- Pozno leta 2024 sta Nacionalni laboratorij za obnovljivo energijo (NREL) in GKN Hydrogen v Koloradu zagnala prvi tovrstni 500-kilogramski ‘megatank’ za vodik iz kovinskih hidridi.
- Japonsko plovilo za tekoči vodik Suiso Frontier je leta 2022 prikazalo prevoz tekočega vodika iz Avstralije na Japonsko.
- Podjetje Hydrogenious LOHC Technologies gradi največji LOHC obrat na svetu, projekt Hector, v Dormagnu v Nemčiji, za shranjevanje približno 1.800 ton vodika na leto v sistemu LOHC z benzil-toluenom, z odobritvijo aprila 2025 in načrtovanim odprtjem leta 2027.
- Projekt Advanced Clean Energy Storage (ACES) v Utahu bo uporabil dve solni jami za shranjevanje vodika, proizvedenega z 220 MW farmo elektrolizatorjev, s prvotno 30-odstotno mešanico vodika načrtovano za leto 2025 in ciljem 100-odstotnega vodika do leta 2045.
- Pilotni projekt podjetja Uniper za shranjevanje vodika v solni jami v Nemčiji se je začel polniti z vodikom septembra 2024, prvi rezultati pa kažejo uspešno tesnjenje in pridobivanje.
- Vodikovi avtomobili na gorivne celice Toyota Mirai shranjujejo vodik v rezervoarjih pri približno 700 bar, kar omogoča doseg približno 500–600 km (300+ milj).
- Podzemna jama za shranjevanje vodika HYBRIT v Luleåju na Švedskem ima prostornino 100 kubičnih metrov in je bila odprta leta 2022.
- Evropska unija je maja 2024 odobrila IPCEI Hy2Move za napredek v vrednostni verigi vodika, vključno z inovacijami na področju shranjevanja.
- Pozno leta 2024 je NASA-jev preizkus pokazal izolacijo, ki je zmanjšala izparevanje v rezervoarjih za tekoči vodik za približno 50 %.
- Utekočinjanje vodika porabi približno 30 % njegove energijske vsebine, kar poudarja energijske stroške kriogenega shranjevanja.
Vodik je pogosto predstavljen kot »gorivo prihodnosti« v čistem energetskem gospodarstvu. Toda za izpolnitev te obljube moramo rešiti ključen izziv: kako vodik shraniti učinkovito, varno in v velikem obsegu. Zakaj je to tako pomembno? Vodik je mogoče proizvajati v neomejenih količinah iz vode in obnovljive elektrike (tako imenovani »zeleni vodik«), pri uporabi pa ne oddaja toplogrednih plinov – le vodo. Ima tudi več energije na funt kot katero koli drugo gorivo, vendar je kot plin izjemno nizke gostote energy.gov. V praksi to pomeni, da bi nekompresiran vodik potreboval rezervoar večji od hiše, da bi se ujemal z energijo v rezervoarju za bencin. Učinkovite metode shranjevanja so zato ključne, da lahko dovolj vodika spravimo v razumne prostornine za uporabo v vozilih, energetskih sistemih in industriji energy.gov. Kot pravi Mednarodna agencija za energijo, »Vodik je ena vodilnih možnosti za shranjevanje energije iz obnovljivih virov«, potencialno z najnižjimi stroški za dolgoročno shranjevanje v obdobju dni ali celo mesecev iea.org.
Vloga vodika v svetovnem energetskem prehodu je večplastna. Ponuja način za razogljičenje sektorjev, ki jih je težko elektrificirati (kot so težka industrija, ladijski promet ali letalstvo), in za shranjevanje presežne obnovljive energije za čas, ko sonce ne sije ali veter ne piha iea.org. Mnogi strokovnjaki vidijo shranjevanje vodika kot »manjkajoči člen«, ki lahko poveže občasno proizvodnjo iz obnovljivih virov s stalnim, 24-urnim povpraševanjem po energiji. »Vodik danes uživa neprimerljiv zagon. Svet ne sme zamuditi te edinstvene priložnosti, da postane vodik pomemben del naše čiste in varne energetske prihodnosti,« je dejal Fatih Birol, izvršni direktor IEA iea.org. Skratka, obvladovanje shranjevanja vodika je ključno za sprostitev potenciala vodika kot čistega goriva in energetskega blažilnika v neto ničelni ekonomiji.
Kako (in zakaj) shranjujemo vodik
Za razliko od nafte ali zemeljskega plina vodik ni na voljo pripravljen pod zemljo – najprej ga je treba proizvesti, nato shraniti in prepeljati do uporabe. Toda shranjevanje vodika ni lahka naloga, čeprav je vodik najlažji element nrel.gov. V običajnih pogojih je razpršen plin, zato so inženirji razvili različne metode, kako vodik bolj gosto zapakirati za shranjevanje. Na splošno lahko vodik shranjujemo fizično kot stisnjen plin ali kriogeno tekočino, ali pa kemično v drugih materialih.
Zakaj si prizadevamo za vse to? Ker učinkovito shranjevanje vodika omogoča, da ustvarimo rezerve čiste energije. Na primer, presežek sončne ali vetrne energije lahko razcepi vodo in ustvari vodik, ki ga shranimo in kasneje po potrebi pretvorimo nazaj v elektriko v gorivni celici ali turbini. Ta sposobnost časovnega zamika oskrbe z energijo je ključna za omrežja, kjer prevladujejo obnovljivi viri. Shranjevanje vodika omogoča tudi, da vozila na gorivne celice prevažajo uporabno količino goriva za dolge razdalje, industrijskim obratom pa omogoča, da imajo zalogo za kritične procese. V bistvu shranjevanje vodika iz njega naredi prilagodljivo energetsko valuto – proizvedeno, ko je na voljo presežek zelene energije, in porabljeno kjerkoli in kadarkoli je energija potrebna.
Ključne metode shranjevanja vodika
Danes raziskovalci in industrija razvijajo več metod shranjevanja vodika, vsaka ima svoje prednosti in izzive:
- Stisnjen vodik v plinu: Najenostavnejši način shranjevanja vodika je kot plin v visokotlačnih jeklenkah. Vodikov plin je stisnjen v močne rezervoarje pri tlaku 350–700 barov (5.000–10.000 psi) energy.gov, kar močno poveča njegovo gostoto. Tako vodikove gorivne celice v avtomobilih shranjujejo H₂ – na primer, rezervoarji v Toyoti Mirai hranijo vodik pri ~700 barih, kar zadostuje za približno 500–600 km (300+ milj) vožnje. Shranjevanje stisnjenega plina je preizkušena rešitev s hitrim polnjenjem, vendar so rezervoarji obsežni (debele stene iz ogljikovih vlaken) in tudi pri 700 barih je energija na volumen vodika le delček energije bencina. To je idealna metoda za vozila in shranjevanje v manjšem obsegu zaradi enostavnosti, če pa želimo povečati obseg, moramo uporabiti veliko velikih jeklenk ali celo ogromne posode za množično shranjevanje.
- Tekoči vodik (kriogeno shranjevanje): Če vodikov plin ohladimo na -253 °C (-423 °F), postane tekočina, kar omogoča bistveno večjo energijsko gostoto na liter energy.gov. Tekoči vodik (LH₂) se že desetletja uporablja v rezervoarjih za raketno gorivo (na primer pri NASA Saturn V in Space Shuttle). Zdaj ga raziskujejo za množični prevoz (s cisternami ali celo ladjami) in na polnilnih postajah. Prednost je, da je tekoči vodik približno 8-krat gostejši od plina pri 700 barih. Vendar pa zahteva drage kriogene rezervoarje s super izolacijo, poleg tega pa del vodika sčasoma izhlapi. Ohraniti vodik tako hladen je energetsko zahtevno. Tekoče shranjevanje je smiselno, kadar je potrebna največja gostota – na primer, japonska pionirska ladja za prevoz LH₂ Suiso Frontier je leta 2022 demonstrirala prevoz tekočega vodika iz Avstralije na Japonsko. V prihodnje bi lahko tekoči vodik poganjal letala in ladje ali služil kot oblika distribucije, vendar pa ostajajo izzivi zaradi izgub zaradi izhlapevanja in stroškov hlajenja.
- Kovinske hidridi (shranjevanje v trdnem stanju): Zanimiva metoda je shranjevanje vodika znotraj trdnih materialov. Nekatere kovine in zlitine (kot so magnezij, titan ali spojine lantana in niklja) zlahka absorbirajo vodik v svojo kristalno strukturo in tvorijo kovinske hidride – v bistvu kovinske spužve za vodik. To pretvori vodik v stabilno trdno obliko nrel.gov. Na primer, nekatere zlitine na osnovi niklja lahko vpijejo vodik pri zmernem tlaku in temperaturi ter ga sprostijo, ko se segrejejo. Glavna prednost je varnost in gostota: vodik je nepremičen v trdni matrici, ni potrebe po visokem tlaku ali izjemno nizkih temperaturah nrel.gov. To lahko odpravi potrebo po rezervoarjih z debelimi stenami in je zelo kompaktno po volumnu (kovinski hidridi lahko dosežejo večjo volumetrično gostoto kot tekoči H₂). Slabost je teža – kovine so težke – in potreben vnos toplote za sprostitev vodika. Sistemi kovinskih hidratov se trenutno demonstrirajo za stacionarno shranjevanje. Konec leta 2024 je partnerstvo pod vodstvom NREL in GKN Hydrogen v Koloradu postavilo prvi 500 kg “mega-rezervoar” za kovinske hidride vodika nrel.govnrel.gov. »Čeprav kovinski hidridi kot tehnologija shranjevanja vodika obstajajo že leta, so na komercialni ravni še razmeroma novi,« pravi Alan Lang iz GKN Hydrogen. Demonstracije, kot je NREL-ova, dokazujejo njihovo izvedljivost in edinstveno vrednost glede varnosti, prostorske učinkovitosti in učinkovitosti za shranjevanje energije v velikem obsegu nrel.gov.
- Tekoči organski nosilci vodika (LOHC): Drugi nov pristop shranjuje vodik v tekočih kemikalijah, podobno kot polnilno gorivo. Tekoči organski nosilci vodika so stabilne tekočine podobne olju (na primer toluen ali dibeniltoluen), ki jih je mogoče kemično »napolniti« z vodikom in nato »izprazniti« za njegovo sprostitev. V bistvu je vodik v plinastem stanju kemisorbirano v tekočino preko reakcije hidrogenacije, s čimer nastane tekočina bogata z vodikom; kasneje proces dehidrogenacije (s toploto in katalizatorjem) po potrebi sprosti plin H₂ en.wikipedia.org. Velika prednost LOHC je, da je s tekočino mogoče ravnati pri sobni temperaturi in tlaku – brez potrebe po kriogeniki ali visokotlačnih rezervoarjih. Tekočine LOHC uporabljajo obstoječo infrastrukturo za goriva: lahko jih črpamo in prevažamo v cisternah kot bencin. So neeksplozivne in lahko gosto shranjujejo velike količine vodika (nekateri LOHC vsebujejo ~6–7 % vodika po masi). Slabost je energijska zahtevnost kemijskih reakcij – za sprostitev vodika je potrebno segrevanje in katalizatorji. To zmanjša učinkovitost kroženja (običajno le 60–70 % učinkovitosti sproščanja brez izrabe toplote) en.wikipedia.org. Vendar pa raziskave to izboljšujejo, varnost in logistične prednosti pa so prepričljive za transport vodika na dolge razdalje. Leta 2020 je Japonska zagnala prvo svetovno mednarodno verigo oskrbe z vodikom, pri čemer je uporabila LOHC na osnovi toluena za prevoz vodika iz Bruneja v Kawasaki en.wikipedia.org. Velika podjetja, kot je nemški Hydrogenious LOHC Technologies, povečujejo obseg LOHC. Hydrogenious gradi največjo LOHC tovarno na svetu (projekt »Hector«) v Dormagenu v Nemčiji, za shranjevanje približno 1.800 ton vodika na leto v sistemu LOHC na osnovi benzil-toluena h2-international.com. Obrat je pravkar prejel dovoljenje aprila 2025 in naj bi se odprl leta 2027 h2-international.com. Izvršni direktor Hydrogeniousa Andreas Lehmann to imenuje dokaz »zrelosti in industrijske uporabnosti naše LOHC tehnologije« h2-international.com.
- Kemični nosilci (amonijak in drugi): Vodik je mogoče shranjevati tudi posredno, tako da ga pretvorimo v druge kemikalije, bogate z vodikom, kot sta amonijak (NH₃) ali metanol. Amonijak – spojina vodika in dušika – se že množično proizvaja in prevaža po svetu (kot gnojilo), poleg tega vsebuje več vodika na liter kot tekoči H₂, brez potrebe po kriogenih rezervoarjih (amonijak se utekočini pri -33 °C, kar je veliko lažje kot -253 °C za H₂). Ideja je proizvajati “zeleni amonijak” iz zelenega vodika, amonijak transportirati ali shranjevati (kar je lažje kot čisti vodik), nato pa amonijak uporabiti kot gorivo (nekateri energetski turbini in ladje se prilagajajo za zgorevanje amonijaka) ali pa ga na cilju “razbiti” nazaj v vodik. Prednost je v izkoriščanju obstoječe infrastrukture za amonijak – cevovodi, rezervoarji, ladje – vendar je razgradnja amonijaka v vodik energetsko zahtevna in še ni razširjena. Podobno lahko metanol ali druga sintetična goriva služijo kot tekoči nosilci vodika na ogljično nevtralen način (če so narejeni iz CO₂ + H₂). Ti kemični nosilci so obetavni za mednarodno trgovino z vodikom: na primer, ogromni projekti zelenega amonijaka na Bližnjem vzhodu in v Avstraliji načrtujejo pošiljanje amonijaka energetskim uvoznicam kot nadomestek za vodik. Izbira nosilca je pogosto odvisna od končne uporabe: za gorivne celice in vozila, ki potrebujejo čisti H₂, so morda bolj primerni LOHC ali stisnjen vodik, medtem ko se lahko za gorivo za ladje ali elektrarne amonijak uporablja neposredno.
Vsaka od teh metod shranjevanja naslavlja ključno vprašanje povečanja energijske gostote vodika in obvladovanja njegovih zahtevnih lastnosti, vendar nobena metoda ni najboljša za vse primere. V praksi bo soobstajala kombinacija tehnologij shranjevanja – od tlačnih rezervoarjev na bencinskih servisih, do LOHC cistern, do trdninskega shranjevanja za rezervne napajalne enote.
Tehnični izzivi in nedavni napredki
Shranjevanje vodika je zelo napredovalo, a ostajajo pomembni tehnični izzivi. Eden temeljnih problemov je doseganje visoke gostote brez pretirano težkih ali dragih sistemov. Na primer, tlačne posode za vozila morajo biti izdelane iz ogljikovih vlaken, da prenesejo 700 barov, kar je drago in zavzame veliko prostora v avtomobilu. Kljub temu tipičen 700-barni rezervoar vsebuje le okoli 5–6 kg H₂ – dovolj za nekaj sto kilometrov vožnje. Pri uporabi v letalih ali tovornjakih na dolge razdalje sta teža in prostornina shranjevanja velik izziv v primerjavi z energijsko gostim dizlom ali letalskim gorivom. Tekoči vodik izboljša gostoto, vendar so izgube zaradi izhlapevanja in energija, porabljena za utekočinjanje vodika (približno 30 % njegove energijske vsebnosti), slabosti. Vodik je tudi znan po tem, da uhaja – molekula H₂ je zelo majhna in lahko pronica skozi tesnila, ki bi zadrževala druge pline. Zagotavljanje neprepustnih sistemov in zaznavanje uhajanja je pomemben varnostni poudarek, saj je vodik vnetljiv.
Drug izziv je združljivost materialov: vodik lahko sčasoma povzroči krhkost nekaterih kovin (pojav, imenovan vodikova krhkost), kar lahko oslabi rezervoarje ali cevovode energy.ec.europa.eu. Inženirji morajo uporabljati posebna jekla ali kompozite in skrbno testirati opremo – na primer, novi vodikovi cevovodi ali materiali za rezervoarje so podvrženi strogemu testiranju tlačnih ciklov in krhkosti, da se zagotovi dolgoročna varnost energy.ec.europa.eu. Obstaja tudi vprašanje učinkovitosti: vsak korak shranjevanja (stiskanje, hlajenje, absorpcija itd.) porabi energijo, kar znižuje skupno učinkovitost sistema “zelenega vodika”. Zmanjševanje teh izgub z boljšo tehnologijo je stalen izziv.
Dobra novica je, da hitro napredujemo na številnih področjih. Raziskovalci razvijajo nove materiale, kot so kovinsko-organski ogrodji (MOF) – v bistvu kristalinične spužve z nanometrskimi porami – ki lahko adsorbirajo vodik pri visokih gostotah. Do zdaj je bilo odkritih že več kot 95.000 MOF materialov, mnogi obetajo za shranjevanje plinov southampton.ac.uk. Leta 2024 je ekipa na Univerzi v Southamptonu ustvarila nov porozen material z uporabo organskih soli, ki bi lahko shranjeval vodik kot spužva, potencialno po nižji ceni in z večjo stabilnostjo kot običajni MOF-i southampton.ac.uk. Medtem pa zagonska podjetja, kot je H2MOF (soukrepitelj Nobelove nagrade Sir Fraser Stoddart), tekmujejo za komercializacijo shranjevanja vodika na osnovi MOF, ki lahko deluje pri skoraj sobni temperaturi in nizkem tlaku, kar bi bilo prelomno gasworld.comgasworld.com. Kot je poudaril Sir Fraser Stoddart, “Vodikovo gorivo ima največjo energijsko gostoto med vsemi gorljivimi gorivi; hkrati pa nima emisij.” gasworld.com To pomeni, da bi lahko, če rešimo problem shranjevanja z naprednimi materiali, vodik resnično konkuriral fosilnim gorivom po priročnosti in hkrati zagotavljal čisto energijo.
Tehnologija rezervoarjev in infrastrukture se prav tako izboljšuje. Za stisnjen plin nove zasnove kompozitnih rezervoarjev (cilindri tipa IV in V) zmanjšujejo težo in povečujejo kapaciteto za vozila. Podjetja preizkušajo kriostisnjen vodik – hibrid hladnega in stisnjenega vodika – da bi v rezervoarje spravili več plina brez popolne utekočinitve. Na področju trdnega shranjevanja je nedavni projekt NREL–GKN Hydrogen pokazal, da se lahko odpadna toplota iz objekta učinkovito uporabi za sproščanje vodika iz kovinskih hidridi, kar izboljšuje učinkovitost sistema nrel.govnrel.gov. Zagon te 500 kg enote za shranjevanje v hidridu v letu 2024 kaže, da se trdno stanje shranjevanja premika iz laboratorijskega v praktičen, na omrežje priključen obseg nrel.gov. Prav tako napreduje tehnologija LOHC: razvijajo se novi katalizatorji in nosilne tekočine, ki znižujejo temperaturo in energijo, potrebno za sproščanje vodika, medtem ko pilotni projekti v realnem okolju (kot so Hydrogeniousove 5 ton/dan LOHC enote za shranjevanje) potrjujejo dolgoročno cikličnost in ekonomiko. Vsaka postopna izboljšava – rezervoar, ki shrani več H₂ na liter, material, ki sprosti H₂ pri 10 °C nižji temperaturi, črpalka, ki zmanjša izgubo zaradi izhlapevanja – približuje shranjevanje vodika zmogljivostim, potrebnim za množično uporabo.
Infrastrukturni in varnostni vidiki
Vzpostavitev energetskega sistema na osnovi vodika ni le vprašanje medija za shranjevanje; zahteva podporno infrastrukturo in stroge varnostne ukrepe. Na infrastrukturni strani si predstavljajte prihodnjo dobavno verigo vodika – začne se s proizvodnjo (elektrolizatorji ali reformerji), nato distribucijo (cevovodi, tovornjaki ali ladje), nato shranjevanje in na koncu končno uporabo (gorivne celice, turbine itd.). Vsaka povezava v tej verigi se razvija že danes.
Plinovodi: Najbolj učinkovit način za premikanje velikih količin vodika znotraj države so morda plinovodi, podobno kot pri zemeljskem plinu. Nekatere države načrtujejo namenske vodikove plinovode (Evropa ima predlagano »Vodikovo hrbtenico«, ki prečka celino), medtem pa se preizkuša mešanje vodika v obstoječe plinovode za zemeljski plin. V mnogih sistemih je mogoče v zemeljski plin primešati do približno 20 % vodika po prostornini, kar lahko zmanjša emisije CO₂ dostavljenega plina (če pa presežete to mejo, so pogosto potrebne nove cevi ali nadgradnje zaradi krhkosti materiala in združljivosti naprav). Na primer, komunalna podjetja v Združenem kraljestvu so izvedla poskuse v soseskah, kjer so v plinovod dobavljali mešanico 20 % vodika za običajna gospodinjstva, brez opaznih razlik za potrošnike, razen nekoliko nižjih emisij. V ZDA ima SoCalGas projekt »H2 Hydrogen Home«, ki prikazuje mešanje vodika v plinovodih za kuhanje in ogrevanje doma uci.edu. Na dolgi rok je cilj zgraditi čiste vodikove plinovode za industrijske grozde in vodikova »središča«. Obstoječe plinovode za zemeljski plin je včasih mogoče predelati – vendar je treba zamenjati odseke, ki ne prenesejo lastnosti vodika. EU na tem že dela: direktiva EU iz leta 2024 je postavila temelje za upravljavce vodikovih omrežij (ENNOH) in standarde za plinovode, ločene od zemeljskega plina energy.ec.europa.eu.
Objekti za shranjevanje na debelo: Tako kot shranjujemo zemeljski plin v ogromnih podzemnih votlinah za uravnavanje sezonskega povpraševanja, lahko enako storimo tudi za vodik. Pravzaprav podzemne solne jame postajajo rešitev za masovno shranjevanje vodika, saj imajo solne formacije ustrezne lastnosti (so neprepustne za zrak in jih je mogoče izlužiti, da nastanejo velike votline). Opazen primer je v severovzhodni Nemčiji: energetsko podjetje Uniper je septembra 2024 odprlo pilotni projekt “HPC Krummhörn”, solno jamo, predelano za shranjevanje do 500.000 kubičnih metrov vodika pod pritiskom gasworld.com. Ta jama bo služila za preizkušanje delovanja sezonskega shranjevanja vodika v velikem obsegu, kjer bodo poleti proizveden zeleni vodik shranili za uporabo pozimi gasworld.com. V Združenih državah Amerike je v Utahu v gradnji še večji projekt z imenom Advanced Clean Energy Storage (ACES). S podporo garancije za posojilo DOE v višini 504 milijonov dolarjev energy.gov bo ACES uporabil dve ogromni solni jami (vsaka v velikosti več Empire State Buildingov) za shranjevanje čistega vodika, proizvedenega z 220 MW farmo elektrolizatorjev energy.govenergy.gov. Shranjeni vodik bo napajal turbine projekta Intermountain Power – sprva z 30-odstotno mešanico vodika v letu 2025, z namenom doseči 100-odstotno uporabo vodika do leta 2045 energy.gov. Ti projekti poudarjajo, kako lahko vodik zagotovi dolgoročno shranjevanje za elektroenergetsko omrežje, podobno kot ogromna baterija, ki mesece shranjuje presežke obnovljive energije.
Prevoz in polnjenje: Za distribucijo v manjšem obsegu so danes pogosti prikolice s cevmi za stisnjen vodik (tovornjaki, ki prevažajo svežnje visokotlačnih jeklenk), ki dostavljajo H₂ industriji in polnilnicam. Vsaka prikolica lahko prevaža 300–400 kg H₂. V prihodnosti bodo tovornjaki za tekoči vodik (izolirani kriogeni tovornjaki, podobni LNG cisternam) lahko prevažali večje količine (~3.500 kg na tovornjak) za oskrbo polnilnic. Japonska je celo predstavila ladjo za tekoči vodik, kot je bilo omenjeno, za raziskovanje pomorskega prevoza. Vzpostavitev mreže vodikovih polnilnic je ključna za vozila na gorivne celice – do leta 2025 jih je po svetu več kot 1.000 (vodijo Japonska, Nemčija, Kalifornija in Južna Koreja), vendar jih bo potrebnih še veliko več, če se bodo vodikova vozila uveljavila. Vlade podpirajo širitev teh postaj, ki so pogosto umeščene ob obstoječe bencinske črpalke, zasnovane pa so s posebnimi varnostnimi senzorji, prezračevanjem in zasilnimi izklopi.
Ko govorimo o varnosti, je to razumljivo glavna skrb glede na sloves vodika (mit o Hindenburgu še vedno straši v javni domišljiji). V resnici je mogoče z vodikom ravnati tako varno kot z drugimi običajnimi gorivi, vendar ima drugačne lastnosti, ki zahtevajo skrbno inženirsko načrtovanje. Vodik je izjemno vnetljiv v širokem razponu koncentracij v zraku (približno 4 % do 75 % H₂ v zraku se lahko vžge). Po drugi strani pa ima zelo visoko temperaturo samovžiga (kar pomeni, da je potreben pomemben vir toplote za vžig) in njegove molekule so tako lahke, da se v primeru puščanja na prostem vodik hitro dvigne in razprši – za razliko od bencina ali propana, ki se lahko zbirata na tleh. Ta hitra razpršitev lahko zmanjša tveganje požara na prostem. Vendar pa se lahko v zaprtih prostorih vodik kopiči pod stropom (ker je lažji od zraka), zato morajo biti objekti ustrezno prezračevani in opremljeni z detektorji vodika. Ena nenavadna lastnost je, da vodik gori z skoraj nevidnim plamenom podnevi; zato se na vodikovih lokacijah uporabljajo detektorji plamena (ultravijolični/infrardeči senzorji), da zaznajo morebitne vžige, ki jih oko ne vidi.
Standardi za materiale in komponente so prav tako ključni za varnost. Vodikova težnja, da povzroča krhkost nekaterih kovin, pomeni, da morajo biti rezervoarji, ventili in cevi izdelani iz ali obloženi z združljivimi materiali (npr. nerjavno jeklo, polimeri, kompoziti, ki dokazano preprečujejo prodiranje vodika). Vsi rezervoarji za shranjevanje vodika v vozilih so podvrženi preizkusom v ognju, preizkusom padca in preizkusom ekstremnega pritiska, da se zagotovi, da se ne bodo razpočili niti v hudih nesrečah. Polnilne postaje uporabljajo visokokakovostne varnostne sklopke in ozemljitvene žice za preprečevanje statičnih isker. Industrija je razvila temeljite kodekse in standarde (kot so standardi ISO in NFPA), ki urejajo načrtovanje vodikovih sistemov, podobno kot že dolgo veljajo za zemeljski plin.
Izobraževanje javnosti je prav tako del varnosti – na primer, obveščanje ljudi, da v vodikovem avtomobilu ne morete zavohati uhajanja vodika (H₂ je brez vonja, za razliko od zemeljskega plina z merkaptanskim vonjem), zato so nameščeni avtomatski detektorji. Na splošno desetletja izkušenj z ravnanjem z vodikom v industrijskih okoljih (naftne rafinerije, tovarne gnojil, objekti NASA) dajejo zaupanje, da je ob ustreznih previdnostnih ukrepih vodik lahko tako varen kot običajna goriva. Pri gradnji vodikove infrastrukture regulatorji in podjetja sprejemajo pristop “najprej varnost”, sprejemajo konservativne oblikovalske odločitve in temeljito preizkušajo sisteme, da pridobijo zaupanje javnosti.
Glavni akterji, projekti in naložbe
Svetovni zagon za vodik je spodbudil širok spekter industrijskih akterjev in velikih naložb, od energetskih velikanov do tehnoloških zagonskih podjetij in vlad. Tukaj je kratek pregled tistih, ki vodijo razcvet shranjevanja vodika, in nekaterih najodmevnejših projektov:
- Podjetja za industrijske pline: Uveljavljena podjetja, kot so Linde, Air Liquide in Air Products, ki že dolgo dobavljajo vodik za industrijo, močno vlagajo v novo vodikovo infrastrukturo. So strokovnjaki za področja, kot so utekočinjanje v velikem obsegu, stiskanje in distribucija. Na primer, Air Liquide je napovedal 850 milijonov dolarjev veliko naložbo v vodikov projekt v Teksasu z ExxonMobilom leta 2024, vključno z gradnjo novih enot za ločevanje zraka in cevovodov za podporo ogromnemu obratu za proizvodnjo nizkoogljičnega vodika in amonijaka v Baytownu, TX gasworld.com. Air Liquide in Linde skupaj upravljata na tisoče kilometrov vodikovih cevovodov (predvsem vzdolž ameriške obale Mehiškega zaliva in v severni Evropi), ki jih širijo. Ta podjetja razvijajo tudi shranjevanje vodika v velikem obsegu – Air Liquide je zgradil obrate za utekočinjanje vodika (eden največjih na svetu je v Nevadi in oskrbuje zahodnoobalne polnilnice s tekočim H₂). Air Products vlaga v ogromne projekte proizvodnje in izvoza “zelenega vodika” (na primer 5 milijard dolarjev vreden projekt v Savdski Arabiji za proizvodnjo zelenega amonijaka za izvoz). Ta uveljavljena podjetja prinašajo globoko inženirsko znanje in so ključna pri povečevanju zmogljivosti shranjevanja (na primer Linde proizvaja številne visokotlačne rezervoarje in kriogene posode, ki se uporabljajo v vodikovih projektih po vsem svetu).
- Energetski in naftno-plinski velikani: Številna tradicionalna naftna podjetja in energetske družbe se usmerjajo v vodik. Shell, BP, TotalEnergies in Chevron so ustanovili vodikove oddelke in pilotne projekte. Shell je zgradil vodikove polnilnice v Evropi in je partner v projektu REFHYNE (eden največjih elektrolizatorjev v EU v rafineriji v Nemčiji). BP sodeluje pri načrtovanem vodikovem središču v Avstraliji. Chevron je investiral v projekt ACES v Utahu in ima delež v Hydrogenious LOHC. Bližnjevzhodna naftna podjetja (Saudi Aramco, ADNOC v ZAE) vlagajo sredstva v načrte za izvoz vodika/amoniaka, da bi ostala energetski dobavitelji v razogljičenem svetu. Velike energetske družbe, kot so Uniper, RWE, Enel, razvijajo shranjevanje vodika za uravnoteženje omrežja in predelujejo plinsko infrastrukturo za H₂. Mitsubishi Power je še en ključni igralec: dobavlja plinske turbine, ki lahko uporabljajo vodik, za projekt ACES v Utahu in je leta 2023 zaključil prelomni preizkus elektrarne na Japonskem, ki je delovala z 30-odstotno mešanico vodikovega goriva. Ta velika podjetja pogosto delujejo kot integratorji, ki združujejo proizvodnjo, shranjevanje in končno uporabo v demonstracijskih projektih.
- Inovativni zagoni: Po drugi strani pa se številni zagonski podjetji in raziskovalni spin-offi ukvarjajo s specifičnimi tehnologijami shranjevanja. Omenili smo H2MOF (osredotočen na MOF materiale). Drug primer je Hydrogenious LOHC (ustanovljen leta 2013, zdaj vodilni na področju LOHC s podporo Chevrona in Mitsubishija). GKN Hydrogen (podprt s strani britanskega inženirskega podjetja) razvija sisteme za shranjevanje v kovinskih hidridi za mikroomrežja. Plug Power, čeprav je predvsem znan po gorivnih celicah in elektrolizerjih, inovira tudi na področju utekočinjenja in shranjevanja vodika, da bi podprl svojo nacionalno dostavno mrežo vodika za pogon viličarjev. Zagonska podjetja delajo tudi na kemijskem shranjevanju vodika, kot je Powerpaste (pasta na osnovi magnezijevega hidrida, ki jo je razvil Fraunhofer za manjša vozila) in novih katalizatorjih za razgradnjo amonijaka. Ekosistem sega od malih podjetij s tveganim kapitalom do velikih industrijskih konglomeratov, vsi pa tekmujejo v izboljšanju načinov shranjevanja in transporta vodika.
- Vodilni projekti: Poleg podjetij je treba izpostaviti nekatere projekte, ki so vredni omembe zaradi svoje velikosti in pomena:
- Advanced Clean Energy Storage (Utah, ZDA): Kot je opisano, bo to eno največjih svetovnih skladišč energije iz vodika, s shranjevanjem v jamah, ki je enakovredno enemu dnevu električne energije za veliko mesto. Povezuje sončno/vetrno energijo, masivne elektrolizerje, shranjevanje v solnih jamah in elektrarno na vodik energy.govenergy.gov. Je primer uporabe vodika za sezonsko shranjevanje električne energije v omrežju.
- Hector LOHC Plant (Nemčija): Največja načrtovana LOHC elektrarna na svetu (1.800 ton H₂ na leto). Povezala se bo s projektom Green Hydrogen @ Blue Danube za uvoz vodika, kar prikazuje uporabo LOHC za medregionalno trgovino z vodikom h2-international.com.
- HyStock (Nizozemska): Projekt podjetja Gasunie za razvoj solne jame za vodik in pripadajočih cevovodov, kot del nizozemske strategije za shranjevanje obnovljivega vodika za uravnavanje energije iz vetrnih elektrarn na morju.
- H₂H Saltend (VB): Predlagano vodikovo središče v severovzhodni Angliji, kjer bodo presežke vodika iz industrijske proizvodnje shranjevali (sprva v nadzemnih rezervoarjih, kasneje v podzemnih jamah) za napajanje bližnje elektrarne in industrije.
- Asian Renewable Energy Hub (Avstralija): Ogromen načrtovan projekt za proizvodnjo zelenega vodika in amonijaka v Zahodni Avstraliji za izvoz, ki zahteva shranjevanje in utekočinjenje na lokaciji. Čeprav je primarno usmerjen v proizvodnjo, njegova velikost pomeni, da bodo uporabljene nove tehnologije shranjevanja (kot so amonijevi rezervoarji velikosti naftnih rezervoarjev).
- Japonsko-avstralska dobavna veriga LH₂: Japonski demonstracijski projekti niso le pošiljali LOHC iz Bruneja, temveč tudi tekoči vodik iz Avstralije. Ladja za LH₂ Suiso Frontier je v začetku leta 2022 prepeljala utekočinjen vodik približno 9.000 km, s čimer je dokazala, da je prevoz po morju izvedljiv. Japonski Kawasaki Heavy Industries je izdelal posebne rezervoarje, ki lahko med plovbo ohranjajo vodik pri -253 °C.
- Evropske vodikove doline: EU financira grozde (doline), kjer so proizvodnja, shranjevanje in uporaba vodika integrirani. Mnogi med njimi vključujejo inovativno shranjevanje – na primer projekt v španski Kataloniji gradi vodikovo dolino z podzemnim shranjevanjem v izčrpanem plinskem rezervoarju, švedska dolina pa vključuje podzemno shranjevanje vodika projekta HYBRIT za proizvodnjo jekla.
- Projekt HYBRIT za jeklo (Švedska): Ta projekt preoblikuje proizvodnjo jekla z uporabo vodika namesto premoga. Da bi zagotovili zanesljivo oskrbo jeklarne z vodikom, je HYBRIT zgradil edinstveno podzemno jamo za shranjevanje vodika v Luleåju na Švedskem – v bistvu staro skalno jamo, obloženo in pod pritiskom za shranjevanje vodikovega plina hybritdevelopment.se. Leta 2022 so odprli to 100 m³ shrambo, ki od takrat uspešno deluje in shranjuje vodik, proizveden iz obnovljivih virov, za napajanje pilotne jeklarne hybritdevelopment.se. Gre za manjši obseg kot pri solnih jamah, vendar je to pionirska uporaba shranjevanja vodika za omogočanje neprekinjenega industrijskega delovanja. Primer iz jeklarske industrije kaže, da shranjevanje vodika lahko neposredno razogljiči industrijske procese: pilot HYBRIT je že proizvedel visokokakovostno jeklo z nič emisijami ogljika z uporabo shranjenega vodika brez fosilnih goriv fasken.com.
- Vlada in javni sektor: Nenazadnje so tudi vlade same pomembni akterji prek financiranja in politike. V zadnjih dveh letih smo bili priča neprecedenčnemu valu javnih naložb v vodik. V Združenih državah je dvostrankarski zakon o infrastrukturi iz leta 2021 namenil 8 milijard dolarjev za regionalna čista vodikova središča, kar je privedlo do oktobrske objave leta 2023 o sedmih projektih vodikovih središč, ki bodo prejeli 7 milijard dolarjev zveznih sredstev bidenwhitehouse.archives.gov. Ta središča – razpršena po vsej državi od Pensilvanije do Teksasa in Kalifornije – so pritegnila več kot 40 milijard dolarjev zasebnih soinvesticij bidenwhitehouse.archives.gov. Skupaj si prizadevajo proizvesti 3 milijone ton čistega vodika na leto do leta 2030 (približno tretjina ameriškega cilja za to leto) in ustvariti več deset tisoč delovnih mest bidenwhitehouse.archives.gov. Pomembno je, da številna središča vključujejo načrte za skladiščne jame za vodik, cevovode in distribucijsko infrastrukturo za povezovanje proizvajalcev vodika z uporabniki. Ameriška vlada je uvedla tudi radodarne spodbude, kot je davčna olajšava za proizvodnjo čistega vodika (45V) – do 3 $ na kilogram proizvedenega čistega vodika – za spodbujanje naložb v celotno dobavno verigo projectfinance.law. Ta davčna olajšava (del zakona o zmanjšanju inflacije iz leta 2022) je povzročila 247-odstotni porast načrtovanih vodikovih projektov, saj razvijalci pričakujejo olajšave, ki naredijo zeleni vodik bistveno bolj konkurenčen. V Evropi sta evropski zeleni dogovor in načrt REPowerEU postavila vodik v ospredje. EU si je zadala cilj, da bo do leta 2030 proizvedla 10 milijonov ton obnovljivega vodika letno in uvozila dodatnih 10 milijonov ton energy.ec.europa.eu. Za podporo temu so EU in države članice uvedle programe financiranja, kot so Pomembni projekti skupnega evropskega interesa (IPCEI). V letih 2022–2024 so bili odobreni trije programi IPCEI (Hy2Tech, Hy2Use, Hy2Infra), ki usmerjajo milijarde v vodikovo tehnologijo in infrastrukturo. Hy2Infra IPCEI (februar 2024) izrecno podpira gradnjo »velikih skladiščnih zmogljivosti za vodik in cevovodov« v več državah energy.ec.europa.eu. Poleg tega EU vzpostavlja »Evropsko vodikovo banko« za subvencioniranje zelenegaproizvodnjo vodika in zagotavljanje odkupa, kar posredno pomaga shranjevanju z zagotavljanjem povpraševanja. Posamezne evropske države imajo svoje strategije: Nemčija je na primer podvojila svoja sredstva za vodik na 20 milijard evrov in sofinancira raziskave in razvoj shranjevanja vodika, medtem ko Francija vlaga v tehnologijo rezervoarjev za tekoči vodik za letalstvo. Vlade azijsko-pacifiške regije so prav tako v igri: Japonska namerava do leta 2030 uporabljati 5 milijonov ton vodika na leto in ima strategijo, ki poudarja gradnjo LH₂ prevoznikov in skladiščnih terminalov; Južna Koreja si prizadeva za številna vodikova mesta z energijo iz gorivnih celic in je zgradila velik obrat za shranjevanje vodika in proizvodnjo elektrike iz gorivnih celic (projekt “Hanam Fuel Cell”). Kitajska se trenutno sicer osredotoča na vozila in industrijsko uporabo, vendar hitro povečuje proizvodnjo elektrolizatorjev in bo verjetno uvedla veliko shranjevanje vodika, ko bo vodik vključila v svoj energetski sistem.
Vsi ti igralci in projekti poudarjajo ključno točko: shranjevanje vodika privablja velik kapital in talente po vsem svetu. Sodelovanje uveljavljenih industrij, inovativnih zagonskih podjetij in javnih naložb pospešuje napredek. Ta široka podpora je razlog, zakaj mnogi analitiki verjamejo, da bo vodik tokrat ostal (za razliko od prejšnjih obdobij navdušenja). Kot je dejal eden izmed opazovalcev industrije, je zgodba o vodiku dosegla pravo prelomnico – s tehnološko zrelostjo in ogromnimi naložbami, ki prihajajo, je vodik pripravljen igrati vse pomembnejšo vlogo v globalnem energetskem prehodu fasken.com.
Uporaba: promet, shranjevanje v omrežju in industrijska raba
Kaj bomo pravzaprav počeli z vsem tem shranjenim vodikom? Ena izmed odličnih lastnosti vodika je njegova vsestranskost – isti vodik lahko poganja avtomobil, ogreva tovarniško peč ali napaja elektrarno. Tukaj je nekaj ključnih področij uporabe in kako jih omogoča shranjevanje vodika:
- Prevoz: Vozila na vodikove gorivne celice (FCEV) so eden od stebrov vizije vodikovega gospodarstva. Sem spadajo osebni avtomobili (kot sta Toyota Mirai, Hyundai Nexo), avtobusi, tovornjaki (npr. prototipi podjetij Nikola, Toyota/Kenworth, Hyundai Xcient), vlaki in celo viličarji. Pri vozilih je kompaktna vgrajena shramba ključnega pomena. Večina FCEV uporablja 700-bar tlačne plinske rezervoarje, kot je omenjeno. Ti napredni rezervoarji omogočajo avtomobilom 300–400 milj dosega, zaradi česar so FCEV konkurenčni bencinskim vozilom po dosegu energy.gov. Tovornjaki in avtobusi za težke obremenitve pogosto uporabljajo 350-bar sisteme (večji rezervoarji pri nižjem tlaku), vendar še vedno potrebujejo shranjevanje z visoko gostoto za sprejemljiv doseg/pogostost polnjenja. Tehnologija shranjevanja vodika neposredno vpliva na uporabnost vozil: boljši rezervoarji pomenijo lažja vozila ali daljši doseg. Prednost vodika pred baterijami je hitro polnjenje in manjša teža za enak doseg, zato je zanimiv za prevoz na dolge razdalje in visoko izkoriščenost. Na primer, leta 2023 so Alstomovi vlaki na vodikove gorivne celice začeli voziti v Nemčiji na regionalnih progah – vsak vlak ima rezervoarje za vodik na strehi in lahko prevozi 1.000 km z enim polnjenjem, s čimer nadomešča dizelske vlake na neelektrificiranih tirih. V letalstvu podjetja preizkušajo drone in manjša letala na vodik ter celo razmišljajo o tekočem vodiku za srednje velika letala v 2030-ih. Pomorstvo raziskuje goriva iz vodika: nekateri demonstracijski čolni uporabljajo gorivne celice z vgrajenim shranjevanjem vodika, vendar se mnogi nagibajo k amoniaku ali metanolu (ki zahtevata drugačno vrsto rezervoarjev). Pomembno je tudi, da je potrebna infrastruktura za shranjevanje vodika izven vozil: mreža polnilnic in vodikovih skladišč za oskrbo teh vozil. Za tovorne poti industrija razmišlja o “vodikovih koridorjih” s polnilnicami vsakih 100 milj. V pristaniščih in na letališčih bo shranjevanje vodika (verjetno kot tekočina ali amoniak) morda poganjalo prihodnje ladje in letala. Sektor viličarjev in skladišč je bil ena prvih uspešnih zgodb za vodik – podjetja kot sta Amazon in Walmart že uporabljajo tisoče viličarjev na gorivne celice v distribucijskih centrih. Ti viličarji imajo majhne 350-bar rezervoarje, ki jih upravljavci napolnijo v nekaj minutah na interni polnilni postaji za vodik (ki jo oskrbuje zaloga tekočega vodika ali kompresor in jeklenke na lokaciji). Hitro polnjenje in neprekinjeno delovanje (brez menjave baterije) sta se izkazala za zmagovalno rešitev. To kaže, kako shranjevanje vodika omogoča večjo produktivnost v določenih nišah že danes.
- Shranjevanje energije v omrežju: Ko se delež sončne in vetrne energije v električnih omrežjih povečuje, se povečuje tudi potreba po dolgoročnem shranjevanju za izravnavo njihove spremenljivosti. Baterije so odlične za nekaj ur, vendar je za shranjevanje dnevne ali tedenske količine energije vodik močan kandidat. Ideja je uporabiti presežek obnovljive energije (na primer vetrovni dnevi ali sončni vikendi, ko je povpraševanje nizko) za proizvodnjo vodika z elektrolizo, shraniti ta vodik v rezervoarjih ali jamah, nato pa ga uporabiti v gorivnih celicah ali turbinah za proizvodnjo elektrike, ko je to potrebno (na primer v daljšem obdobju oblačnega vremena ali zimskih brezvetrjih). To v bistvu ustvarja rezervo obnovljive energije. Pilotni projekti so že v teku: poleg ACES v Utahu v Evropi projekt “BigBattery” v Avstriji shranjuje obnovljivi vodik v jami, da napaja plinsko turbino za pokrivanje konic. Nemški projekt Uniper, ki smo ga omenili, bo preizkusil, kako lahko solna jama pomaga uravnotežiti omrežje in zagotoviti energetsko varnost z zadrževanjem zelenega vodika, ki ga je mogoče hitro sprostiti. Če se to izkaže za uspešno, bi lahko države vzdrževale strateške rezerve vodika podobno kot strateške rezerve nafte – vendar za čisto energijo. Druga uporaba v omrežju je power-to-gas: pretvorba obnovljive elektrike v vodik in vbrizgavanje v plinsko omrežje (kot mešanica ali pretvorjen v sintetični metan) za shranjevanje energije v obstoječi plinski infrastrukturi. Nekatera energetska podjetja to že izvajajo v manjšem obsegu, v bistvu uporabljajo omrežje zemeljskega plina kot velikansko “baterijo” z sezonskim vbrizgavanjem vodika. Vodik lahko zagotavlja tudi omrežne storitve: elektrarne na gorivne celice se lahko hitro prilagajajo za stabilizacijo frekvence ali pa razpršeni generatorji na gorivne celice zagotavljajo rezervno napajanje bolnišnicam in podatkovnim centrom (gorivne celice z lokalnim shranjevanjem vodika so bile nameščene za kritično rezervno napajanje, saj lahko imajo večdnevno zalogo goriva na lokaciji, v nekaterih primerih celo daljšo kot dizelski generatorji).
- Industrijska uporaba: Vodik se že uporablja v industriji (rafinerije, tovarne gnojil, kemične tovarne) – vendar večinoma kot “sivi” vodik iz fosilnih goriv. Prehod pomeni uporabo čistega vodika v istih procesih za odpravo emisij CO₂. Na primer, naftne rafinerije uporabljajo vodik za razžveplanje goriv; lahko bi uporabljale zeleni vodik iz bližnjega elektrolizerja in ga shranjevale na lokaciji za zanesljivo oskrbo. Tovarne amonijevih gnojil potrebujejo vodik kot surovino; novi projekti si prizadevajo proizvajati zeleni amonijak z uporabo shranjenega vodika iz spremenljivih obnovljivih virov. Proizvodnja jekla je izjemna priložnost: tradicionalno se jeklo proizvaja s premogom v plavžih, vendar lahko uporaba vodika v postopku neposredno reducirane železove rude (DRI) zmanjša CO₂ za več kot 90 %. Projekt HYBRIT na Švedskem je v letih 2021–2022 dokazal, da je mogoče s fosilno neodvisnim vodikom proizvesti visokokakovostno jeklo fasken.com. Vodik začasno shranjujejo na lokaciji, tako da lahko jeklarna obratuje 24/7, tudi če elektrolizerji ali vetrna energija nihajo. ArcelorMittal in drugi jeklarski velikani sledijo temu z zgledom, z demonstracijskimi pečmi na vodik v Nemčiji, Kanadi itd. Tu je shranjevanje vodika (tudi če gre le za rezervoarje za nekaj ur zaloge) ključno za neprekinjen industrijski proces in preprečevanje izpadov. Druge industrijske uporabe vključujejo visokotemperaturno toploto v proizvodnji cementa ali stekla – vodik se lahko shrani in nato zgoreva v pečeh za zagotavljanje zelo visoke toplote brez CO₂. Nekatere eksperimentalne steklarne (npr. v Nemčiji) so že poganjale peči z mešanicami vodika. Vbrizgavanje v omrežje za ogrevanje: vodikove peči bi lahko nekoč zagotavljale toploto za stavbe ali industrijsko paro. V Združenem kraljestvu pilotni projekt “Hydrogen Homes” prikazuje peči in štedilnike na 100 % vodik; če bi plinovod v mestu preklopil na vodik, bi to zahtevalo centralizirano proizvodnjo in shranjevanje vodika za obvladovanje nihanj povpraševanja (npr. velik rezervoar za jutranje konice ogrevanja). Rastoča industrijska uporaba je shranjevanje energije z vodikom na oddaljenih lokacijah ali mikroomrežjih – v bistvu zamenjava dizelskih generatorjev z vodikovimi rešitvami. Na primer, telekomunikacijski stolpi ali izolirani laboratoriji lahko uporabljajo sončne celice + elektrolizer za proizvodnjo vodika, ga shranjujejo v jeklenkah ali kovinskih hidridi, nato pa uporabijo gorivne celice, ko je ponoči potrebna energija. Tudi nekateri podatkovni centri preizkušajo gorivne celice na vodik kot rezervno napajanje namesto dizelskih agregatov, kar vključuje shranjevanje vodika na lokaciji (običajno v tlačnih rezervoarjih).
Povzetek: shranjevanje vodika omogoča prilagodljivost: loči proizvodnjo vodika od njegove uporabe. To pomeni, da se lahko vozila na vodik hitro napolnijo, ker je bil gorivo predhodno proizveden in shranjen; elektrarne lahko povečajo proizvodnjo z uporabo shranjenega vodika, narejenega v cenejših, manj obremenjenih obdobjih; tovarne lahko obratujejo brez prekinitev, ker imajo zaloge vodika na voljo. Z razširitvijo teh aplikacij se povečuje povpraševanje po boljših in cenejših rešitvah za shranjevanje vodika, kar ustvarja pozitiven krog izboljšav tehnologije in obsega.
Najnovejše novice, trendi in politični premiki (2024–2025)
Področje shranjevanja vodika se hitro razvija, z rednimi novicami o novih projektih in podpornih politikah. Tukaj je nekaj pomembnejših nedavnih dogodkov iz preteklega leta:
- Vodikovi centri in nepričakovani finančni dobički: Konec leta 2023 je ameriško ministrstvo za energijo razglasilo zmagovalce svojega programa Regional Clean Hydrogen Hubs – sedem projektov po vsej državi, od Kalifornije do Pensilvanije, ki si bodo razdelili 7 milijard dolarjev zveznega financiranja bidenwhitehouse.archives.gov. Pričakuje se, da bodo ti centri pritegnili še več kot 40 milijard dolarjev zasebnih naložb bidenwhitehouse.archives.gov in ZDA postavili na pot, da bodo v desetih letih proizvedle več kot 3 milijone ton vodika na leto bidenwhitehouse.archives.gov. Ključno je, da številni centri vključujejo namenske komponente za shranjevanje vodika (npr. načrtovane jame v Teksasu in Louisiani, velike skladiščne rezervoarje v Kaliforniji) za uravnavanje ponudbe in povpraševanja. Ta kapitalska injekcija je ena največjih doslej v vodikovo infrastrukturo v ZDA in kaže na močno politično voljo. Za dodatno zaupanje je ameriško finančno ministrstvo leta 2023 pojasnilo pravila za davčno olajšavo za proizvodnjo vodika (45V), kar zagotavlja, da lahko proizvajalci za čisti vodik prejmejo do 3 $/kg projectfinance.law – kar je prelomnica za ekonomiko. Posledično so podjetja, kot so Plug Power, Air Products in več razvijalcev obnovljivih virov energije, močno povečala svoje portfelje vodikovih projektov v Severni Ameriki.
- Pospešitev vodika v Evropi: Evropa je podvojila prizadevanja na področju vodika kot odgovor na skrbi glede energetske varnosti (po plinski krizi leta 2022) in podnebne cilje. Maja 2024 je EU odobrila IPCEI Hy2Move, večdržavni projekt, ki pokriva celotno vrednostno verigo vodika, vključno z inovacijami na področju shranjevanja energy.ec.europa.eu. EU je v letih 2023–2024 uvedla tudi nova pravila (prek svežnja za trg vodika in razogljičenih plinov), da bi olajšala razvoj infrastrukture in trgovanje z vodikom energy.ec.europa.eu. Ena od novih pobud EU je Evropska vodikova banka, ki pripravlja prve dražbe za subvencioniranje razlike v ceni za zeleni vodik – s tem dejansko zagotavlja trg za vodik, da lahko projekti (in skladišča) delujejo s stabilnimi prihodki. Več evropskih držav je posodobilo svoje strategije za vodik: Nemčija je povečala svoj cilj povpraševanja po vodiku do leta 2030 in financira nacionalno vodikovo omrežje; Združeno kraljestvo je napovedalo strategijo za leto 2023, ki vključuje preizkuse 100-odstotnega ogrevanja domov z vodikom in namenilo sredstva za tekmovanja na področju shranjevanja vodika (npr. Net Zero Innovation Portfolio). Italija in Španija sta začeli s pilotnimi projekti, ki v plinovodih mešajo vodik do 10 %. Za odpravo tehničnih ovir je EU konec leta 2024 objavila smernice za pospešitev dovoljevanja skladišč vodika in jih prepoznala kot ključno infrastrukturo.
- Premiki v Aziji in Pacifiku: Japonska, pionirka na področju vodika, je junija 2023 posodobila svojo osnovno strategijo za vodik, podvojila cilj oskrbe z vodikom do leta 2030 na 12 milijonov ton (vključno z uvoženim amoniakom) in obljubila 107 milijard dolarjev javno-zasebnih sredstev v 15 letih za izgradnjo dobavnih verig. To vključuje financiranje več nosilcev tekočega vodika, skladiščnih terminalov in morda omrežja vodikovodov v japonskih industrijskih regijah. Južna Koreja je sprejela zakon o vodikovem gospodarstvu, ki zagotavlja spodbude za gradnjo objektov za proizvodnjo in shranjevanje vodika ter si prizadeva za široko uporabo gorivnih celic v proizvodnji električne energije (kar zahteva zanesljivo oskrbo in shranjevanje vodika). Avstralija je leta 2023 namenila dodatna sredstva za svoj program regionalnih vodikovih središč, s projekti, kot je Western Sydney Hydrogen Hub, ki se osredotoča na shranjevanje vodika za lokalno industrijo in promet. In Kitajska, ki že vodi v proizvodnji elektrolizatorjev, je v začetku leta 2025 napovedala vrsto »vodikovih industrijskih parkov« v različnih provincah – čeprav so podrobnosti skope, bodo ta središča verjetno vključevala velika skladišča za industrijski vodik in polnjenje vozil, kar je v skladu s kitajskim ciljem, da bo do leta 2025 na cestah 50.000 FCEV vozil.
- Preboji in tehnologiji in demonstracije: Prej smo videli nekaj prebojev na področju materialov (kot so MOF-i in novi hidridi), o katerih so poročali leta 2024. Poleg tega podjetja povečujejo obseg preverjenih tehnologij: aprila 2025 je Hydrogenious LOHC prejel dovoljenje za obrat za shranjevanje Hector LOHC (največji na svetu) h2-international.com, kar pomeni prehod LOHC iz pilotne v popolnoma komercialno fazo. Prav tako je leta 2024 evropski konzorcij demonstriral trdno shranjevanje vodika za polnjenje električnih vozil izven omrežja: v bistvu prikolica s kovinskimi hidridi, ki shranjujejo vodik za pogon gorivnega člena, ki ga je mogoče parkirati in z njim polniti električne avtomobile na oddaljenih lokacijah – ustvarjalna stranska uporaba. Na področju kriogenike so NASA in zasebna vesoljska podjetja nadaljevala z inovacijami na področju ultra-hladnega shranjevanja: pozni preizkus NASA leta 2024 je dokazal novo izolacijsko tehniko, ki je zmanjšala izparevanje v rezervoarjih za tekoči vodik za 50 %, kar bi lahko pomenilo učinkovitejše kopensko shranjevanje in transport LH₂. In kar je posebej pomembno, se je Uniperjev pilotni projekt v solni jami v Nemčiji začel polniti z vodikom septembra 2024 gasworld.com, zaradi česar je ena prvih aktivnih vodikovih jam na svetu. Prvi rezultati kažejo uspešno tesnjenje in pridobivanje vodika, kar je spodbuden znak za podobne projekte. Vsak od teh mejnikov – dovoljenja, demonstracije, izboljšanje učinkovitosti – krepi zaupanje, da je povečanje obsega shranjevanja vodika ne le mogoče, ampak se dogaja že zdaj.
- Izjave vodilnih v industriji: Občutki v industriji so močno optimistični, čeprav realistični glede izzivov. Na primer, Sanjiv Lamba, izvršni direktor podjetja Linde, je leta 2024 opozoril, da je treba tehnologijo elektrolizatorjev in stroške še izboljšati za resnično množično uvedbo zelenega vodika gasworld.comgasworld.com. Njegova izjava poudarja, da bo znižanje stroškov proizvodnje vodika naredilo projekte shranjevanja ekonomsko bolj izvedljive. Po bolj optimistični plati je Ben Nyland, izvršni direktor podjetja Loop Energy (podjetje za gorivne celice), konec leta 2023 dejal: »Na prelomni točki smo, ko se bodo vodikove rešitve hitro razširile – tehnologija je pripravljena, volja za uvedbo pa obstaja.« Podobno Jorgo Chatzimarkakis, izvršni direktor Hydrogen Europe (industrijsko združenje), pogosto poudarja, da številni evropski projekti »dokazujejo, da vodikovo gospodarstvo postaja resničnost« in da je poudarek zdaj na izvedbi: gradnji rezervoarjev, jam, cevovodov, tovornjakov in vsega, ne le na pogovorih o njih. In če se vrnemo k naši prejšnji omembi zagona, je IEA v svojem Global Hydrogen Review 2023 zapisala, da povpraševanje po vodiku in projekti rastejo hitreje kot kdaj koli prej, vendar je tudi pozvala vlade, naj »se osredotočijo na infrastrukturo in shranjevanje«, saj bi to lahko postalo ozko grlo, če bo zanemarjeno.
- Izzivi politike: Omeniti velja nekaj nasprotnih tokov. Nekateri analitiki in okoljske skupine pozivajo k previdnosti pri določenih načinih uporabe vodika (na primer menijo, da je mešanje v ogrevanje domov neučinkovito v primerjavi z neposredno elektrifikacijo). Pojavljajo se pozivi, naj se uporaba vodika usmeri v sektorje, ki ga resnično potrebujejo (kot sta industrija in težki promet), in naj se ne zapravljajo sredstva za področja, kjer obstajajo alternative. Ta razprava lahko vpliva na politično podporo določenim projektom shranjevanja – npr. ali bodo vlade subvencionirale vodik za ogrevanje gospodinjstev (kar bi pomenilo vlaganje v distribucijo in shranjevanje) ali pa se bodo osredotočile na industrijska središča. Poleg tega so varnostni incidenti (na srečo redki) opomniki, da je treba ohranjati stroge standarde – eksplozija na vodikovi polnilni postaji na Norveškem leta 2019 in eksplozija vodikove prikolice v Kaliforniji leta 2022 sta obe povzročili začasno upočasnitev postavljanja postaj, dokler niso bile ugotovljene in odpravljene napake (v teh primerih so bile ugotovljene proizvodne napake). Odločevalci še naprej izpopolnjujejo predpise, da zagotovijo, da je vodik uporabljen varno in trajnostno. Splošno gledano je politični trend podporen, vendar s poudarkom na usmerjanju vodika tja, kjer ima največji učinek.
Če pogledamo razvoj, bo druga polovica 2020-ih prelomno obdobje za shranjevanje vodika. Po svetu bo verjetno zgrajenih več deset več-megavatnih ali kilotonskih skladiščnih lokacij, ki bodo napajale rastočo mrežo uporabnikov vodika. Ob močni politični podpori, tehnološkem napredku in podjetjih, ki želijo vlagati, vodik vztrajno prehaja iz navdušenja v dejansko uporabo.
Zaključek: Proti prihodnosti na vodikov pogon
Skladiščenje vodika, ki je bilo nekoč nišna tehnična tema, je zdaj postalo temeljni del načrtov za čisto energijo po vsem svetu. Zmožnost varnega in učinkovitega shranjevanja vodika nam omogoča, da na novo premislimo naše energetske sisteme – od avtomobilov in tovornjakov, ki izpuščajo le vodo, do elektroenergetskih omrežij, ki lahko shranijo zimski veter za poletno toploto, do težke industrije, kot sta jeklarstvo in kemija, ki lahko delujeta brez emisij ogljika. Izzivi seveda ostajajo, vključno z zniževanjem stroškov in nadaljnjim izboljševanjem gostote shranjevanja. A kot smo videli, se globalni val inovacij in naložb teh izzivov loteva neposredno.
Vsaka metoda shranjevanja – visokotlačne posode, kriogene tekočine, kovinske hidridi, kemični nosilci – prispeva svoj del k rešitvi. V prihodnjih letih bomo verjetno videli, da bodo te rešitve izpopolnjene in pametno kombinirane (predstavljajte si na primer prihodnjo vodikovo polnilno postajo, ki uporablja krio črpalko za polnjenje avtomobilov, rezervoarje s kovinskimi hidridi za uravnavanje zaloge in tovornjak LOHC, ki občasno pripelje vodik, zajet na oddaljeni vetrni elektrarni). Revolucija shranjevanja vodika ni v tem, da bi ena tehnologija prevladala, temveč v tem, da se uporabi prava kombinacija rešitev za vsako uporabo.
Zagon za vodik je resničen in se krepi. »Prišel je čas za vodik,« kot je zapisal en energetski poročilo fasken.com, pri čemer poudarja, da še nikoli ni bilo tako močne povezave med podnebnimi potrebami, tehnološko pripravljenostjo in politično podporo. Glavna gospodarstva vlagajo milijarde v vodikovo infrastrukturo, zasebni sektor pa jim sledi korak za korakom. To pomeni, da je tisto, kar je bilo nekoč teoretično – na primer, poganjanje celotne jeklarne z vodikom ali napajanje mesta med tedenskim izpadom elektrike s shranjenim vodikom – zdaj praktično na obzorju.
Za javnost bodo razvoj na področju shranjevanja vodika kmalu morda opazni tudi v vsakdanjem življenju: morda v obliki večjega števila avtobusov na vodikove gorivne celice, ki tiho vozijo po mestnih ulicah, ali novih oznak »H₂« na polnilnih postajah, ali pa v lokalnih novicah o projektu shranjevanja energije, ki namesto ogromne baterijske farme uporablja podzemni vodik. To so znaki premika v načinu razmišljanja o gorivih. Vodik, najpreprostejši element, je pripravljen prevzeti kompleksno in neprecenljivo vlogo v naši preobrazbi v čisto energijo. Če obvladamo njegovo shranjevanje, odklenemo njegov polni potencial kot čistega, prilagodljivega nosilca energije.
Pot naprej bo zahtevala nadaljnje sodelovanje med znanstveniki, inženirji, industrijo in vladami, da zagotovimo, da bodo sistemi za shranjevanje vodika varni, dostopni in povezani z našimi širšimi energetskimi omrežji. Če pa je trenutna smer kakršen koli pokazatelj, se bodo ti napori obrestovali. Shranjevanje najlažjega plina v vesolju ni lahka naloga, a z iznajdljivostjo nam lahko prav to osvetli pot v trajnostno energetsko prihodnost. Kot pogosto pravijo vodilni v vodikovi industriji, je tokrat res drugače – priča smo rojstvu vodikove dobe, robustno shranjevanje vodika pa je ključ, ki vse to povezuje. fasken.comiea.org
Viri:cs/eus-energy-system/hydrogen_en#:~:text=Prednostna naloga za EU, nič, in trajnostni razvoj” target=”_blank” rel=”noreferrer noopener”>energy.ec.europa.eu, fasken.com, gasworld.com.
