EUR/kg, taču tās ir lielā mērā atkarīgas no dabasgāzes cenām, un šajās izmaksās nav ņemtas vērā negatīvās CO2 ārējās ietekmes izmaksas. Aptuvenās “zilā” ūdeņraža izmaksas pašlaik ir 2 EUR/kg, savukārt “zaļā” ūdeņraža izmaksas ir 2,5–5,5 EUR/kg.

Neskatoties uz pašreizējo situāciju, nākotnes perspektīvas ir pozitīvas. No politikas viedokļa, izmaksu starpību palīdzēs samazināt proaktīvi pasākumi CO2 emisiju aplikšanai ar nodokļiem. Un, līdzīgi kā citām jaunajām tehnoloģijām, sagaidāms, ka cenas samazināsies, pateicoties apjomradītiem ietaupījumiem, turpmākiem ražošanas procesa pilnveidojumiem un efektivitātes uzlabošanai. Vēja un saules enerģijas izmaksas pēdējo desmit gadu laikā ir ievērojami samazinājušās līdz tādam līmenim, kad vismaz divām trešdaļām pasaules iedzīvotāju saules un vēja enerģija šobrīd ir lētākie enerģijas ražošanas avoti. Tas pats ir sagaidāms attiecībā uz zema oglekļa emisiju ūdeņradi, ņemot vērā to, ka elektrolīzes procesa izmaksas pēdējos desmit gados jau ir samazinājušās par 60%, un paredzams, ka 2030. gadā tās samazināsies uz pusi salīdzinājumā ar šodienu. Reģionos, kur atjaunojamā enerģija ir lēta kā, piemēram, saules enerģija Ibērijas pussalā, “zaļajam” ūdeņradim līdz 2030. gadam jākļūst konkurētspējīgam ar “pelēko” ūdeņradi.

Ņemot vērā šīs prognozes, zema oglekļa emisiju ūdeņraža potenciāls ir milzīgs. Tā kā ūdeņradis ir daudzveidīgs un to var izmantot kā enerģijas nesēju, tas var palīdzēt samazināt oglekļa izmešus tautsaimniecības nozarēs, kurās šim nolūkam nevar izmantot elektroenerģiju un kurās ir nepieciešami alternatīvi risinājumi.

Pasaules ekonomikai un dzīvotspējai absolūti būtiska ir ūdeņraža kā izejmateriāla izmantošana amonjaka ražošanā. Amonjaka izmantošana slāpekļa mēslojuma sastāvā bija izšķirošs solis lauksaimniecības produktivitātes palielināšanā 20. gadsimta otrajā pusē. Līdztekus lauksaimniecības iekārtu automatizācijai, šī attīstība mēslojuma ražošanas nozarē atbrīvoja cilvēkus no naturālās lauksaimniecības un veicināja urbanizāciju un ekonomisko attīstību, mainot pasaules dienaskārtību. Diemžēl šis process arī ievērojami veicina CO2 emisiju rašanos, un šajā kontekstā zema oglekļa emisiju ūdeņraža ražošanas attīstība varētu mainīt “spēles noteikumus”.

Arī apkure, īpaši šeit, Ziemeļeiropā, ir lieta, bez kuras mēs nevaram iztikt, tomēr tā lielā mērā tiek nodrošināta, dedzinot dabasgāzi. Siltumizolācijas uzlabošana un efektivitātes paaugstināšana vai ģeotermiskās enerģijas izmantošana vietās, kur tas iespējams, — tas arī viss, ko šobrīd varam darīt, lai ierobežotu dabasgāzes izmantošanu apkurei, kas pasaules mērogā rada gandrīz 30% ar enerģiju saistīto emisiju. Ūdeņradim šajā kontekstā varētu būt daudzsološa loma arī tāpēc, ka pastāv iespēja to sajaukt ar dabasgāzi, lai izmantotu esošajā enerģētikas infrastruktūrā. Lai gan tas neļaus pilnībā izvairīties no izmešu radīšanas, tas būtu solis pareizajā virzienā.

Enerģētikas nozarē ūdeņradis spēj nodrošināt vairākas svarīgas funkcijas. Ja netiks veidoti jauni kodolreaktori, ko sabiedrība īpaši nevēlas, un veicināta plūdmaiņas enerģijas sistēmu attīstība, kas, lai gan ir īpaši uzticamas, tomēr ir piecreiz dārgākas par vēja enerģiju, “zaļās” elektroenerģijas ražošanā galvenokārt tiks izmantota saules un vēja enerģija. Problēma ir tāda, ka maksimālā saules enerģijas ražošana notiek dienas vidū un vasaras mēnešos (kad debesis nav apmākušās), un tas sakrīt ar periodu, kad elektroenerģijas pieprasījums ir viszemākais. Arī vējš, lai gan pārsvarā ir spēcīgāks naktī, tomēr ir mainīgs un tāpēc ne vienmēr ir uzticams avots stabila un augoša pieprasījuma apmierināšanai. Šī nepastāvības problēma ir viens no galvenajiem atjaunojamās enerģijas trūkumiem. Lai līdzsvarotu šo nepastāvību, elektroenerģiju var uzglabāt akumulatoros, bet labākajā gadījumā tikai dažas stundas. Savukārt ūdeņradis spēj uzglabāt enerģiju nedēļas, mēnešus vai pat gadus, un tad to var pārvērst atpakaļ elektroenerģijā, izmantojot ūdeņraža kurināmā elementus, ar nulles līmeņa emisijām (izņemot ūdeni). Tāpēc to var izmantot no centrālā elektrotīkla izolētās elektroenerģijas sistēmās (piemēram, rezerves ģeneratoros slimnīcās, datu centros utt.), lai līdzsvarotu elektroenerģijas sistēmas un lietderīgi izmantotu elektroenerģijas sezonālo un ģeogrāfisko pārprodukciju.

Ūdeņraža kurināmā elementiem ir nozīmīga loma arī transporta nozarē. Lai gan ar akumulatoru darbināmo pasažieru transportlīdzekļu un mikromobilitātes līdzekļu, piemēram, elektromotorolleru, jauda turpina pieaugt, akumulatoru izmantošanas iespējas ir ierobežotas, ņemot vērā to svara un jaudas attiecību. Ūdeņraža kurināmā elementi ir lietderīgāk izmantojami lieljaudas transportlīdzekļos, garākos attālumos, piemēram, autobusos, kravas automašīnās, vilcienos, kuģos un pat lidmašīnās.

ES Ūdeņraža stratēģija 2030. gadam

Tā kā ES ir apņēmusies līdz 2050. gadam panākt neitrālu oglekļa emisiju bilanci, ir izvirzīti tālejoši mērķi, kuru īstenošanai būs ievērojami jāpārveido kontinenta esošās enerģētikas sistēmas un ekonomikas nozares. Šīs stratēģijas pamatā ir “zaļā” ūdeņraža ražošana. Salīdzinot ar pašreiz uzstādīto elektrolīzes sistēmu jaudu 0,1 GW, ES plāno līdz 2024. gadam izveidot ūdeņraža elektrolīzes sistēmas ar kopējo jaudu 6 GW apmērā un līdz 2030. gadam — 40 GW apmērā, kā arī vēl 40 GW kaimiņvalstīs. Ilgtermiņā darba variants paredz līdz 2050. gadam sasniegt 500 GW jaudu.

Pirmajā posmā, līdz 2024. gadam, ES plāno samazināt oglekļa izmešu apjomu, kas tiek radīts ūdeņraža ražošanas procesā, uzstādot elektrolīzes sistēmas ar kopējo jaudu vismaz 6 GW. Šādi saražoto ūdeņradi galvenokārt izmantos oglekļa dioksīda emisiju samazināšanai naftas pārstrādes nozarē un amonjaka rūpniecībā.

Otrajā posmā, līdz 2030. gadam, ES mērķis ir izveidot atjaunojamās enerģijas ūdeņraža elektrolīzes sistēmas vismaz 40 GW apmērā (plus 40 GW kaimiņvalstīs), kas ļautu izmantot līdz pat 10 miljoniem tonnu atjaunojamā ūdeņraža. Paredzams, ka šajā posmā ūdeņradi arvien plašāk izmantos rūpnieciskajos procesos (piemēram, tērauda ražošanā) un transporta nozarē (piemēram, kravas automobiļu, autobusu, vilcienu pārvadājumos, kuģniecībā). Ūdeņradis lielā mērā tiktu izmantots arī atjaunojamās elektroenerģijas sistēmas līdzsvarošanai, nodrošinot elastīgumu un iespējas to izmantot ikdienas/sezonālai uzglabāšanai.

Šīs “zaļās” ūdeņraža infrastruktūras izbūve nebūs lēta. Stratēģijas mērķis ir līdz 2030. gadam veikt kopējās investīcijas 400 miljardu eiro apmērā, bet elektrolīzes sistēmām vien ir paredzēti 47 miljardi eiro. Raugoties nākotnē, kāda pavērsies 2050. gadā, 500 GW ūdeņraža elektrolīzes sistēmu pieprasījuma apmierināšanai būs nepieciešama aptuveni 1000–1300 GW īpaši šim mērķim paredzētas atjaunojamās enerģijas, kas nozīmē 1,4 triljonu eiro ieguldījumus tikai šādās atjaunojamās enerģijas sistēmās vien. Desmit lielāko Eiropas gāzes pārvades sistēmu operatoru publicētajā pētījumā ir aplēsts, ka gāzes cauruļvadu pārbūvei un īpašas ūdeņraža infrastruktūras izveidei Eiropā līdz 2040. gadam būs nepieciešami 27–64 miljardi eiro.

Vai tas būs viegli? Nekādā ziņā.

Vai daudzi no plānā noteiktajiem mērķiem, visticamāk, netiks īstenoti? Gandrīz noteikti.

Vai ir skaidrs plāns, kā faktiski notiks šī ūdeņraža revolūcija? Nemaz ne.

Tomēr ir skaidrs, ka Eiropas “zaļā” ūdeņraža revolūcijas finansēšanā tiks ieguldīts milzums naudas un līdzekļu. Kad parādās ekonomiskās vajadzības pēc jaunām tehnoloģijām, jo īpaši, ja to pamatā ir valdības atbalsts šādu tehnoloģiju ieviešanai, investīciju kapitāls ātri atrod veidu, kā finansēt tehnoloģiskās pārmaiņas. Neaizmirsīsim arī par augošo investoru pieprasījumu pēc ilgtspējīgiem ieguldījumiem un pastiprināto uzmanību pret vides aizsardzības noteikumu pārkāpumiem, un mēs nokļūstam pie, iespējams, viena no vēsturē kardinālākajiem pavērsiena punktiem enerģētikas investīciju kapitālā..

Neskaidrību ir daudz, iespēju - vēl vairāk.