Entuziastai žavisi projektais, kuriais siekiama stabdyti šiltnamio efektą sukeliančias emisijas ir panaudojant atsinaujinančius energijos šaltinius iš viso atsisakyti iškastinio kuro. Tačiau specialistai gana skeptiškai vertina atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimo technologijų beatodairišką diegimą dėl jų brangumo ir neprognozuojamo veikimo.

Tai svarbu ne tik centralizuotoms elektros ir šilumos tiekimo sistemoms, bet ir pavieniams individualiems ir naujai statomiems namams, ūkininkų sodyboms. O ką daryti su esama dujų tiekimo infrastruktūra ir eksploatuojamais katilais? Kaip vieną iš alternatyvų numatoma panaudoti žalią vandenilį ir adaptuoti eksploatuojamas tiekimo sistemas ir dujinius katilus. Kaip toks variantas dera su ES žaliuoju kursu? Atrodytų, tai perspektyvu, nes nereikia didelių kapitalinių įdėjimų ir galima realizuoti trumpais terminais, tačiau specialistai nėra dideli optimistai ir numato daugybę spręstinų techninių problemų. Jų teigimu, didelė tikimybė, kad ateityje turėsime tik elektrines šildymo sistemas. Tokia prognozė paremta tuo, kad saulės ir vėjo elektrinėse pagaminama didelė dalis elektros energijos. Ją lengva transportuoti ir paskirstyti, tiesiogiai ir netiesiogiai naudoti įvairiuose aukšto efektyvumo šildymo įrenginiuose. Taip pat, esant generuojamos galios pertekliui, elektros energija gali būti naudojama žaliam vandeniliui gaminti elektrolizės būdu iš vandens. Štai čia ir prasideda vandenilio panaudojimo problemos. Elektrolizės būdu gaunamo vandenilio gamybos efektyvumas žemas – nuostoliai sudaro 55 proc. Tai labai pabrangina produkto kainą ir daro jo naudojimą ekonomiškai nepatrauklų. Todėl vandenilio naudojimas šilumai gaminti net ir mažuose objektuose vargu ar bus priimtinas vartotojui ir taps šilumos siurblių alternatyva.

Atlikti moksliniai tyrimai ir įvairių institucijų analizės (Potsdam Institute for Climate Imact Research 2021; Energy Transitions Commission 2021; Fraunhofer IEE 2019-2020; IEA InternationlEnergy Agency 2021) nenumato vandenilio panaudojimo energetikoje šilumai gaminti didelės galios objektuose. Daugiausia jo panaudojimas bus nukreiptas į tas pramonės šakas, kuriose technologinių procesų dekarbonizacija kitais būdais nėra įmanoma (plieno ir aliuminio gamyba, transportas). Bet ir šiems projektams bus sunku visiškai patenkinti žalio vandenilio poreikį, net ir įvertinus galimą importą iš trečiųjų šalių.

Vandenilio panaudojimo galimybės

Teoriškai panaudoti vandenilį pastatų šildymo sistemose galima keliais būdais. Paprasčiausias – tiesioginis panaudojimas deginant adaptuotuose dujiniuose katiluose. Iš techninės pusės tai nesudaro sunkumų eksploatuotojams, bet vandenilio dalis bendrame sunaudojamo dujinio kuro kiekyje sudarys vos kelis procentus. Esamos dujofikavimo sistemos „išlaikys“ ne didesnį kaip 20 proc. vandenilio kiekį tiekiamose dujose. Tai leistų sumažinti CO₂ emisijas 7 proc. Įvertinus gamybos kaštus ir gaunamą efektą, vargu ar atsiras entuziastų taip panaudoti vandenilį.

Antras panaudojimo būdas – kuro elementuose, generuojančiuose elektros energiją ir šilumą. Tokie elementai paplito Japonijoje. Jų diegimas subsidijuojamas, nes investiciniai kaštai yra dideli – 0,7 kW galios šildytuvas kainuoja apie 10 000 Eur, tad net artimiausioje ateityje pasiekti konkurencingą lygį nerealu.

Trečias būdas – deginti gryną vandenilį individualiose sistemose vietoje metano. Šiuo atveju prisideda dideli vandenilio pristatymo kaštai galutiniams vartotojams. Dujų talpos ir armatūra turi išlaikyti keliolika kartų aukštesnius slėgius (iki 500 bar, LPG sistemose 10–20 bar). Dėl aukšto cheminio aktyvumo reikia naudoti specialias medžiagas.

Ketvirtas būdas – gaminant žalią vandenilį elektrolizeriuose susidarančią šilumą išnaudoti patalpoms šildyti, o vandenilį – tiekti pramonės reikmėms. Šis variantas labiausiai priimtinas, bet jo taikymo galimybės ribotos.

Tiesiogiai panaudoti vandenilį šilumai gaminti įmanoma, bet pagrindinė kliūtis yra aukšta kaina. Jo gamybos ir transportavimo kaštai nekonkurencingi, palyginti su gamtinėmis dujomis, o išaugusi elektrifikuoto transporto paklausa dar labiau padidins jo kainą. Dar viena problema – vanduo. Jei vėjo jėgainei jūroje arba pajūryje apribojimų gal ir nebus, tai naudodami vidaus vandenų išteklius ribojimų neišvengsime, kaip ir mokesčio už vandens išteklių naudojimą. Be to, giluminio vandens ištekliai irgi riboti. Jei pradėsime juos naudoti beatodairiškai, trūkumą pajusime greitai.

Spalvą lemia gamybos technologija

Vandenilis skirstomas pagal gamybos technologiją. Žalias gaminamas elektrolizės būdu naudojant saulės ir vėjo elektrinių gaminamą energiją. Žydras vandenilis gaminamas dekarbonizuojant gamtines dujas (CCS technologija) ir surenkant proceso metu susidariusį anglies dvideginį. Dėl to ši vandenilio gamybos technologija priskiriama prie mažai aplinką teršiančių. Reikia priminti, kad šiuo metu apie 95 proc. iš gamtinių dujų Europoje pagaminto vandenilio yra pilkas. Turkio vandenilis gaminamas taikant aukštos temperatūros pirolizę ir dar yra vystymo stadijoje. Purpurinis vandenilis gaunamas iš aukštos temperatūros garo, gaminamo atominėse elektrinėse arba elektrolizės būdu naudojant atominėje elektrinėje gaminamą energiją.

Šis spalvinis skirstymas neįvertina vandens paruošimo kaštų ir jo sunaudojamo kiekio gamybos cikle. Taigi, nors vandenilio panaudojimas šildymo tikslams iš techninės pusės nesudaro problemų, bet sunkiai realizuojamas praktikoje dėl didelių gamybos, paskirstymo ir transportavimo kaštų, o pati gamyba vis dėlto nėra jau tokia „žalia“. Pagrindiniai jo panaudojimo šalininkai yra energetiniai koncernai ir dujinių šilumos generavimo įrenginių gamintojai.

Norint sumažinti gamybos kaštus, vandenilio gamybą svarstoma perkelti į Šiaurės Afriką, kur palankios meteorologinės sąlygos saulės elektrinėms veikti (aukšta Saulės energinė apšvita, mažas debesuotumas). Deja, tai ne tik padidins transportavimo kaštus, bet ir sukels tinkamo gamybai vandens tiekimo problemų, o nestabilumas regione padidins ir geopolitinių problemų riziką.

Viena iš vandenilio deginimo alternatyvų gali būti saulės elektrinių gaminamos energijos naudojimas šilumai gaminti šilumos siurbliais. Iš vienos kilovatvalandės (kWh) elektros energijos galima pagaminti 6–8 kartus daugiau šiluminės energijos nei deginant vandenilį. Naudojant vandenilį kuro elementuose, šis santykis dar blogesnis. Ateityje tikrai nebus energijos pertekliaus, kurį galėtume naudoti taip neefektyviai. Norint pasiekti nulines emisijas energetikoje, būtina ne tik maksimali žalios energijos gamyba, bet ir efektyvus jos panaudojimas ir nuostolių mažinimas, o vandenilio deginimas prie to niekaip neprisidėtų.

Vartotojui pagrįstai kyla klausimas – jei atsisakome iškastinio kuro, tai ką daryti su dujinio šildymo sistemomis? Kiek laiko jas galėsime eksploatuoti? Kaip bus su dujiniu kuru gamybos tikslams? Kaip bus gaminamos mineralinės trąšos? Vargu ar šiandien gausime vienareikšmį atsakymą. Matyt, kiekviena šalis priims individualius sprendimus. Danijoje skystojo kuro katilus draudžiama montuoti nuo 2016-ųjų, o Anglijoje naujuose objektuose jie bus draudžiami nuo 2023 metų.

Ką reikės daryti su dabar eksploatuojamais šiluminiais katilais, sunku pasakyti dėl daugelio priežasčių. Pirmiausia tai, kaip elektrifikuojant šildymo sistemas ir montuojant šilumos siurblius, taip pat individualias saulės elektrines, esamos energetinės sistemos ir tinklai užtikrins patikimą ir stabilų energijos tiekimą pagal vartotojų poreikius. Vadinasi, neišvengiamai reikia numatyti energijos akumuliatorius, kurie yra brangūs. Energetinėse sistemose jie taip pat atsiras, nes hidroakumuliacinių elektrinių statybą riboja tam tikslui tinkamų dislokacijų stygius ir gamtosauginiai reikalavimai.

Įvertinant numatomą transporto elektrifikavimą, energijos tinklų modernizavimas neišvengiamas ir dėl išaugsiančio energijos poreikio. Vien greitojo įkrovimo stotelių skaičiaus staigus padidinimas neįmanomas dėl mažo elektros energijos tinklų pralaidumo. Individualių vartotojų nedideles energetines sistemas su sava saulės elektrine, šilumos siurbliu patalpoms šildyti ir energijos akumuliatoriumi (kondensatorių baterija ar akumuliatoriais) kaimuose ir miesteliuose galima optimizuoti, reguliuojant ir derinant atskirų blokų veikimą, bet tai padidins naujų objektų statybos kaštus. Ekstremaliomis sąlygomis pirkti trūkstamą energijos kiekį teks iš tinklo operatoriaus. Gamybiniuose objektuose, sunaudojančiuose daug energijos (gyvulininkystės ir pienininkystės, šiltnamių ūkiai), teks naudotis elektros energijos tinklo operatoriaus paslaugomis. Matyt, ateityje tai bus reguliuojama tarifų sistema su išmaniųjų tinklų teikiamomis paslaugomis.

Realiai perkamos energijos kaina tik augs, nes tinklo operatoriai turės įsirengti greitai įjungiamus elektros energijos gamybos blokus, daugiausia – dujų turbininius pikinės energijos blokus. Vargu ar šiam tikslui ir individualiems pastatams šildyti bus naudojamas vandenilis dėl didelių jo gamybos kaštų. Šiuo metu vykdoma daugybė tyrimų kaupiant pagamintą vandenilį stabiliuose junginiuose (amoniakinis vanduo ir kt.) ir kietose medžiagose, absorbuojančiose vandenilį. Koks bus pasiektas suminis saugojimo proceso efektyvumas ir kaštai, prognozuoti sunku, juolab kad absorberių gamyba didins taršos emisijas.

Žvelgiant į perspektyvą, galima konstatuoti, kad kardinalių pokyčių žaliajame kurse nebus, o reikalavimai griežtės. Gali keistis tik taikomos priemonės ir bus labiau atsižvelgiama į esamas finansines galimybes ir diegiamų projektų efektyvumą. Tam pasitarnauja ir inovatyvių projektų eksperimentinė eksploatacija. Proveržio technologijų artimiausiais metais tikrai nebus. Pagrindinis tikslas bus siekti minimalių suminių emisijų per įrengtos sistemos gyvavimo ciklą, apimantį jos pagaminimą, eksploatavimą ir utilizavimą. Vokietijoje jau įvedamas vėjo elektrinių sparnuočių utilizavimo mokestis. Toks vertinimas rodo, kad nulinės emisijos šiuo metu sunkiai pasiekiamas ir vis dar gana tolimas tikslas. Ne veltui Vokietija ir Prancūzija yra pagrindiniai iniciatoriai priskirti atominę energiją ir gamtines dujas prie žaliosios energijos, kuri leistų kompensuoti vėjo ir saulės energijos trūkumą, neprognozuojamumą ir nestabilumą.