Απαιτείται ευελιξία και ικανότητα για την παραγωγή υδρογόνου - Κόστος ανάλογα με τη λειτουργία
Τα περισσότερα έργα του προαναφερόμενου αμέταλλου χημικού στοιχείου πρόκειται να ενισχύονται από αιολική ή και ηλιακή ενέργεια (πηγές ενέργειας που είναι εξαιρετικά μεταβλητές, εξαρτώμενες από τον καιρό και την ώρα της ημέρας).
Ως εκ τούτου, οι ηλεκτρολύτες πρέπει να είναι εξαιρετικά ευέλικτοι και ικανοί να παράγουν υδρογόνο όταν η εισροή ηλεκτρικής ενέργειας είναι υψηλή ή χαμηλή και να μπορούν να ανεβαίνουν ή να κατεβαίνουν ανάλογα.
Όσο περισσότερες ώρες λειτουργεί ένας ηλεκτρολύτης, τόσο χαμηλότερο είναι το ισοπεδωμένο κόστος του πράσινου H2 (δηλαδή κατά τη διάρκεια ζωής ενός έργου).
Το πρόβλημα συμβατότητας του πράσινου Η2 με τις ΑΠΕ
Ωστόσο, σύμφωνα με ένα νέο σημείωμα αναλυτών από τον ερευνητικό οίκο BloombergNEF (BNEF), τα συστήματα ηλεκτρόλυσης τα οποία χρησιμοποιούν ηλεκτρισμό για να χωρίσουν τα μόρια του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο, δεν έχουν ακόμη αποδείξει ότι μπορούν να λειτουργήσουν αποτελεσματικά με μεταβλητή ανανεώσιμη ενέργεια.
Για να είναι προσιτό το πράσινο υδρογόνο, «τα συστήματα ηλεκτρόλυσης πρέπει να είναι συμβατά με διαλείπουσες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και την στοχαστικότητα, ένα χαρακτηριστικό που η τεχνολογία αιώνων δεν έχει ακόμη επιδείξει πλήρως», γράφει η Xiaoting Wang (αναλύτρια υδρογόνου του BNEF στο Σαν Φρανσίσκο), σε ένα σημείωμα προς τους συνδρομητές με τίτλο «Το φτηνό πράσινο υδρογόνο απαιτεί πολύ πιο ευέλικτους ηλεκτρολύτες».
Συγκεκριμένα υποστηρίζει τα ακόλουθα:
«Ιστορικά, οι ηλεκτρολύτες σχεδιάστηκαν για να λειτουργούν με σταθερή ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο.
Κατά τη μετάβαση στην πράσινη παραγωγή υδρογόνου, η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, είτε ουσιαστικά σε σύστημα συνδεδεμένο στο δίκτυο είτε φυσικά σε σύστημα εκτός δικτύου.
Ακόμη και για λύσεις που συνδέονται με το δίκτυο, κανονισμοί όπως αυτοί στην ΕΕ και τις ΗΠΑ ενδέχεται να επιβάλλουν τη χρονική αντιστοίχιση μεταξύ παραγωγής και κατανάλωσης ενέργειας.
Επομένως, τα συστήματα ηλεκτρόλυσης πρέπει να έχουν σημαντική ευελιξία. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να ξεκινήσουν γρήγορα, να ανεβοκατεβαίνουν γρήγορα και να λειτουργούν σε ένα ευρύ φάσμα εργασίας για να αξιοποιήσουν στο έπακρο την κυμαινόμενη ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές για την παραγωγή υδρογόνου. Αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό για το οποίο τα πρωτόκολλα δοκιμών δεν έχουν ακόμη εμφανιστεί», εξηγεί.
Το εύρος λειτουργίας ενός ηλεκτρολύτη είναι θεμελιώδους σημασίας για τους κατασκευαστές πράσινου υδρογόνου. Ουσιαστικά, το εύρος εργασίας σημαίνει την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται για την ασφαλή παραγωγή του συστήματος H2, μετρούμενη ως ποσοστό της χωρητικότητας της πινακίδας ενός ηλεκτρολύτη.
Λειτουργία ηλεκτρολύτη με ασφάλεια
Υποθέτοντας ότι η απόδοση της ηλεκτρόλυσης δε μεταβάλλεται καθώς αλλάζει η ισχύς εισόδου, εάν ένας ηλεκτρολύτης 10 MW μπορεί να παράγει υδρογόνο με ασφάλεια (μόνο όταν η ηλεκτρική ενέργεια εισόδου είναι ίση ή μεγαλύτερη από 1 MW). Σε αυτή την περίπτωση, θα έχει ελάχιστο φορτίο εργασίας 10% και επομένως εύρος λειτουργίας 10-100 %.
Εν ολίγοις, μπορεί να λειτουργήσει με ασφάλεια μόνο όταν παρέχεται με το 10-100% της χωρητικότητάς του στην πινακίδα.
«Αν και οι περισσότεροι κατασκευαστές υπόσχονται ελάχιστα φορτία εργασίας στο εύρος 10-30%, έργα πράσινου υδρογόνου που ανατέθηκαν υποδηλώνουν ότι τα πραγματικά προϊόντα θα μπορούσαν να έχουν χαμηλότερη απόδοση», γράφει η Wang.
Όπως επισημαίνει, δεν υπάρχουν πρωτόκολλα για τη δοκιμή ελάχιστων φορτίων εργασίας, πράγμα που σημαίνει ότι τα δηλωμένα εύρη εργασίας των κατασκευαστών δεν μπορούν να αποδειχθούν αντικειμενικά.
Η χρησιμότητα της μεμβράνης στην ανάμειξη υδρογόνου με οξυγόνο
Η Wang εξήγησε προηγουμένως στο Hydrogen Insight ότι σε μια στοίβα ηλεκτρολύτη, το οξυγόνο παράγεται στην άνοδο και το υδρογόνο στην κάθοδο, με μια μεμβράνη να βρίσκεται ανάμεσά τους για να αποτρέψει την ανάμειξη των δύο αερίων. Όταν το υδρογόνο και το οξυγόνο αναμειγνύονται, μπορούν να σχηματίσουν ένα εκρηκτικό μείγμα.
Ωστόσο, επειδή τα μόρια υδρογόνου είναι τόσο μικρά, μερικά μπορούν ακόμα να διασχίσουν τη μεμβράνη, αλλά αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα εάν η συγκέντρωση του Η2 σε Ο2 είναι κάτω από 4% (αν και οι κατασκευαστές συνήθως σχεδιάζουν για πιο συντηρητικές τιμές, όπως 1,8%).
Ωστόσο, όταν η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που εισέρχεται στη συσκευή ηλεκτρόλυσης πέσει κάτω από ένα ορισμένο επίπεδο, η αναλογία υδρογόνου προς οξυγόνο αυξάνεται, πράγμα που σημαίνει ότι οι συγκεντρώσεις του Η2 στο O2 αυξάνονται σε επικίνδυνα επίπεδα και η συσκευή ηλεκτρόλυσης πρέπει να απενεργοποιηθεί για λόγους ασφαλείας.
Το κόστος βάσει ποσοστού ηλεκτρόλυσης
Όπως έχει αναφέρει προηγουμένως το Hydrogen Insight, όλοι οι ηλεκτρολυτές που παρέχονται στο μεγαλύτερο επιχειρησιακό έργο πράσινου H2 στον κόσμο (εγκαταστάσεις Kuqa 260 MW της Sinopec στη βορειοδυτική Κίνα) αποδείχθηκαν ότι είχαν πιο περιορισμένα εύρη εργασίας από ό,τι αναμενόταν από τους κατασκευαστές.
«Για ηλεκτρολύτες εκτός δικτύου με μικρότερο εύρος εργασίας, η ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια θα σπαταληθεί.
Ένας κατασκευαστής μπορεί να εισαγάγει μπαταρίες για να αποφύγει ή να μειώσει τη σπατάλη ενέργειας, αλλά σε κάθε σενάριο, η παραγωγή πράσινου υδρογόνου γίνεται πιο ακριβή», εξηγεί η Wang στο σημείωμα της ανάλυσή της.
Ένα σύστημα ηλεκτρόλυσης στην Καλιφόρνια που μπορεί να λειτουργήσει μόνο με εύρος εργασίας 60-100%, θα παρήγαγε ένα ισοπεδωμένο κόστος υδρογόνου που είναι 15% πιο ακριβό από ένα σύστημα ίδιου μεγέθους με 10 -100% εύρος εργασίας, με τις λύσεις ισχύος τους ξεχωριστά βελτιστοποιημένες.
Εάν το σύστημα 60-100% είχε σχεδιαστεί για να έχει την ίδια λύση ισχύος με την περίπτωση 10-100%, υποθέτοντας ότι ο σχεδιασμός βασίζεται σε υπεραισιόδοξες υποθέσεις, το ασφάλιστρο θα ήταν ακόμη μεγαλύτερο.
«Η αύξηση του κόστους θα ήταν πιο σημαντική για τοποθεσίες όπου οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας έχουν λιγότερο σταθερή παραγωγή ΑΠΕ από την Καλιφόρνια», προσθέτει ο Wang.
www.worldenergynews.gr
