Penyelesaian Pengeluaran Hidrogen Hijau

Secara umum, hidrogen boleh digunakan sebagai bahan api dalam dua cara utama. Ia boleh dibakar untuk menghasilkan haba, atau ia boleh dimasukkan ke dalam sel bahan api hidrogen untuk menjana elektrik. Berita baiknya ialah apabila hidrogen biru atau hijau telah dihasilkan, ia mempunyai pelbagai aplikasi yang berbeza:
Pengangkutan:Hidrogen telah pun digunakan untuk mengisi bahan bakar bas dan bentuk pengangkutan awam lain, terutamanya di Jepun. Ia juga boleh digunakan untuk menggerakkan trak dan kereta api pengangkutan, manakala bahan api berasaskan hidrogen seperti ammonia boleh digunakan dalam penerbangan dan perkapalan. Penggunaan hidrogen yang lebih meluas untuk menggerakkan kenderaan akan bergantung pada harga sel bahan api hidrogen yang menjadi lebih murah dan stesen mengisi minyak hidrogen menjadi lebih biasa.

Penjanaan kuasa:Hidrogen boleh digunakan untuk menukar sumber tenaga boleh diperbaharui kepada bahan api yang kemudiannya boleh disimpan dan diangkut dalam jarak yang jauh. Hidrogen dan ammonia juga boleh digunakan dalam turbin gas dan stesen janakuasa arang batu untuk mengurangkan pelepasannya.

Pemanasan bangunan:Hidrogen mempunyai potensi besar untuk menggantikan gas asli untuk memanaskan bangunan domestik dan komersial melalui infrastruktur gas asli sedia ada. Dandang hidrogen dan sel bahan api hidrogen domestik memerlukan pembangunan lanjut tetapi boleh memainkan peranan penting pada masa hadapan.

industri:Hidrogen kini digunakan dalam pelbagai proses perindustrian yang penting. Ini termasuk penapisan petrol, pembuatan keluli, merawat logam dan menghasilkan pelbagai bahan kimia.

Tidak seperti hidrogen kelabu, hidrogen hijau boleh diperbaharui sepenuhnya dalam kedua-dua bahan sumber dan bekalan tenaganya. Untuk bahan sumber, hidrogen hijau hari ini biasanya dijana daripada air melalui proses yang dikenali sebagai elektrolisis, yang menggunakan arus elektrik untuk membelah air kepada molekul komponen hidrogen dan oksigen. Ini dilakukan menggunakan peranti yang dipanggil elektrolisis, yang menggunakan katod dan anod (elektrod bercas positif dan negatif). Proses ini hanya menghasilkan oksigen – atau wap – sebagai hasil sampingan. Bagi bekalan tenaga, untuk melayakkan diri sebagai "hidrogen hijau," sumber elektrik yang digunakan untuk elektrolisis mesti diperoleh daripada kuasa boleh diperbaharui, seperti tenaga angin atau suria.

Terdapat tiga jenis elektrolisis utama:Beralkali, membran pertukaran proton (PEM), dan oksida pepejal. Ini berbeza dalam sifat bahan elektrolit yang digunakan. Elektroliser beralkali menggunakan larutan akueus dengan garam seperti alkali untuk membolehkan kekonduksian elektrik, manakala elektrolisis PEM menggunakan membran polimer pepejal (elektrolit). Elektroliser oksida pepejal menggunakan bahan seramik pepejal sebagai elektrolit, yang membolehkan mereka beroperasi pada kecekapan elektrik yang lebih tinggi dan suhu yang lebih tinggi. Ini membenarkan penggunaan wap dan haba luaran sebagai sumber tenaga dan bukannya bergantung kepada elektrik. Oleh itu, elektrolisis oksida pepejal membolehkan kos operasi yang jauh lebih rendah, kerana haba biasanya lebih murah dan kadangkala dihasilkan secara semula jadi sebagai hasil sampingan daripada proses perindustrian tertentu.

Beberapa tahun lalu, hidrogen dilihat hanya sebagai penyelesaian untuk evolusi kenderaan yang lebih hijau. Memandangkan kenderaan elektrik telah mendapat lebih banyak daya tarikan, hidrogen semakin dilihat sebagai penyelesaian untuk industri lain.

Permintaan untuk hidrogen terus meningkat apabila penggunaannya berkembang merentasi industri perindustrian dan pembuatan untuk pelbagai tujuan, termasuk penapisan minyak, pembuatan keluli dan pengeluaran simen. Walau bagaimanapun, apabila populariti hidrogen semakin meningkat, kepentingan hidrogen hijau tidak boleh dilebih-lebihkan. Yang membimbangkan, 98% hidrogen diperbuat daripada bahan api fosil tanpa kawalan atau peraturan pelepasan karbon dioksida. Tetapi hidrogen hijau mempunyai potensi untuk mengubahnya-untuk kebaikan.

Daripada asap pengeluaran loji komersial kepada asap ekzos kereta berkuasa petrol dan diesel, pengeluaran hidrogen hijau mengurangkan atau menghapuskan keperluan untuk sumber tenaga bahan api fosil yang membebaskan sejumlah besar karbon dioksida ke udara. Dalam industri pusat data, apabila sistem storan membangunkan hidrogen, ia boleh digunakan sebagai ganti penjana sandaran berkuasa diesel untuk memberi tenaga kepada pusat data masa hadapan. Akibatnya, manfaat hidrogen hijau berlimpah, membolehkan kerajaan dan organisasi memperkukuh keselamatan tenaga negara, menjimatkan bahan api, mengurangkan pelepasan keseluruhan dan mempelbagaikan pilihan tenaga pengangkutan daripada kereta kepada sistem transit awam yang meluas.

Teknologi hidrogen hijau tidak mungkin diperkenalkan pada masa yang lebih baik. Pentadbiran Maklumat Tenaga AS meramalkan permintaan tenaga global akan meningkat sebanyak 47% menjelang 2050. Satu-satunya cara untuk mengimbangi permintaan tersebut dalam bentuk pengeluaran tenaga minyak dan arang batu adalah dengan menggunakan kaedah yang lebih hijau, seperti hidrogen hijau.

Dan terima kasih kepada penemuan teknologi yang pada dasarnya telah menyahkarbonkan pengeluaran hidrogen, banyak syarikat beralih kepada pengimbangan karbon yang memanfaatkan hidrogen hijau untuk mengurangkan jejak karbon mereka dan memenuhi matlamat ESG yang agresif.

Proses penjanaan hidrogen hijau datang dengan kelebihan. Agensi Tenaga Antarabangsa (IEA) menyatakan bahawa hidrogen hijau menjimatkan kira-kira 830 juta tan karbon dioksida yang dikeluarkan setiap tahun berbanding ketika gas dihasilkan menggunakan kaedah bahan api fosil tradisional. Itu bersamaan dengan jumlah pelepasan sepanjang tahun dari UK dan Indonesia digabungkan!

Sama seperti mana-mana teknologi baharu, terdapat beberapa cabaran yang perlu diatasi apabila ledakan hidrogen hijau berlaku. Beberapa isu yang perlu dipertimbangkan termasuk kecekapan proses dan kos pengeluaran pada skala besar, di samping mewujudkan penyelesaian penyimpanan bertekanan jangka panjang. Mengetepikan cabaran, hidrogen hijau ialah teknologi baharu yang menarik yang boleh membantu mengimbangi pengeluaran tenaga hijau berskala besar yang amat diperlukan.

Sebahagian besar peralihan daripada bahan api fosil melibatkan mengelektrik beberapa mesin harian yang kami gunakan yang dikuasakan oleh minyak dan gas - kereta dan pengangkutan tempatan, dan pemanasan untuk rumah di beberapa negara, contohnya. Bagi mereka yang sudah menggunakan elektrik, seperti komputer dan peralatan rumah, elektrik daripada nuklear dan tenaga boleh diperbaharui seperti angin dan solar menggantikan arang batu.

Tetapi terdapat beberapa industri yang memerlukan banyak tenaga sehinggakan tenaga boleh diperbaharui tradisional tidak dapat memenuhi permintaan mereka. Itu masalah, kerana industri tersebut adalah antara pemancar utama gas rumah hijau.

Di sinilah pakar mengatakan hidrogen hijau mempunyai potensi besar.
"Elektrik daripada sumber seperti angin, suria dan nuklear adalah penting untuk menyahkarbon sistem tenaga kita - tetapi ia tidak boleh melakukannya sendiri, dan pengangkutan jarak jauh dan industri berat adalah rumah kepada pelepasan yang paling sukar untuk dikurangkan," kata seorang penganalisis tenaga di Agensi Tenaga Antarabangsa.

"Hidrogen cukup serba boleh untuk mengisi beberapa jurang kritikal ini - dalam menyediakan bahan mentah penting untuk industri kimia dan keluli atau bahan penting untuk bahan api karbon rendah untuk kapal terbang dan kapal," kata Remme kepada CNN.

Mengendalikan kapal terbang atau kapal besar, misalnya, memerlukan tenaga yang begitu banyak sehinggakan mana-mana bateri yang digunakan untuk menyimpan elektrik daripada suria atau angin berkemungkinan terlalu besar dan berat untuk kapal itu. Hidrogen hijau, sebaliknya, boleh datang dalam bentuk cecair dan lebih ringan. Menurut Airbus, yang sedang membangunkan pesawat komersial pelepasan sifar, ketumpatan tenaga hidrogen hijau adalah tiga kali lebih tinggi daripada bahan api jet yang kita gunakan hari ini.

Walaupun hidrogen hijau cecair akan mengeluarkan karbon sifar, ia mempunyai beberapa batasan. Apabila dibakar dalam suasana terbuka ia membebaskan sejumlah kecil nitrus oksida, yang merupakan gas rumah hijau yang kuat. Jika hidrogen disalurkan melalui sel bahan api, bagaimanapun, ia hanya akan mengeluarkan air dan udara hangat.

Beberapa pesawat kecil telah berjaya terbang dengan sel bahan api yang diberi makan hidrogen, walaupun teknologi itu masih belum ditingkatkan secara komersial.

Pada masa ini ia berada di atas dek untuk mencapai sasaran iklim. Peralihan tenaga benar-benar memerlukan rangsangan yang besar. Hidrogen boleh memberi sumbangan penting untuk ini. Kerjasama adalah penting agar dapat menggunakan hidrogen dengan jayanya, sebagai contoh, untuk menyumbang kepada pengurangan CO2 dalam industri, e-bahan api untuk pesawat dan penggunaan dalam persekitaran yang dibina. Tetapi pelaburan diperlukan dan terdapat persoalan.

Apakah hidrogen?
Hidrogen adalah unsur yang paling biasa di alam semesta kita. Dalam keadaan biasa ia adalah gas dan kita bercakap tentang gas hidrogen (H2). Hidrogen juga merupakan gas paling ringan yang kita ketahui dan oleh itu mempunyai ketumpatan tenaga yang rendah per unit isipadu (dalam m3). Setiap berat (dalam kg), hidrogen memang mempunyai ketumpatan tenaga yang tinggi sebanyak 120 megajoule (MJ) setiap kg. Itu hampir tiga kali ganda lebih banyak daripada gas asli (45 MJ per kg). Hidrogen sering bertekanan. Tekanan (memampatkan) gas hidrogen, walau bagaimanapun, juga memerlukan tenaga yang diperlukan (kira-kira 10%).

Apakah hidrogen kelabu dan biru?
Hampir semua hidrogen yang dihasilkan di seluruh dunia pada masa ini dipanggil 'hidrogen kelabu'. Pengeluaran pada masa ini berlaku melalui Steam Methane Reforming (SMR). Di sini wap tekanan tinggi (H2O) bertindak balas dengan gas asli (CH4) menghasilkan hidrogen (H2) dan gas rumah hijau CO2. Di Belanda, kira-kira 0.8 juta tan H2 dihasilkan dengan cara ini, menggunakan empat bilion meter padu gas asli dan menjana pelepasan CO2 sebanyak 12.5 juta tan.
Istilah 'hidrogen biru' atau 'hidrogen karbon rendah' ​​digunakan apabila CO2 yang dibebaskan dalam proses pengeluaran hidrogen kelabu sebahagian besarnya (80-90%) ditangkap dan disimpan. Ini juga dipanggil CCS: Carbon Capture & Storage. Ini boleh berlaku di medan gas kosong di bawah Laut Utara. Tiada tempat lain di dunia ini adalah hidrogen biru yang dihasilkan secara besar-besaran.

Apakah hidrogen hijau?
Hidrogen hijau, juga dikenali sebagai 'hidrogen boleh diperbaharui', ialah hidrogen yang dihasilkan dengan tenaga mampan. Yang paling terkenal ialah elektrolisis, di mana air (H2O) dibahagikan kepada hidrogen (H2) dan oksigen (O2) melalui elektrik hijau. Sebilangan besar pihak di Belanda sedang bereksperimen dengan elektrolisis berskala megawatt ini. Hidrogen juga dibebaskan semasa pengegasan suhu tinggi biojisim.

Apakah hidrogen turquoise?
Hidrogen yang dihasilkan daripada gas asli menggunakan teknologi pirolisis logam lebur yang dipanggil 'turquoise hydrogen' atau 'low carbon hydrogen'. Gas asli disalurkan melalui logam cair yang membebaskan gas hidrogen dan juga karbon pepejal. Yang terakhir boleh mencari aplikasi yang berguna dalam, sebagai contoh, tayar kereta. Teknologi ini masih dalam fasa makmal dan ia akan mengambil masa sekurang-kurangnya sepuluh tahun untuk kilang perintis pertama untuk direalisasikan.

Apakah perbezaan asas lagi antara biru dan hijau?
Sebagai tambahan kepada kaedah pengeluaran, terdapat beberapa perbezaan utama yang lain:
Hanya hidrogen hijau yang dihasilkan melalui elektrolisis memastikan bahawa kuantiti besar elektrik mampan yang dihasilkan di laut dan di darat boleh disepadukan dengan betul ke dalam sistem tenaga kita. Hanya elektrolisis boleh menukar elektrik kepada hidrogen secara fleksibel (atas permintaan) dan kemudian menyimpannya.
Di samping itu, pembangunan elektrolisis berskala besar akan membantu memenuhi permintaan elektrik yang meningkat dan dengan itu merangsang pertumbuhan tenaga mampan.
Terdapat juga perbezaan dalam kualiti. Hidrogen hijau mempunyai tahap ketulenan yang lebih tinggi dan boleh digunakan serta-merta, contohnya dalam sel bahan api kenderaan. Hidrogen biru mempunyai tahap ketulenan yang lebih rendah, mencukupi untuk aplikasi industri.
Pengeluaran hidrogen biru adalah satu cara untuk 'menyahkarbon' industri, iaitu mengurangkan CO2, secara besar-besaran dan pada kos yang agak rendah.

Hidrogen putih dari tanah sumber tenaga bersih masa depan?
Kita sudah mengetahui hidrogen kelabu, biru dan hijau, tetapi kini nampaknya hidrogen putih atau semula jadi juga tersedia. Itu datang dari tanah, sama seperti gas asli. Apabila hidrogen dibakar dengan oksigen, hanya air yang dibebaskan. Hidrogen putih adalah hidrogen semula jadi dari bawah permukaan yang berpotensi menjadi sumber tenaga penting masa depan jika ia dibuat secara elektrolisis air dengan tenaga angin atau suria (hijau).
Ia kemudiannya tidak diperbuat daripada abu asli atau arang batu (kelabu), bahkan dengan menangkap CO2 (biru) dahulu. Gas ini digunakan terutamanya untuk memanaskan proses dalam industri kimia dan dalam pengeluaran keluli dan baja. Dalam peralihan daripada tenaga fosil kepada tenaga hijau, ia boleh berfungsi sebagai penampan penyimpanan untuk elektrik semasa tempoh tanpa matahari dan angin.

Apakah peranan yang dimainkan oleh hidrogen dalam peralihan tenaga?
Dalam campuran tenaga semasa kami, kira-kira 20% dibekalkan dalam bentuk elektrik dan 80% dalam bentuk gas asli atau bahan api fosil cecair (petrol, diesel). Sasaran iklim kami akan mengubah keadaan ini dengan ketara dalam masa terdekat. Bahagian tenaga elektrik yang dijana oleh tenaga angin dan solar akan meningkat secara mendadak. Untuk beberapa aplikasi seperti pengangkutan berat, proses suhu tinggi dalam industri dan penerbangan, penyelesaian elektrik yang baik masih kurang dan masih terdapat keperluan untuk gas yang mampan. Hidrogen boleh memainkan peranan yang berguna di sini. Di samping itu, hidrogen adalah penting dalam bentuk penyimpanan berskala besar untuk saat-saat ketika ia tidak berangin dan mendung.

Negara manakah yang turut mengusahakan hidrogen?
Negara-negara seperti Norway, Australia, Maghribi, Chile, Arab Saudi, China dan Jepun sangat aktif dengan hidrogen hijau, terutamanya kerana terdapat banyak (berpotensi) ketersediaan tenaga boleh diperbaharui yang murah daripada tenaga angin, suria atau hidro untuk menghasilkan hidrogen hijau. Pengecualian untuk ini ialah Jepun, yang sebahagian besarnya bergantung kepada import untuk bekalan tenaganya dan telah membangunkan strategi untuk mengimport hidrogen (hijau) secara besar-besaran. Peranan utamanya terletak pada pembangunan teknologi. Belanda berada dalam kedudukan yang baik sebahagiannya berkat pengetahuan kami tentang teknologi gas dan elektrolisis, potensi besar untuk tenaga angin di Laut Utara dan industri intensif tenaga yang perlu membuat komitmen yang kuat terhadap kemampanan.

Untuk apa kita akan menggunakan hidrogen?
Hidrogen amat penting untuk industri proses. Ia kini digunakan terutamanya untuk pengeluaran baja tetapi pada masa hadapan ia juga boleh digunakan untuk proses suhu tinggi seperti pengeluaran keluli yang mana gas asli atau arang batu kini digunakan. Di samping itu, hidrogen akan memainkan peranan dalam mobiliti, contohnya untuk bas antara bandar yang perlu menempuh jarak yang lebih jauh dan di mana pemanduan elektrik bukan penyelesaian.

Apakah maksud hidrogen untuk warganegara?
Dalam jangka pendek tidak banyak yang akan dapat dilihat. Penggunaan hidrogen di rumah, sebagai contoh, akan lama tertunggak jika ini berlaku sama sekali. Bagi kebanyakan rumah, grid haba kolektif atau pam haba elektrik menawarkan penyelesaian yang lebih baik. Dalam trafik, bilangan kereta hidrogen (pada masa ini kurang daripada seratus) dan bilangan stesen pengisian hidrogen (pada 2018: 3) perlahan-lahan akan meningkat.

Apakah risikonya?
Hidrogen ialah gas yang sangat ringan, sangat mudah terbakar dan digunakan dalam mobiliti di bawah tekanan sehingga 700 bar. Sama seperti gas lain, adalah penting untuk mengendalikannya dengan berhati-hati semasa pengeluaran, pengangkutan dan penggunaan, dan menyerahkannya secara eksklusif kepada syarikat profesional. Jika hidrogen hendak digunakan dalam saluran paip gas sedia ada, adalah penting untuk menyiasat lebih lanjut bagaimana hidrogen sebenarnya 'berkelakuan' dalam amalan. Hidrogen lebih ringan daripada gas asli dan boleh melepaskan diri dengan lebih mudah daripada injap dan pengedap.

Apakah yang dilakukan oleh TNO dari segi penyelidikan hidrogen?
TNO ialah organisasi bebas yang menjalankan penyelidikan gunaan termaju. Penyelidikannya mengenai hidrogen memberi tumpuan kepada pengeluaran, infrastruktur dan aplikasi (penukaran dan penggunaan akhir). Pada tahun 2020, TNO telah melaksanakan lebih daripada 50 projek yang berkaitan dengan tema ini. Pautan kepada pilihan projek ini boleh didapati di bawah (item 15).

Sejauh manakah perkembangan hidrogen hijau?
Kira-kira 230 projek elektrolisis mula beroperasi antara 2000 dan 2018 dengan jumlah kapasiti kira-kira 100 MW (sumber: IEA 2019, The Future of Hydrogen). Pada tahun 2020, kapasiti terpasang global ialah 200 MW dan kira-kira 2,400 MW menjelang akhir tahun 2023. Angka-angka ini menunjukkan bahawa kami baru bermula dan kami perlu membangunkan rantaian bekalan yang baharu sepenuhnya.
Kami memerlukan syarikat baharu, pembekal baharu dan pengeluar baharu untuk membangunkan bahan dan komponen bagi sistem elektrolisis generasi yang lebih besar dan akan datang. Ini adalah peluang keemasan untuk industri teknologi tinggi Belanda. Matlamat Kesatuan Eropah adalah untuk memasang 40 GW kapasiti elektrolisis di Kesatuan menjelang 2030 dan 40 GW lagi di Afrika Utara. Mencapai matlamat ini memerlukan kami untuk mempercepatkan rentak kedua-dua inovasi teknologi dan projek sebenar.

Apakah cabaran teknikal terbesar yang ditimbulkan oleh elektrolisis?
Dari segi elektrolisis air, kini terdapat empat teknologi yang tersedia (AEM, SOE, PEM dan Alkali), masing-masing dengan kelebihan, kelemahan dan tahap kematangannya yang khusus. Sila lihat video kami tentang penghasilan hidrogen menggunakan elektrolisis(dibuka dalam tetingkap atau tab baharu) (merujuk kepada tapak web lain). Untuk keempat-empat teknologi, tiga cabaran penyelidikan utama ialah:
untuk mengurangkan perbelanjaan modal yang berkaitan dengan sistem
untuk meningkatkan kecekapan sistem
untuk mengatasi halangan kepada pengeluaran berskala besar supaya kapasiti pengeluaran elektrolisis tahunan di seluruh dunia sebanyak 30 GW boleh dicapai menjelang 2030.

Produk dijual di semua wilayah China dan dieksport ke negara-negara di seluruh dunia. Mereka telah dijual di lebih daripada 20 negara dan wilayah termasuk Amerika Syarikat, Jerman, Maghribi, Kenya, Arab Saudi, Vietnam, Algeria, India, Tanzania dan Taiwan. Berjaya menyediakan perusahaan terkenal seperti China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group dan perusahaan terkenal lain. Terdapat banyak stesen penghidrogenan hidrogen hidrogen hijau seperti Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, dll. menyediakan projek pembuatan hijau dan hidrogen.