Παραγωγή πράσινου υδρογόνου στην Κρήτη – Είναι εφικτή;

Οι πρόσφατες καταστροφικές πυρκαγιές στην Ελλάδα, αλλά και τα συχνά ακραία καιρικά φαινόμενα σε πολλές πλούσιες και αναπτυσσόμενες χώρες του πλανήτη, μάς υπενθυμίζουν πως η κλιματική αλλαγή με τις οδυνηρές επιπτώσεις της είναι εδώ και ότι για να αποφύγουμε τις καταστροφές θα πρέπει να αλλάξουμε πορεία.

Στο πλαίσιο αυτό η Ευρωπαϊκή Ένωση αποφάσισε να μηδενίσει μέχρι το 2050 τις εκπομπές των αερίων που συμβάλλουν στην κλιματική κρίση.  Αυτό σημαίνει ότι μεταξύ άλλων θα πρέπει να ελαχιστοποιηθεί η χρήση των ορυκτών ρυπογόνων καυσίμων και να υποκατασταθούν με Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ή άλλες μη ανθρακούχες ενεργειακές πηγές.

Στη τριακονταετή πορεία ενεργειακής μετάβασης της Ε.Ε. (2021-2050) σε μια οικονομία χαμηλών-μηδενικών εκπομπών άνθρακα, ένα καύσιμο που θα μπορούσε να έχει, μαζί με την πράσινη ηλεκτρική ενέργεια, σημαντικό ρόλο είναι το υδρογόνο (Η2). Το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο στοιχείο του σύμπαντος. Εκτιμάται ότι αποτελεί το 75% της μάζας του και το 90% των μορίων του. Ενώ υπάρχει παντού στη φύση (π.χ. στο νερό), σπανίως συναντάται ελεύθερο. Σχεδόν πάντα είναι ενωμένο με άλλα στοιχεία σε διάφορες χημικές ενώσεις. Συνεπώς, θα πρέπει να παραχθεί από τις χημικές ενώσεις στις οποίες βρίσκεται.

Η παραγωγή του υδρογόνου απαιτεί τη δαπάνη ενέργειας και έχει κάποιο κόστος. Η παγκόσμια παραγωγή του εκτιμάται σε 75 εκατ. τόνους ετησίως. Ενώ η μισή περίπου ποσότητα του παράγεται από το φυσικό αέριο και από τον άνθρακα, το πετρέλαιο και τη βιομάζα.

Μία γνωστή από παλιά μέθοδος παραγωγής του είναι με την ηλεκτρόλυση του νερού: Με τη βοήθεια της ηλεκτρικής ενέργειας διασπάται το μόριο του νερού στα στοιχεία που το αποτελούν, δηλαδή στο υδρογόνο και το οξυγόνο. Η  συγκεκριμένη τεχνολογία όμως χρησιμοποιείται ελάχιστα σήμερα, καθώς το κόστος παραγωγής του είναι μεγαλύτερο από το αντίστοιχο κόστος παραγωγής του υδρογόνου από το φυσικό αέριο.

Αξίζει να σημειωθεί ότι για να παραχθεί υδρογόνο από ορυκτά καύσιμα -φυσικό αέριο,  πετρέλαιο και άνθρακα– εκλύονται ανθρακούχα αέρια στην ατμόσφαιρα. Αντίθετα, η παραγωγή του με ηλεκτρόλυση του νερού, αν και πιο δαπανηρή, έχει ως αποτέλεσμα την ταυτόχρονη παραγωγή μόνο οξυγόνου. Εφόσον κατά την παραγωγή υδρογόνου με την ηλεκτρόλυση του νερού χρησιμοποιηθεί ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές τότε το υδρογόνο θεωρείται “πράσινο υδρογόνο” δεδομένου ότι δεν εκλύονται ανθρακούχα αέρια στην ατμόσφαιρα.

Είναι προφανές ότι σήμερα η παραγωγή “πράσινου υδρογόνου” με αποδεκτό κόστος είναι πολύ επιθυμητή. Το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας με τρείς τεχνολογίες, οι οποίες είναι παρόμοιες με τις τεχνολογίες ενεργειακής αξιοποίησης του φυσικού αερίου: α) Με την καύση του για την παραγωγή θερμότητας.  β) Με την καύση του  και τη λειτουργία στροβίλων για την παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. γ) Με κυψέλες καυσίμου για παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας.

Το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές χρήσεις: Ως καύσιμο στις μεταφορές, σε πλοία, αεροπλάνα, τρένα  και οχήματα, καθώς και σε μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, στην παραγωγή θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών στη βιομηχανία, αλλά και σε κτίρια. Τέλος, μπορεί να αποτελέσει την πρώτη ύλη για να παραχθούν διάφορα χημικά προϊόντα, όπως προϊόντα διυλιστηρίων, πλαστικά, λιπάσματα κ.ά.

Το υδρογόνο ως αέριο μπορεί να μεταφερθεί και να αποθηκευτεί σαν το φυσικό αέριο. Αντίθετα, η αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας είναι πιο δύσκολη και δαπανηρή.

Η Ευρωπαϊκή Ένωση, αναγνωρίζοντας τη σημασία του υδρογόνου στην πορεία της ενεργειακής μετάβασής της στην κλιματική ουδετερότητα μέχρι το 2050, παρουσίασε τον Ιούλιο του 2020 έναν οδικό χάρτη για την ανάπτυξη και προώθηση του “πράσινου υδρογόνου.

Ο Χάρτης σε πρώτη φάση και για την περίοδο 2020-2024 ορίζει τη δημιουργία εγκαταστάσεων ηλεκτρόλυσης νερού για την παραγωγή υδρογόνου ισχύος 6 γιγαβάτ (GW) και ετήσια παραγωγή υδρογόνου 1 εκατ. τόνους.

Κατά τη δεύτερη φάση και για την περίοδο 2024-2030 περιλαμβάνει τη δημιουργία εγκαταστάσεων ηλεκτρόλυσης νερού για την παραγωγή υδρογόνου ισχύος 40 γιγαβάτ (GW) και ετήσια παραγωγή υδρογόνου 10 εκατ. τόνους, και

Τελος, μετά το 2030 η τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου θα είναι πλέον ώριμη και το υδρογόνο σταδιακά θα χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε όλους τους τομείς παραγωγής θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και στις μεταφορές.

Οι μεγαλύτερες εταιρείες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας διεθνώς ( στον τομέα των υπεράκτιων αιολικών πάρκων) εκτιμούν ότι η παραγωγή “πράσινου υδρογόνου”, με ελκυστικό κόστος σε τοποθεσίες με πλούσιο αιολικό δυναμικό, θα είναι εφικτή με παράκτιες ανεμογεννήτριες γύρω στο 2030 ενώ με υπεράκτιες-θαλάσσιες ανεμογεννήτριες γύρω στο 2035.

Η παραγωγή υδρογόνου με υπεράκτια αιολικά πάρκα προϋποθέτει την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού, πριν από την ηλεκτρόλυση, με τη χρήση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο. Η μονάδα αφαλάτωσης εγκαθίσταται στον χώρο της θαλάσσιας ανεμογεννήτριας, ενώ στην περίπτωση αυτή το κόστος παραγωγής υδρογόνου είναι αυξημένο.

Ταυτόχρονα η Ε.Ε. δημιούργησε την “Ευρωπαϊκή συμμαχία για το καθαρό υδρογόνο” η οποία αποτελεί συνεργασία του δημόσιου τομέα, των επιχειρήσεων και της κοινωνίας των πολιτών και στοχεύει στην υλοποίηση σημαντικών έργων για την προώθηση του υδρογόνου.

Σύμφωνα με τα προαναφερθέντα η παραγωγή πράσινου υδρογόνου καθιστά αναγκαία την παραγωγή “πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας” χωρίς εκπομπές ανθρακούχων αερίων στην ατμόσφαιρα.  Για τον σκοπό αυτό μπορούν να χρησιμοποιηθούν η ηλιακή, η αιολική, η υδροδυναμική ενέργεια ή και τα πυρηνικά εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής. Οι τεχνολογίες αυτές παράγουν σήμερα πράσινη ηλεκτρική ενέργεια με χαμηλό κόστος το οποίο μπορεί στο μέλλον να μειωθεί περαιτέρω.

Ταυτόχρονα, προϋποθέτει τη χρήση της “πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας” για ηλεκτρόλυση του νερού και την παραγωγή υδρογόνου. Το κόστος του παραγόμενου υδρογόνου θα πρέπει να είναι χαμηλό  κάτι που καθιστά αναγκαία τη βελτίωση της σημερινής τεχνολογίας ηλεκτρόλυσης του νερού.

Για την παραγωγή “πράσινου υδρογόνου” απαιτείται κατ’ αρχάς η διαθεσιμότητα των ενεργειακών πηγών για να παραχθεί “πράσινη ηλεκτρική ενέργεια”, π.χ. ηλιακή, αιολική κ.ά. Επίσης πρέπει να υπάρχει νερό κατά προτίμηση χωρίς άλατα για την ηλεκτρόλυση του. Τέλος χρειάζονται χώροι για την εγκατάσταση των συστημάτων παραγωγής “πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας” π.χ. φωτοβολταϊκών συστημάτων, ανεμογεννητριών κ.α.

Οι δυνατότητες μελλοντικής παραγωγής πράσινου υδρογόνου στη Κρήτη εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες:

Πρώτον, από τη διαθεσιμότητα των ανανεώσιμων ενεργειακών πόρων. Όπως είναι γνωστό στο νησί υπάρχει αφθονία ηλιακής και αιολικής ενέργειας. Σήμερα παράγονται αρκετές ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ η διασύνδεσή του με την ηπειρωτική Ελλάδα αναμένεται να πολλαπλασιάσει τους υπάρχοντες σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής από ηλιακή και αιολική ενέργεια.

Δεύτερον, από την επάρκεια  νερού. Οι υδάτινοι πόροι στην Κρήτη επαρκούν για την κάλυψη των σημερινών αναγκών, εφόσον γίνεται σωστή διαχείριση του. Υπάρχει βέβαια και αφθονία θαλάσσιου νερού.

Τρίτον, από την ύπαρξη χώρων για την εγκατάσταση των συστημάτων ηλιακής και αιολικής ενέργειας για να παραχθεί πράσινη ηλεκτρική ενέργειας που θα χρησιμοποιηθεί στην ηλεκτρόλυση του νερού. Χώροι για την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών πάρκων υπάρχουν. Για την εγκατάσταση όμως αιολικών πάρκων σε σημεία με πλούσιο αιολικό δυναμικό δεν είναι εύκολο να βρεθούν, δεδομένης της αντίθεσης των τοπικών κοινωνιών.

Χρειάζεται να ληφθεί υπόψη ότι μετά την ηλεκτρική διασύνδεση της Κρήτης θα υπάρξει αυξημένο ενδιαφέρον για την παραγωγή ηλιακής και αιολικής ηλεκτρικής ενέργειας στο νησί. Βέβαια δεν θα πρέπει να αποκλεισθεί η εγκατάσταση υπεράκτιων αιολικών πάρκων για τη παραγωγή “πράσινου υδρογόνου” – αν και δεν υπάρχει μέχρι σήμερα αντίστοιχη εμπειρία στην Ελλάδα.

Συμπερασματικά θα λέγαμε ότι υπό ορισμένες προϋποθέσεις, “πράσινο υδρογόνο” θα μπορούσε να παραχθεί στην Κρήτη,  στη δεκαετία του 2030, είτε με τη χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων ή υπεράκτιων αιολικών πάρκων.

Ο Γιάννης Βουρδουμπάς είναι Χημικός Μηχανικός ΕΜΠ, M.Sc., Ph.D.
Διετέλεσε καθηγητής στο Τμήμα Φυσικών Πόρων και Περιβάλλοντος του Ελληνικού Μεσογειακού Πανεπιστημίου