Pasaulē ūdeņradi redz kā būtisku tehnoloģiju, lai samazinātu fosilo resursu izmantošanu. Ūdeņraža tehnoloģiju attīstība Latvijā vēl ir sākuma stadijā, taču iespēja ražot zaļo ūdeņradi no atjaunīgajiem energoresursiem mums ir. Kā uzsver nozares eksperti, ūdeņraža ražošanas tehnoloģijas ir pieejamas jau šodien, jāatrod tikai risinājumi, kā tās visefektīvāk pielietot.
Sastopams it visur
Eiropas Komisija jau 2020. gadā nāca klajā ar Ūdeņraža stratēģiju klimatneitrālai Eiropai. Tās mērķis ir paātrināt tīra ūdeņraža tehnoloģiju izstrādi un līdz 2050. gadam panākt, ka ūdeņradis ir klimatneitrālas energosistēmas stūrakmens.
"Ūdeņradis ir viens no visizplatītākajiem elementiem kosmosā un uz Zemes. Kosmosā tas ir sastopams kā gāze, uz Zemes tas ir atrodams tikai savienojumos. Visizplatītākais ūdeņraža savienojums ir ar skābekli, kuru dēvējam par ūdeņraža oksīdu jeb vienkārši ūdeni. Otrs visplašāk zināmais oglekļa ūdeņraža savienojums ar daudziem dažādiem piemaisījumiem ir degviela – benzīns, dīzeļdegviela, taču mūsdienās automašīnas jau varam darbināt ar ūdeņradi. Ja mediķi teiktu, ka mēs nevaram dzīvot bez skābekļa, tad fiziķi – ka bez ūdeņraža," saka Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūta Enerģijas materiālu laboratorijas pētniece Līga Grīnberga.
Melnais, brūnais, zaļais…
Pastāv dažādi ūdeņraža veidi, ko atbilstīgi ražošanas procesam un no tā izrietošajām siltumnīcefekta gāzu (SEG) emisijām var iedalīt vairākās grupās. Ir melnais ūdeņradis, ko iegūst no melnoglēm, bet tam ir daudz un dažādi piemaisījumi. Brūno ūdeņradi iegūst no brūnoglēm, savukārt pelēkais ūdeņradis rodas no dabasgāzes, taču ražošanas procesā netiek savākts CO2. Turpretim, ja CO2 tiek savākts, tad šis jau ir zilais ūdeņradis. Ja dabasgāzi CH4 bez skābekļa augstā temperatūrā sadala, šādā procesā nevar rasties CO2, bet tie iegūta ogle, kas cietā veidā izbirst kā pulveris. Šādam ūdeņradim ir piešķirta tirkīza krāsa. Rozā ūdeņradis ir kodolelektrolīzes ūdeņradis, ko iegūst no kodolenerģijas, bet zaļo ūdeņradi iegūst elektrolīzes ceļā – ar elektrību sadala ūdeni skābeklī un ūdeņradī. Zaļā ūdeņraža iegūšanā izmanto tikai atjaunīgos dabas resursus. Vēl var sīkāk izdalīt dzelteno ūdeņradi, kura atjaunīgais enerģijas avots ir saule un vējš, taču kopumā runa ir par zaļo ūdeņradi, dažādo iedalījumu uzskaita zinātniece.
Kāpēc ūdeņradim ir radusies iespēja tieši tagad? "Lai pārietu uz zaļo enerģiju un aizietu prom no fosilajiem avotiem, mums ir vajadzīgs aizstāšanas elements," skaidro L. Grīnberga un piebilst: "Pasaulē patlaban esošajā mūsu enerģētikas patēriņā ap 25% ir elektrība un pārējie 75% – molekulas: degviela, malka, viss, kas ir ciets vai gāzveida, bet nav elektrība. Lai pilnvērtīgi izmantotu saules un vēja enerģiju, mums vitāli ir vajadzīgas enerģijas uzkrāšanas tehnoloģijas. Baterijas būtu viens risinājums, kas lieti noderēs īstermiņa enerģijas uzkrāšanai, bet otrs risinājums ir ūdeņradis, ko var saražot no zaļās enerģijas un izmantot kā vidējā un ilgtermiņa enerģijas uzkrāšanas risinājumu. Tas ir veids, kā lieko zaļās enerģijas pārprodukciju, kuru uzreiz nevaram izmantot, varam pārvērst molekulās un novirzīt vēlākam laikam, radot tā saukto laikā novirzītās enerģijas efektu."
Ir daudzas nozares, kur tieši ūdeņradis būtu laba alternatīva nākotnē. Ūdeņradis ir viens no pamatelementiem, no kā sastāv trīs ceturtdaļas redzamā izplatījuma. "Arī katrā no mums ir ap 10% ūdeņraža dažādu savienojumu veidā. Tas ir pamatelements, pie kā ir iespēja atkal atgriezties un izmantot to cilvēces vajadzību nodrošināšanai aprites ciklā. Esam izmantojuši malku, naftu, gāzi. Tagad cilvēce ir tādā attīstības posmā, ka spējam šo pamatelementu vērtīgi izmantot, liekot lietā pieejamās tehnoloģijas – sašķeļot ūdeni vai pārvēršot biomasu ūdeņradī. Ūdeņradi sadedzinot vai izmantojot degvielas šūnās, lai ražotu enerģiju, mēs rezultātā iegūstam siltuma vai elektrisko enerģiju, un pāri paliek ūdens. Cikls noslēdzas, mēs neko no zemes nepaņemam, kā tas ir ar fosilajiem risinājumiem. Tas ir tas satriecošākais, cik daudz kas cilvēcei bija jāpiedzīvo, lai tā savā eksistencē nonāktu atpakaļ pie pamatelementa," spriež Latvijas Ūdeņraža alianses darbības koordinators, uzņēmuma H2Latvia vadītājs, Zaļo un viedo tehnoloģiju klastera projekta vadītājs Kaspars Liepiņš.
Trīsreiz vairāk enerģijas
Uz to, cik ūdeņraža iegūšana ir videi draudzīga, var skatīties dažādi. "Lai iegūtu ūdeņradi, ir jāpievada enerģija. Ir jāizmanto enerģija, lai izveidotu saules paneļus, ūdeņraža uzglabāšanas iekārtas un lai izveidotu degšūnas, ar kurām no ūdeņraža iegūst atpakaļ enerģiju. Šeit ir tas mīnuss, par ko daudzi uztraucas un ne bez pamatojuma, jo visā procesā būs zaudējumi. Jāiegulda nauda arī tehnoloģijās, taču jāskatās uz visu plašāk. Varam jau turpināt dedzināt akmeņogles, bet to ietekme uz vidi ir graujoša. Ja ūdeņradi iegūstam ar atjaunīgiem enerģijas resursiem, tad ietekme uz vidi ir daudz saudzīgāka. Ūdeņradim sadegot, rodas ūdens, un tā enerģija, kas izdalās, arī ir tā, ko iegūstam. Mēs varam iegūt trīs reizes vairāk enerģijas no kilograma ūdeņraža nekā no kilograma benzīna. Šobrīd jau ar kilogramu ūdeņraža var nobraukt 120 kilometrus," zina teikt L. Grīnberga.
Mūsdienās ūdeņradi visbiežāk izmanto metanola un amonjaka rūpniecībā, kā arī naftas rafinēšanā. Jāpiezīmē, ka Rīga ir vienīgā Baltijas valstu pilsēta, kurā darbojas ūdeņraža uzpildes stacijas un pa ielām braukā ūdeņraža elektriskie trolejbusi. Arī nākotnē visvairāk ūdeņradi varētu izmantot transporta jomā, lai degvielu varētu aizstāt ar ūdeņradi. Šobrīd elektromobiļi, kā Tesla, tiek salīdzināti ar ūdeņraža automašīnām. Līdz 120 kilometru izbraucieniem ar uzlādes iespējām šādas automašīnas ir konkurenti ūdeņraža transportam, jo ūdeņraža cena šobrīd ir augsta. Taču nākotnē ūdeņradi kā degvielu ērti būtu izmantot tāliem maršrutiem, piemēram, kravas automašīnām, sabiedriskajam transportam, kuģniecībā, aviācijā. Arī Latvijā tiek spriests par ūdeņraža lidmašīnu iespējamo būvniecību.
Izaicinājumu netrūkst
Kādi ir zaļā ūdeņraža izaicinājumi? Viens no galvenajiem izaicinājumiem ir augstā cena, tāpēc ir jāiemācās materiālus izmantot efektīvāk, nekā to darām šodien – tad varēsim panākt rezultātu ar krietni mazākiem resursiem.
Otrs izaicinājums ir tehnoloģijas, lai ražotu ūdeņradi, kas patiešām ir zaļš, izmantojot saules paneļus un vēja turbīnas. Zaļā ūdeņraža iegūšanā tehnoloģiskais izaicinājums ir pati procesa ķēdīte. Ūdeņradis jāsaražo, jāuzglabā, jānogādā – katrā no posmiem tiek zaudēta enerģija. Nākotnē tehnoloģijām ir jāpanāk, lai šis zudums būtu arvien mazāks.
Protams, ir arī virkne citu izaicinājumu. Gan tirgus, gan cilvēku izglītošana ūdeņraža jautājumos. "Daudzi, izdzirdot par ūdeņradi, baidās, vai tas nav sprādzienbīstams. Līdzīgi kā ar atomenerģiju – vai tad to mēs neizmantojam? Izmantojam! Šodien tā ir daudz drošāka nekā pirms 50 gadiem. Ar ūdeņradi ir precīzi tas pats – šobrīd drošība ir augstā līmenī un gadu gaitā vēl uzlabosies," salīdzina Latvijas Ūdeņraža asociācijas pārstāvis, Dinex grupas inovatīvo tehnoloģiju vadītājs Romāns Pjankovskis. Viņš min, ka arī Latvijai kā valstij vajag definēt savu stratēģiju, motivēt uzņēmējus nebaidīties attīstīties šajā nozarē: "Latvijai ūdeņradis ir svarīgs, jo tas var dot mums arī enerģētisko neatkarību."
Septembrī Rīgā notika vērienīga Tech Tour konference, kurā bija pārstāvēts ne tikai finanšu kapitāls, kas iegulda ar ūdeņradi saistītās tehnoloģijās, bet arī uzņēmumi, kas ražo ūdeņradi, uztur, piegādā to. "Ir prieks redzēt, ka arī Latvijā ir ieceres un jau nodibināti uzņēmumi, kas pārstāv katru posmu. Mūsu asociācija veiksmīgi darbojas, apvienojot visus nozares spēlētājus. Mēs veidojam Ūdeņraža ieleju, kur veidojas ekosistēma, un šajā ekosistēmā dažādi Latvijas uzņēmumi sadarbojas savā starpā, lai veidotu vēl lielāku pievienoto vērtību. Šis nav stāsts par šodienu, bet par ilgtermiņu nākotnē, kādu enerģijas avotu izmantos mūsu nākamās paaudzes," stāsta R. Pjankovskis.
Liels potenciāls nākotnē
Patlaban pasaulē ik gadu tiek saražots aptuveni 92 miljoni tonnu ūdeņraža. 98% no tiem ir pelēkais ūdeņradis, kuru izmanto ķīmijas un naftas pārstrādes nozarēs. Savukārt viens līdz divi procenti ir zaļais ūdeņradis. Nākotnē laba iespēja būtu izmantot tieši zaļo ūdeņradi naftas pārstrādes, ķīmisko produktu ražošanas un metalurģijas nozarēs. Pirms desmit gadiem, zaļā ūdeņraža nozarei sperot pirmos soļus, akcents tika vairāk likts uz vieglā un sabiedriskā transporta risinājumiem, bet šeit labi tiek galā, izmatojot bateriju un tās uzlādi. Savukārt rūpniecības, kuģniecības, aviācijas nozarēs zaļā ūdeņraža loma būtu vēl nozīmīgāka. Viena vidēja metalurģijas rūpnīca patērē aptuveni tikpat daudz ūdeņraža gadā, cik simt tūkstoši ūdeņraža autobusu. Šādu metalurģijas rūpnīcu Eiropā ir vairāk nekā simt.
"Latvija sevi varētu pozicionēt kā eksportspējīgu valsti ūdeņraža ražošanā. Ar mazāku patēriņu uz vietas, ja nerunā par mūsu enerģētikas, cementa, ģipša, stiklsšķiedras ražošanu, mums ir iespēja piedalīties Eiropas ūdeņraža vajadzību piepildīšanā. Vācija jau sen ir paziņojusi, ka nespēs pati saražot visu sev nepieciešamo ūdeņradi. Viņiem būs vajadzīgs imports. Ieviešot jau patlaban pieejamās modernās tehnoloģijas un ļaujot pilnvērtīgi attīstīties atjaunīgās enerģijas ražošanas jaudām, mēs spējam ne tikai pilnībā sekmīgi realizēt zaļo transformāciju, bet arī kļūt par valsti, kura šeit uz vietas spēj saražot zaļo degvielu – ūdeņradi un tā tālākas sintēzes produktus, tādus kā e-metanolu, zaļo amonjaku, ilgtspējīgo aviācijas degvielu (SAF)," ir pārliecināts K. Liepiņš.
Strādā pie stratēģijas
Klimata un enerģētikas ministrija šobrīd piedalās ūdeņraža tirgus darbības modeļa izveidē, diskutējot par tādiem jautājumiem kā pieļaujamais ūdeņraža ievadīšanas apjoms dabasgāzes sistēmā, kā arī ūdeņraža infrastruktūras darbības regulējums.
Arī Nacionālajā enerģētikas un klimata plānā, kas jārealizē līdz 2030. gadam, ir paredzētas aktivitātes ūdeņraža nozares attīstības veicināšanai, piemēram, uzstādīt publiski pieejamus ūdeņraža uzpildes punktus, tos pēc iespējas pielāgojot transportlīdzekļu, īpaši kravas transporta, plūsmai un atjaunīgās elektroenerģijas ražošanas staciju izvietojumam. Paredzēts arī sniegt atbalstu pašvaldībām ūdeņraža uzpildes staciju izbūvei, ūdeņraža sabiedriskā transporta transportlīdzekļu iegādei.
"Ikgadējs atjaunīgo energoresursu (AE) īpatsvara pienākums (piejaukums) dabasgāzei, kas attieksies uz dabasgāzes tirgotājiem, kuri dabasgāzi piegādā ēkām vai centralizētajai apkures sistēmai, nosaka pienākumu ikgadēji nodrošināt vismaz 3% AE īpatsvaru. Dabasgāzes tirgotāji to varēs izpildīt, izmantojot, piemēram, biometānu vai ūdeņradi, kas tiktu ievadīts kopējā dabasgāzes tīklā vai tiktu piegādāts, neizmantojot dabasgāzes pārvades vai sadales sistēmu. Vienlaikus jāuzsver, ka Latvijas pārvades sistēmas operators AS Conexus Baltic Grid ir uzsācis dalību divos vērienīgos ūdeņraža infrastruktūras attīstības projektos. AS Conexus Baltic Grid kopīgi ar citu valstu pārvades sistēmu operatoriem Gasgrid Finland (Somija), Elering (Igaunija), Amber Grid (Lietuva), Gaz System Poland (Polija) un Ontras (Vācija) ir uzsākuši Ziemeļu-Baltijas ūdeņraža koridora projektu, kā ietvaros pozitīva socioekonomiskā un tehniskā izvērtējuma gadījumā līdz 2030. gadam optimistiskākajā scenārijā ir paredzēts izveidot pārrobežu ūdeņraža pārvades koridoru no Somijas caur Igauniju, Latviju, Lietuvu un Poliju līdz Vācijai," pastāsta Klimata un enerģētikas ministrijas Stratēģiskās koordinācijas departamenta direktores vietniece Baiba Jakobsone.