Γιατί «θολώνει» το αφήγημα για το υδρογόνο – Σε συμπληγάδες οι φιλόδοξοι στόχοι

Δεν έχει περάσει πολύ καιρός από τότε που το υδρογόνο έμοιαζε με το επόμενο «big thing» ενεργειακή αγοράς, προσφέροντας έναν τρόπο απαλλαγής από τον άνθρακα για πολλούς τομείς της οικονομίας και ίσως ακόμη και για τη θέρμανση των σπιτιών.

Και τα σενάρια για υδρογόνο με χαμηλές εκπομπές άνθρακα είδαν τη ζήτηση να αυξάνεται από σχεδόν καθόλου σε 800 εκατομμύρια τόνους ετησίως (Mtpa) έως το 2050, ή περίπου στο 20%  του παγκόσμιου καθαρού μηδενικού ενεργειακού μείγματος. Η συντριπτική πλειονότητα από αυτό αναμενόταν να είναι «πράσινο», που παράγεται από τη διάσπαση των μορίων του νερού με χρήση ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας, με ένα υπολειπόμενο μερίδιο για το «μπλε», που δημιουργείται με την απομάκρυνση και τη δέσμευση του άνθρακα στο φυσικό αέριο.

Σύμφωνα με το σενάριο net zero του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας για το 2021, προκειμένου να επιτευχθεί το ορόσημο το 2050, ο κόσμος θα χρειαζόταν ίσως 70 Mtpa πράσινης χωρητικότητας υδρογόνου μέχρι το 2030. Η Ευρώπη από μόνη της έθεσε στόχο 20 Mtpa.

Ωστόσο, όπως επισημαίνουν οι Financial Times σε ανάλυσή τους, οι βραχυπρόθεσμοι αυτοί φιλόδοξοι στόχοι αποδείχθηκαν μπούμερανγκ για το οικοσύστημα του υδρογόνου. Οι εταιρείες έσπευσαν να ανακοινώσουν έργα, οι κατασκευαστές εξοπλισμού δεσμεύτηκαν να κλιμακώσουν και να μειώσουν τις τιμές και οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής υποσχέθηκαν τεράστιες επιδοτήσεις.

Η σημερινή εικόνα

Σύμφωνα με το δημοσίευμα το κόστος για την πρώτη παρτίδα έργων υδρογόνου έχει αναθεωρηθεί, σε ορισμένες περιπτώσεις άλιστα έχει σχεδόν διπλασιαστεί. Οι επιδοτήσεις δεν έχουν ακόμη αποδώσει κάτι παρόμοιο με την απαιτούμενη ώθηση. Πράγματι, ο Michael Liebreich της Liebreich Associates υπολογίζει ότι ίσως 200 δισεκατομμύρια δολάρια επιδοτήσεων μπορεί να εκταμιευθούν εγκαίρως για την παραγωγή υδρογόνου έως το 2030, σε σύγκριση με τα 2-4 τρισ. δολάρια  που θα απαιτούνταν για την επίτευξη των στόχων που προτείνονται από τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής που έχουν κατοχυρώσει το υδρογόνο στην καρδιά των σχεδίων τους για καθαρό μηδέν. Η άνοδος του υδρογόνου είναι πολύ πιο αργή από ό,τι αναμενόταν και οι στόχοι του 2030 φαίνονται πλέον θλιβερά ανέφικτοι. 

Το πρόβλημα δεν είναι μόνο ότι η κλιμάκωση του υδρογόνου είναι πιο δύσκολη από ό,τι αναμενόταν. Υπάρχει επίσης αυξανόμενη αβεβαιότητα σχετικά με το πόσο χρήσιμο θα αποδειχθεί πραγματικά.

Οι τεχνολογίες που βασίζονται στην ηλεκτρική ενέργεια, όπως οι ηλεκτροθερμικές μπαταρίες και οι αντλίες θερμότητας, έχουν προχωρήσει, καθιστώντας βιώσιμες επιλογές σε τομείς όπου το υδρογόνο αναμενόταν να διαδραματίσει ηγετικό ρόλο. Εάν αυτά εκπληρώσουν την υπόσχεσή τους, οι FT υπολογίζουν ότι ο ρόλος του υδρογόνου σε ένα καθαρό μηδέν το 2050 μπορεί να είναι πιο κοντά στους 350 Mtpa, λιγότερο από το μισό από τις πιο ανοδικές εκτιμήσεις. 

Σε κάποιο βαθμό, τέτοιες διακυμάνσεις στο συναίσθημα είναι χαρακτηριστικές των νέων τεχνολογιών, οι οποίες περνούν από έναν κύκλο ενθουσιασμού και απογοήτευσης πριν διαμορφωθούν. Το υδρογόνο σημειώνει ακόμη πρόοδο προκειμένου να παίξει ρόλο σε ένα καθαρό μηδενικό ενεργειακό μείγμα. Αλλά το αρχικό όραμα ενός υπερκαυσίμου, που θα μπορούσε να απελευθερώσει μεγάλα κομμάτια της οικονομίας με ελάχιστες διαταραχές στα μέσα διαβίωσης ή στις ανέσεις των καταναλωτών, έχει συρρικνωθεί δραματικά.

Η ταχύτητα του υδρογόνου 

Το πρώτο πρόβλημα που αντιμετωπίζει το πράσινο υδρογόνο είναι ότι —μέχρι στιγμής— υπάρχει πολύ λίγο από αυτό γύρω. 

Το υδρογόνο που χρησιμοποιείται σήμερα είναι συντριπτικά της λεγόμενης «γκρίζας» ποικιλίας, που εξάγεται από το φυσικό αέριο (CH4) ενώ ο άνθρακας εκπέμπεται. Περίπου 100 Mtpa καταναλώνονται ετησίως, σε διυλιστήρια και εργοστάσια λιπασμάτων.

Τα μόνα έργα πράσινου υδρογόνου σε λειτουργία είναι οι μονάδες επίδειξης ή πιλοτικές μονάδες. Η συνολική ετήσια παραγωγή είναι μικρότερη από 0,1 Mtpa μαζί, περίπου το ένα πέμπτο από αυτό που είχαν υπολογίσει οι κατασκευαστές να επιτύχουν μέχρι το 2022. 

Όσοι ενδιαφέρονται για το μέλλον του καυσίμου καταβάλλουν γενναία προσπάθεια να διατηρήσουν τη δυναμική τους. 

Ωστόσο, οι επενδυτές δεν επιδεικνύουν το ίδιο ενδιαφέρον. Πολύ λίγα έργα έχουν καταφέρει να ξεφύγουν από το σχέδιο και σε πιο προχωρημένα στάδια ανάπτυξης.

Οι τελικές επενδυτικές αποφάσεις (FID) - το κρίσιμο βήμα μετά από το οποίο το capex αρχίζει να ρέει σοβαρά - ελήφθησαν σε 3 Mtpa παραγωγικής ικανότητας. Αυτό κάνει την ιδέα ότι μπορεί να έχουμε χωρητικότητα 70 Mtpa μέχρι το 2030 να φαίνεται παράξενη. Πράγματι, μια πρόσφατη έκθεση από την εταιρεία συμβούλων BNEF εκτιμά ότι ο επιτεύξιμος αριθμός μπορεί να είναι πιο κοντά στους 16 Mtpa.

«Οι προσδοκίες ήταν πολύ υψηλές και απέτυχαν να λάβουν υπόψη τους περιορισμούς του πραγματικού κόσμου», λέει ο David Hart της παγκόσμιας συμβουλευτικής εταιρείας βιωσιμότητας ERM. «Χρειάζονται αρκετά χρόνια για να γίνουν σωστά οι τεχνολογίες σε κλίμακα και αυτός ο χρόνος δεν μπορεί να συμπιεστεί». 

Ανακοπή του πρώτου κύματος

Επιπλέον, το πρώτο κύμα έργων ανακόπηκε λόγω υψηλότερου κόστους. Σήμερα, μια μονάδα ηλεκτρόλυσης θα επιστρέψει ίσως 2.000 $ ανά kW χωρητικότητας, σύμφωνα με τον Markus Wilthaner στη McKinsey, με μεγάλες διαφορές μεταξύ των έργων, ανάλογα με τον τρόπο διαμόρφωσης τους. Αυτό είναι έως και 65%  περισσότερο από ό,τι περίμεναν να πληρώσουν οι κατασκευαστές μέχρι αυτή τη στιγμή, σύμφωνα με το Συμβούλιο Υδρογόνου.

Το πρόβλημα ξεπερνά την ίδια τη συσκευή ηλεκτρόλυσης, σε όλα όσα χρειάζεται κάποιος για να θέσει σε λειτουργία μια συσκευή ηλεκτρόλυσης. Σύμφωνα με τον Jérémie Bertrand της P3 Energy Solutions, η αύξηση του κόστους υλικών και εργασίας σημαίνει ότι οι σωλήνες, τα καλώδια, οι ψύκτες, οι αντλίες, οι εγκαταστάσεις καθαρισμού νερού και οποιαδήποτε οικοδομική εργασία διπλασιάζουν περίπου το κόστος της συσκευής ηλεκτρόλυσης που παραδίδεται από τον κατασκευαστή.

Προσθέστε υψηλότερο κόστος χρηματοδότησης, και τα έργα έχουν δει τις επενδυτικές τους απαιτήσεις να αυξάνονται. Το Ενεργειακό Πάρκο Bad Lauchstädt των 30 MW στη Γερμανία, για παράδειγμα, θα απαιτήσει επένδυση 210 εκατ. ευρώ, 50%  υψηλότερη από ό,τι είχε αρχικά προβλεφθεί.  

Σε πολλές περιοχές του κόσμου, η πράσινη ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την τροφοδοσία των ηλεκτρολυτών είναι επίσης πιο ακριβή από ό,τι αναμενόταν. Προσθέστε όλα αυτά μαζί και η βραχυπρόθεσμη παραγωγή πράσινου υδρογόνου προβλέπεται να κοστίσει 4,50 έως 6,50 δολάρια ανά κιλό. Οι πιο αισιόδοξες εκτιμήσεις είχαν προβλέψει ότι το κόστος θα μειωνόταν περίπου στα 3 $/kg στην ίδια χρονική κλίμακα.

Και ο λογαριασμός δεν σταματά εδώ. Λαμβάνοντας υπόψη ότι 1 κιλό υδρογόνου περιέχει 33,3 kWh, στην κορυφή της σειράς μεταφράζεται σε 216 $/MWh, (200 €/MWh). Και αυτό είναι μόνο για την παραγωγή του υλικού. Εάν το έργο απαιτεί μεταφορά και αποθήκευση, το κόστος μπορεί γρήγορα να αυξηθεί περαιτέρω.

Συγκριτικά, το φυσικό αέριο κοστίζει $8/MWh στις ΗΠΑ και περίπου €30/MWh στην Ευρώπη. Το γκρι υδρογόνο κοστίζει ίσως 80 €/MWh, συμπεριλαμβανομένης της τιμής του άνθρακα για τις εκπομπές του.

Η «πράσινη προοδότηση»

Το συμπέρασμα είναι ότι η «πράσινη πριμοδότηση» του υδρογόνου - το πρόσθετο κόστος για τους υπάρχοντες καταναλωτές υδρογόνου, όπως τα διυλιστήρια και οι παραγωγοί λιπασμάτων για να γίνει πράσινο - είναι 120 ευρώ/MWh. 

Σχεδόν κανείς δεν μπορεί να αντέξει οικονομικά να αγοράσει υδρογόνο σε αυτές τις τιμές. Οι συμφωνίες αγοράς εταιρειών καλύπτουν μόνο 2 Mtpa υδρογόνου, πιστεύει η Boston Consulting Group. 

Οι νομοθέτες στις ΗΠΑ, για παράδειγμα, εξακολουθούν να συζητούν τα κριτήρια που θα επέτρεπαν στα έργα πράσινου υδρογόνου να διεκδικήσουν επιδότηση 3 $/κιλό — η καθοδήγηση που εκδόθηκε στα τέλη του 2023 υποδηλώνει ότι αυτά μπορεί να είναι σχετικά αυστηρά. 

Καθυστέρηση ή εκτροχιασμός; 

Θεωρητικά, η καθυστέρηση του υδρογόνου δεν θα πρέπει απαραίτητα να μειώνει το μακροπρόθεσμο μέλλον του καυσίμου ως σημαντικό στοιχείο της ενεργειακής μετάβασης.

Σε τελική ανάλυση, η χρήση πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας για την παραγωγή υδρογόνου και στη συνέχεια η καύση του είναι μια εξαιρετικά αναποτελεσματική χρήση των αρχικών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Σκοπός ήταν μόνο να απελευθερώσει τους τομείς της οικονομίας από τον άνθρακα, τους οποίους η ηλεκτρική ενέργεια δεν μπορούσε να απελευθερώσει άμεσα είτε λόγω τεχνικών περιορισμών είτε λόγω κόστους.

Άλλες προτεινόμενες περιπτώσεις χρήσης υδρογόνου φαίνονται από καιρό αδύναμες. Το υδρογόνο δεν είναι ένας ενεργειακά αποδοτικός τρόπος για την τροφοδοσία των αυτοκινήτων και οι αντλίες θερμότητας προσφέρουν μια πολύ πιο αποτελεσματική εναλλακτική λύση για οικιακή θέρμανση. Στο Ηνωμένο Βασίλειο, μια προτεινόμενη δοκιμή για τη χρήση υδρογόνου για χειμερινή θέρμανση τέθηκε πρόσφατα στο ράφι. Δεδομένου του ανταγωνιστικού μειονεκτήματος του υδρογόνου σε αυτά τα τμήματα, τα περισσότερα σενάρια τα είχαν ήδη αποκλείσει από τις μακροπρόθεσμες προβλέψεις. 

Το πρόβλημα είναι ότι ακόμη και αυτός ο πιο περιορισμένος αγωνιστικός χώρος φαίνεται να συρρικνώνεται. Οι πρόοδοι στις τεχνολογίες που βασίζονται στην ηλεκτρική ενέργεια έχουν απειλήσει τον πιθανό ρόλο του υδρογόνου στη βιομηχανική θερμότητα. Η μεταφορά υδρογόνου φαίνεται επίσης πιο δύσκολη, δεδομένης της βελτίωσης της τεχνολογίας μπαταριών και της δυσκολίας παροχής υποδομής ανεφοδιασμού με υδρογόνο.

Οι προκλήσεις της βιομηχανίας

Οι βιομηχανικές διεργασίες χρειάζονται πολλή θερμότητα — από τις σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες που απαιτούνται για την παραγωγή τροφίμων, συσκευασιών και κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων έως τις πολύ υψηλότερες που απαιτούνται στα χημικά, το τσιμέντο και τις μονάδες σιδήρου και χάλυβα. Πράγματι, η βιομηχανική θερμότητα αντιπροσωπεύει το 25% της τελικής χρήσης ενέργειας παγκοσμίως. 

Η ηλεκτρική ενέργεια αναμένεται να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην απαλλαγή από τις εκπομπές άνθρακα αυτού του τομέα. Οι βιομηχανικές αντλίες θερμότητας, ειδικότερα, θεωρήθηκαν βιώσιμοι υποψήφιοι για την παροχή θερμοκρασιών έως και 150C. Ωστόσο, αυτό αντιπροσωπεύει μόνο το 30%  της ενέργειας που χρησιμοποιείται στον τομέα, σύμφωνα με το Συμβούλιο Αποθήκευσης Μεγάλης Διάρκειας.

Οι μπαταρίες θερμότητας δεν είναι μόνο πολύ πιο αποτελεσματικές από την καύση υδρογόνου. Θα μπορούν επίσης να έχουν πρόσβαση σε φθηνότερη πράσινη ηλεκτρική ενέργεια

Για το υπόλοιπο 70%  της ενέργειας που χρησιμοποιείται σήμερα για την παροχή υψηλότερων θερμοκρασιών, οι βιώσιμες τεχνολογίες που βασίζονται στην ηλεκτρική ενέργεια ήταν λίγες. Αυτό εξηγεί γιατί το υδρογόνο προβλήθηκε ως πιθανή λύση. 

Πρόσφατα, ωστόσο, ο ρόλος του υδρογόνου απειλείται από την ανάπτυξη ηλεκτροθερμικών μπαταριών που χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια για τη θέρμανση τούβλων και πετρωμάτων, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την παροχή βιομηχανικής θερμότητας υψηλής θερμοκρασίας. Τέτοιες τεχνολογίες μπορούν επί του παρόντος να παραδώσουν 400 C-600C και μια έκθεση από την ενεργειακή συμβουλευτική Systemiq υποδηλώνει ότι μπορεί να φτάσουν έως και 1.500 βαθμούς.  Αυτό θα άλλαζε το παιχνίδι για τη βιομηχανία. Οι μπαταρίες θερμότητας δεν είναι μόνο πολύ πιο αποτελεσματικές από την καύση υδρογόνου. Θα μπορούν επίσης να έχουν πρόσβαση σε φθηνότερη πράσινη ηλεκτρική ενέργεια, επειδή μπορούν να χρεώνονται όταν οι ανανεώσιμες πηγές είναι άφθονες και το κόστος είναι χαμηλότερο.

Ένας κινούμενος στόχος

Ο ρόλος του υδρογόνου στις βαριές μεταφορές απειλείται επίσης. Η χρήση του πράσινου καυσίμου στις μεταφορές βασίζεται στο γεγονός ότι, σε σύγκριση με τις μπαταρίες, συσκευάζει πολλή ενέργεια σε ένα δεδομένο βάρος. Αυτό το καθιστά μια δυνητικά βιώσιμη λύση για οχήματα που πρέπει να μεταφέρουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας, όπως αεροπλάνα, πλοία και μεγάλα φορτηγά. Οι μπαταρίες είναι ήδη η προτιμώμενη επιλογή για μικρότερα φορτηγά που πραγματοποιούν μικρότερες διαδρομές. 

Μια πρόκληση, για το υδρογόνο, είναι ότι καθώς βελτιώνονται οι μπαταρίες, τα ηλεκτρικά φορτηγά θα αυξάνουν το ωφέλιμο φορτίο και την αυτονομία τους. Τα νεότερα φορτηγά των Daimler, Volvo και Tesla αναμένεται να έχουν αυτονομία 500-800 χλμ.  

Ένα άλλο ζήτημα, για το υδρογόνο, είναι ότι για τα φορτηγά με καύσιμα πρέπει να διανέμεται ευρέως, τουλάχιστον κατά μήκος των μεγάλων διαδρομών. 

Η νέα οικονομία υδρογόνου 

Καθώς ορισμένες από τις προηγούμενες υποσχέσεις του υδρογόνου εξασθενούν, είναι εύκολο να γίνουμε πολύ απαισιόδοξοι για τις προοπτικές του, αναφέρουν οι FT στην ανάλυσή τους.

Η ηλεκτροδότηση έχει τα δικά της σημεία συμφόρησης, ειδικότερα στην περίπτωση των υπερσυμφορημένων δικτύων που αγωνίζονται να συμβαδίσουν με την ενεργειακή μετάβαση. Και, παρά τις προόδους στην τεχνολογία των μπαταριών, εξακολουθούν να υπάρχουν αρκετοί τομείς στους οποίους το υδρογόνο παραμένει η πιο βιώσιμη επιλογή απαλλαγής από τον άνθρακα.

Αυτό περιλαμβάνει βιομηχανίες που χρησιμοποιούν σήμερα γκρίζο υδρογόνο για την παραγωγή αμμωνίας, λιπασμάτων και παρόμοιων — που μπορεί να αντιπροσωπεύουν περίπου 60-85 Mtpa ζήτησης πράσινου υδρογόνου έως το 2050. Άλλα 120 Mtpa υδρογόνου μπορεί να καταναλωθούν σε βιομηχανίες που το απαιτούν ως πρώτη ύλη, μάλλον παρά να παρέχει απλώς θερμότητα, όπως η χαλυβουργία. 

Αυτά τα στοιχεία είναι γενικές εκτιμήσεις και υπάρχουν μεγάλες αποκλίσεις μεταξύ των διαφορετικών σεναρίων. Ωστόσο, υποστηρίζουν ότι η ζήτηση υδρογόνου 350 Mtpa έως το 2050 μπορεί να είναι μια λογική υπόθεση. Επιπλέον, καθώς αυξάνεται ο ρόλος της ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές στο ενεργειακό σύστημα, η ανάγκη για μακροπρόθεσμη αποθήκευση — ίσως από καλοκαίρι έως χειμώνα — τείνει να αυξάνεται. Αυτό ανοίγει έναν μεγαλύτερο ρόλο για το υδρογόνο στη σταθεροποίηση του δικτύου.

Το θετικό σενάριο

Εν τω μεταξύ, ενώ είναι πιο αργή από ό,τι αναμενόταν, εξακολουθούν να υπάρχουν σημάδια προόδου. Το γιγάντιο έργο υδρογόνου Neom στη Σαουδική Αραβία σχεδιάζεται να ξεκινήσει το 2026. Στην Ευρώπη, όπου η Οδηγία για τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας δημιούργησε την υποχρέωση να αντικατασταθεί το 42%  του γκρίζου υδρογόνου με πράσινο έως το 2030, υπήρξαν μερικές τελικές επενδυτικές αποφάσεις που επικεντρώθηκαν στα διυλιστήρια και εργοστάσια χημικών. Αυτά περιλαμβάνουν το σύνθετο Lingen της BP στη Γερμανία και τον ηλεκτρολύτη 200 MW της Shell στο Ρότερνταμ.

Ένα άλλο πρώιμο θετικό σημάδι ήταν το αποτέλεσμα της πρώτης δημοπρασίας που διεξήγαγε η Ευρωπαϊκή Τράπεζα Υδρογόνου, η οποία δημιουργήθηκε για να παρέχει επιδοτήσεις στα φθηνότερα νέα έργα. Η διαδικασία επέλεξε επτά έργα από 132, με δυνατότητα παροχής 1,58 Mtpa. Τα έργα έλαβαν λιγότερο από 0,50 ευρώ επιδοτήσεων ανά κιλό παραγόμενου, υπογραμμίζοντας ότι σε ορισμένες, μικρές θέσεις, τουλάχιστον υπάρχουν δυνητικά βιώσιμες επιχειρηματικές περιπτώσεις σε λογικές τιμές. Πέντε από τα επτά νικητήρια έργα εντοπίστηκαν στην ηλιόλουστη Ιβηρική Χερσόνησο, γεγονός που υποδεικνύει επίσης τις τεράστιες διαφορές που θα υπάρχουν μεταξύ των ευρωπαϊκών τοποθεσιών όπου η καθαρή ενέργεια είναι πιο άφθονη, και εκείνων που θα πρέπει να εισάγουν το υδρογόνο που χρειάζονται. 

Σε ορισμένες από τις λιγότερο ηλιόλουστες τοποθεσίες της Ευρώπης, το κόστος εισαγωγής υδρογόνου μπορεί να κάνει ορισμένες χρήσεις μη ανταγωνιστικές. Επειδή ο χάλυβας, ή ακόμα και τα ενδιάμεσα προϊόντα, μεταφέρονται ευκολότερα από αυτό το καύσιμο που είναι δύσκολο να συμπιεστεί, με την πάροδο του χρόνου ορισμένες βιομηχανίες θα μπορούσαν να μετατοπίσουν τις εγκαταστάσεις παραγωγής σε περιοχές πλούσιες σε υδρογόνο, γεγονός που θα περιόριζε περαιτέρω την αγορά στην Ευρώπη.

Το υδρογόνο προήχθη κάποτε ως θαυματουργό καύσιμο για έναν κόσμο χωρίς άνθρακα. Ωστόσο, η επίτευξη ακόμη πιο μειωμένου επιπέδου φιλοδοξίας παραμένει αποθαρρυντική…