Megújuló energiaforrásokból elektrolízissel végzett zöld hidrogéntermelés gazdasági elemzése

Egyre több ország kezd stratégiai célokat kitűzni a hidrogénenergiával kapcsolatban, és egyes beruházások a zöld hidrogéntechnológia fejlesztésére irányulnak. Az EU és Kína vezeti ezt a fejlesztést, és a technológia és az infrastruktúra terén keresik az első lépések előnyeit. Eközben Japán, Dél-Korea, Franciaország, Németország, Hollandia, Új-Zéland és Ausztrália 2017 óta hidrogénenergia-stratégiákat és kísérleti terveket dolgozott ki. 2021-ben az EU stratégiai követelményt bocsátott ki a hidrogénenergiára vonatkozóan, és az üzemi kapacitás növelését javasolta. Az elektrolitikus cellák hidrogéntermelésének 2024-re szél- és napenergiára támaszkodva 6 GW-ra, 2030-ra pedig 40 GW-ra, az EU-n kívüli hidrogéntermelés kapacitása további 40 GW-tal 40 GW-ra nő.

Mint minden új technológia esetében, a zöld hidrogén az elsődleges kutatásról és fejlesztésről az általános ipari fejlesztés felé halad, ami alacsonyabb fajlagos költségeket, valamint a tervezés, építés és telepítés hatékonyságának növekedését eredményezi. A zöld hidrogén LCOH három összetevőből áll: elektrolitikus cellák költsége, megújuló villamos energia ára és egyéb működési költségek. Általánosságban elmondható, hogy az elektrolitikus cellák költsége a zöld hidrogén LCOH körülbelül 20–25%-át teszi ki, és a villamos energia legnagyobb részét (70–75%). A működési költségek viszonylag kicsik, általában kevesebb, mint 5%.

Nemzetközi viszonylatban a megújuló energia (főleg közüzemi szintű nap- és szélenergia) ára jelentősen csökkent az elmúlt 30 évben, és kiegyenlített energiaköltsége (LCOE) mára megközelíti a széntüzelésű energiaét (30-50 USD/MWh) , ezáltal a megújuló energiaforrások költség-versenyképesbbé válnak a jövőben. A megújuló energia költségei továbbra is évi 10%-kal csökkennek, és 2030 körül a megújuló energia költségei elérik a 20 USD/MWh-t. Az üzemeltetési költségeket nem lehet jelentősen csökkenteni, de a cella egységköltségeit csökkenteni lehet, és a celláknál hasonló tanulási költséggörbe várható, mint a nap- vagy szélenergia esetében.

A napelemes PV-t az 1970-es években fejlesztették ki, és a napelemes PV LCoE-k ára 2010-ben körülbelül 500 USD/MWh volt. A napelemes PV LCOE jelentősen csökkent 2010 óta, és jelenleg 30-50 USD/MWh. Tekintettel arra, hogy az elektrolitcella-technológia hasonló a fotovoltaikus napelem-gyártás ipari viszonyítási alapjához, 2020-2030 között az elektrolitcella-technológia az egységköltség tekintetében valószínűleg hasonló pályát fog követni, mint a napelemek. Ugyanakkor a szél LCOE jelentősen csökkent az elmúlt évtizedben, de kisebb mértékben (kb. 50%-kal tengeri és 60%-kal szárazföldön).

Hazánk megújuló energiaforrásokat (például szélenergiát, fotovoltaikus energiát, vízenergiát) használ az elektrolitikus víz-hidrogéntermeléshez, ha az áram ára 0,25 jüan/kWh alatt van szabályozva, a hidrogén előállítási költsége relatív gazdasági hatékonysággal rendelkezik (15,3 ~ 20,9 jüan /kg) . A lúgos elektrolízis és a PEM elektrolízis hidrogéntermelés műszaki és gazdasági mutatóit az 1. táblázat tartalmazza.

Az elektrolitikus hidrogéngyártás költségszámítási módszerét az (1) és (2) egyenlet mutatja. LCOE= fix költség/(hidrogén előállítási mennyiség x élettartam) + üzemeltetési költség (1) Üzemeltetési költség = hidrogén előállítás villamos energia fogyasztás x villamos energia ár + víz ára + berendezés karbantartási költsége (2) Lúgos elektrolízis és PEM elektrolízis projektek felvétele (1000 Nm3/h ) példaként tegyük fel, hogy a projektek teljes életciklusa 20 év, működési élettartama pedig 9×104 óra. A csomagolt elektrolitikus cella, hidrogéntisztító berendezés, anyagdíj, építési díj, szerelési szolgáltatás díja és egyéb tételek fix költsége elektrolízis esetén 0,3 jüan / kWh. A költségek összehasonlítása a 2. táblázatban látható.

Más hidrogéntermelési módszerekkel összehasonlítva, ha a megújuló energia villamosenergia-ára alacsonyabb, mint 0,25 jüan/kWh, a zöld hidrogén költsége körülbelül 15 jüan/kg-ra csökkenthető, ami költségelőnyt jelent. A szén-dioxid-semlegesség kapcsán a megújuló energiatermelési költségek csökkentésével, a hidrogéntermelési projektek nagyarányú fejlesztésével, az elektrolitikus cellák energiafelhasználásának és beruházási költségeinek csökkentésével, valamint a szénadó és egyéb politikák iránymutatásával az út a zöld hidrogén költségcsökkentése fokozatosan világossá válik. Ugyanakkor, mivel a hagyományos energiaforrásokból történő hidrogéntermelés sok kapcsolódó szennyeződéssel, például szénnel, kénnel és klórral keveredik, valamint az egymásra épülő tisztítás és a CCUS költsége, a tényleges termelési költség meghaladhatja a 20 jüant/kg-ot.