Ar šildysime namus vandeniliu?

Rolandas Kažimėkas 2021 lapkričio 29 d.
šildymas vandeniliu vandenilisTik SA
Projektas „HyDeploy“.

Vandenilio technologijos laikomos vienomis iš realiausių alternatyvų norint pasiekti ES užsibrėžtus tikslus, susijusius klimato kaitos procesų stabdymu. Europoje jau pradėta nemažai eksperimentinių projektų, kurių tikslas išsiaiškinti vandenilio poveikį skirstymo ir šildymo sistemoms.

Dažniausiai eksperimentuojam su gamtinių dujų ir vandenilio mišiniu, tačiau yra ir tokių projektų kai naudojamas 100 proc. vandenilis ar net kuriama autonominė sistema. Apžvelgsime kelis skirtingus projektus.

Vandenilis – naujos galimybės

Šiuo metu pagrindinė vandenilio gamybos žaliava pasaulyje yra gamtinės dujos.  Tokia vandenilio gamyba yra tarši, nes išskiria CO2. Vandenilio gamybos iš iškastinio kuro technologijos buvo kuriamos pramonei, kuri ir dabar suvartoja apie 95 proc. pagaminto vandenilio. Įvairioms pramonės šakoms reikalingas vandenilis dažniausiai pagaminamas specializuotose gamyklose, statomose šalia vandenilio vartojimo vietos. Taigi vis dar galima sakyti, kad šiuo metu vandenilis yra pramonės žaliava. Tačiau situacija gali iš esmės keistis, nes Europos Sąjunga siekia vandenilį naudoti kaip „švarios“ energijos šaltinį.

Vandenilio naudojimas pastatų šildymo sistemose susijęs su ekologija –  renkantis vandenilį, kaip kondensacinio katilo kurą, į atmosferą neišmetami teršalai ir CO2. Vienintelis šalutinis produktas yra garai. Todėl vandenilis galėtų būti kuras, padedantis spręsti klimato kaitos problemas, juolab, kad jį galima naudoti energetikoje, pramonės įmonėse, transporte, šildymui.

Prognozuojama, kad siekiant mažinti iškastinio kuro naudojimą namų ūkiuose, vandenilio paklausa  augs, nes patalpų šildymui, karšto vandens ruošimui ir maisto gaminimui sunaudojama 30 proc. visos pasaulyje suvartojamos energijos.

Europos šalių dujų tinklų infrastruktūra yra labai palanki vandenilio tiekimui į šildymo sistemas, tačiau norint tiekti gryną vandenilį, dalį tinklų teks modernizuoti. Negana to, vandenilį maišant su gamtinėmis dujomis, tokį mišinį jau dabar galima tiekti šildymo sistemoms (modernūs kai kurių gamintojų šildymo katilai sėkmingai dirba kai mišinyje yra iki 20 proc. vandenilio) ir taip realybėje išbandyti vandenilio poveikį sistemoms.

H100Fife endtoendsystem social
kranas

Svarbiausios statybų, NT, inžinerijos naujienos – nepraleiskite!

Naudojant dujų ir vandenilio mišinį, CO2 emisijos yra mažesnės. Perspektyvoje numatoma ir 100 proc. vandenilio naudojimas šildymo sistemose, tačiau šio siekio įgyvendinimas priklauso ir nuo techninių galimybių,  ir nuo infrastruktūros modernizavimo tikslingumo.  

Vertinant klimato kaitos iššauktus ekonomikos pokyčius,  iki 2050 m. vandenilio dalis pasaulio energijos balanse gali siekti nuo 7 proc. (Tarptautinė atsinaujinančios energijos agentūra) iki 24 proc.  („Bloomberg NEF“).

ES vandenilio strategija

2020 m. liepą Europos Komisija paskelbė Vandenilio strategiją „Building a hydrogen economy for a climate-neutral Europe“. Tuo pat metu pradėta Švaraus vandenilio aljanso („Сlean Hydrogen Alliance“) veikla. Esmė ta, kad strategija pirmenybę teikia vandeniliui, kurio gamyba nebus tarši – vandenilis turi būti gaminamas iš vandens elektrolizės būdu, naudojant atsinaujinančius, atmosferos  neteršiančius, energijos šaltinius – vėjo, saulės jėgaines, hidroelektrines. Negana to, tokia gamyba duos priešingą efektą, nes jos metu į atmosferą patenka deguonis, kas mažina CO2 dalį atmosferoje. 

Pirmajame etape, kuris truks iki 2024 m., įvairiose šalyse bus išbandoma dujų tinklais tiekti šildymui skirtą vandenilio ir gamtinių dujų mišinį. Tai jau daroma, apie projektus daugiau informacijos rasite žemiau.  Antrojo etapo metu (2025-2030 m.) vandenilis turėtų tapti neatsiejama ES energetikos sistemos dalimi. Bus sparčiai plečiama vandenilio gamyba,  kuriama ar pertvarkoma vandenilio transportavimo infrastruktūra. Trečio etapo metu (2030-2050 m. ir vėliau) „žaliojo“ vandenilio technologijos turėtų būti išvystytos ir plačiai taikomos.

Elektrolizės privalumai ir kritika

Elektrolizė tikrai ne vienintelis numatomas vandenilio gamybos būdas. Tyrinėjama kaip galima būtų gauti vandenilį iš metano, neišskiriant į atmosferą CO2 ir pan. Esmė ta, kad  elektrolizė –  daug energijos reikalaujantis procesas – 1 kg vandenilio pagaminti reikia nuo 48 iki 78 kWh elektros energijos. Didelis elektrolizės energijos poreikis yra vienas pagrindinių skeptiškai vandenilio atžvilgiu nusiteikusių kritikų argumentų. Jie užduoda paprastą klausimą: koks tikslas namus šildyti vandeniliu, jei šiam tikslui galima naudoti vandenilio gamybai skirtą elektrą? Kad argumentai būtų tvirtesni, pasitelkiamas vandenilio elektrolizės naudingumo koeficientas, kuris, tarkim, yra 50 proc.  Tai reiškia, kad norint iš vandenilio gauti 500 kWh šilumos, reikia suvartoti 1000 kWh elektros energijos.

electrolysis

Tačiau kai kalbama apie vandenilio elektrolizės naudingumo koeficientą (NK), susidaro įspūdis, kad šiuo skaičiumi manipuliuojama arba jis laužiamas iš piršto. Vienais atvejais NK nurodomas 30 – 50 proc., kitais 60 – 70 proc. ir… visi skaičiai gali būti teisingi, nes daug kas priklauso nuo technologijų. Šiais laikais pramonėje naudojamų modernių elektrolizės įrenginių NK jau siekia 70 – 80 proc., o Japonijoje sukurti eksperimentiniai įrenginiai pasiekia 90 proc. naudingumo koeficientą. Taigi tobulėja technologijos, didėja ir NK.

Reikia įvertinti ir tai, kad vandenilio gamybai elektrolizės būdu planuojama naudoti perteklinę elektros energiją – taip vandenilio gamyba tampa perteklinę energiją akumuliuojančia sistema.       

D. Britanijos regionai įsisavina vandenilį

D. Britanijos projektas „HyDeploy“ įsibėgėja. Bandymų vieta pasirinktas nuosavą, vandeniliui tinkantį, dujų tinklą turintis Kilio universitetas. Eksperimentui pasirengti prireikė dvejų metų. Pasirengimo darbai apėmė dujų ir vandenilio mišinio saugos bandymus, laboratorinius dujinių prietaisų tyrimus ir vandenilio poveikio dujų tinklui tyrimus. 2019 m. spalį į sistemą pradėtas tiekti gamtinių dujų ir vandenilio mišinys, kuriame buvo 20 proc. vandenilio. Juo šildyta 30 universiteto pastatų ir dar 100 aplinkinių namų. Pasak eksperimento organizatorių, vartotojų patirtis atitiko lūkesčius, apie problemas pranešimų nebuvo. Dujų tinklų atstovai teigė, kad jų tinkle naudojamos medžiagos galėjo atlaikyti ir didesnę vandenilio koncentraciją, nei buvo manoma iš pradžių.  Projektas baigėsi 2020 m., jo tolimesnei eigai sutrukdė pandemija, apsunkinusi šildymo sistemas tikrinusių specialistų darbą, be to universitetui perėjus prie nuotolinio mokymo, sumažėjo šildymo poreikis.

Antrasis „HyDeploy“ etapas įgyvendinamas Vinlatono miestelyje, kuriame yra 668 namai, bažnyčia, pradinė mokykla ir kelios mažos įmonės. Vinlatonas tapo pirmąja bendruomene, gavusia dujų ir vandenilio mišinį per viešą tinklą. Eksperimentas Vinlatone  prasidėjo 2021 m. rugpjūtį ir truks apie 10 mėnesių. Mišinyje bus iki 20 proc. vandenilio.

hydeploy hydrogen blended gas

Šio projekto rezultatai bus pateikti šalies vyriausybei ir tikimąsi, kad jie padės formuoti ateities šildymo politiką. Skaičiuojama, kad jei toks dujų ir vandenilio mišinys būtų tiekiamas visiems D. Britanijos  namams ir įmonėms, kasmet į atmosferą nepatektų 6 mln. tonų anglies dioksido. Tai tas pats, kas iš kelių pašalinti 2,5 mln. automobilių, todėl šis projektas yra labai svarbus.

Vis tik pripažįstama, kad mišinys kuriame yra iki 20 proc. vandenilio ne taip veiksmingai, kaip norėtųsi, mažina CO2 emisijas. „Bloomberg“ duomenimis, naudojant tokį mišinį, CO2 kiekį galima sumažinti 7 proc. Norėtųsi gerokai daugiau, tačiau  naudoti mišinių su didesne vandenilio koncentracija neleidžia įranga – reikia modernizuoti vamzdynus, keisti šildymo katilus arba jų elementus.

Panašius eksperimentus su dujų ir vandenilio (iki 20 proc.) mišiniu intensyviai vykdo ir Vokietija.

Nyderlanduose namui – 100 proc.!

Nyderlanduose, Rozenburgo mieste pradėtas kitoks eksperimentas – gyvenamąjį pastatą šildo katilas, naudojantis 100 proc. vandenilį. Tarp projekto iniciatorių – dujų tinklai „Stedin“, Roterdamo savivaldybė. 2019 m. gyvenamojo  namo katilinėje buvo sumontuotas vandeniliu kūrenamas katilas. Vandeniliui tiekti „Stedin“ panaudojo esamą vandenilio vamzdyną, siekdama parodyti, jog turimas tinklas yra pasirengęs priimti naująjį kurą. Tai pirmasis pasaulyje projektas, kuriame grynas vandenilis naudojamas kaip daugiabučio namo šildymo sistemos kuras. Vandenilio katilas veikia tokiu pačiu principu kaip ir dujinis katilas.

Škotijos „žalioji“ sistema

Škotijoje pradėtas įgyvendinti projektas „H100 Fife“, kurio metu 300 namų bus šildomi vandeniliu.

Projektas vystomas Bakheiveno mieste, išsidėsčiusiame Šiaurės jūros Faifo pakrantėje. Tai bus pirmasis pasaulyje vandenilio tinklas, kuriuo nuo 2023 m. į namus bus tiekiamas „žaliasis“ vandenilis. Vandenilis bus gaminamas specialiai pastatytoje elektrolizės gamykloje, kuriai elektrą tieks netoliese, jūroje sumontuotos vėjo turbinos.  Tai pirmasis tokio pobūdžio projektas, kurio visuose etapuose nebus CO2 ir kitų šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos. Sistema suprojektuota taip, kad būtų užtikrinti tokie pat aukšti saugos ir patikimumo standartai, kokių reikalaujama iš dabartinių dujų sistemų. Įrengtoje saugykloje bus kaupiamos vandenilio atsargos, kad jo tiekimas nenutrūktų net šalčiausiomis oro sąlygomis. 

„H100 Fife“ projektas rinks informaciją apie vartotojų poreikius, susidomėjimą vandenilio technologijomis bei į aplinką CO2 neišskiriančio šildymo sprendimais. Tinklas pradės veikti 2023 m., projektas bus vykdomas iki 2027 m. kovo mėn.

Vėjas, kaip švarios energijos šaltinis, šiame projekte yra pagrindinė vandenilio šildymo dėlionės dalis. Galingos, jūroje sumontuotos, vėjo jėgainės užtikrina elektrolizei reikalingus „švarios“ energijos kiekius. Tokia sistema kaip „H100 Fife“ – veiksminga ir gali padėti ne tik Škotijai, bet ir visai D. Britanijai iki 2050 m. pasiekti nulinių emisijų lygį.

Komentarai