Ogrevanje z vodikom: Inovativna kondenzacijska tehnologija za podnebno nevtralnost

V naslednjih letih se obetajo številne nacionalne in mednarodne iniciative, ki bodo spodbujale širitev proizvodnih zmogljivosti za vodik. Tudi prihodnost ogrevanja bo nedvomno povezana z vodikom, saj je že danes mogoče dodajati zemeljskemu plinu do 20 odstotkov vodika in s tem občutno zmanjšati izpuste CO₂. Tehnologija, ki to omogoča je že nameščena v tisočih ogrevalnih sistemih.

V naslednjih letih se obetajo številne nacionalne in mednarodne iniciative, ki bodo spodbujale širitev proizvodnih zmogljivosti za vodik. Na tem področju je zelo dejavna Nemčija, ki je že sprejela Nacionalno strategijo za vodik. Tudi prihodnost ogrevanja bo nedvomno povezana z vodikom, saj je že danes mogoče dodajati zemeljskemu plinu do 20 odstotkov vodika in s tem občutno zmanjšati izpuste CO₂. Tehnologija, ki to omogoča je nameščena v tisočih ogrevalnih sistemih, njeni proizvajalci pa še naprej razvijajo nove, še boljše in ustreznejše rešitve.

Vodik za ogrevanje je neločljivo povezan z elektrifikacijo, kar potrošnikom in podjetjem omogoča smotrno vlaganje v ogrevanje stavb brez CO₂. Kot je pokazala pilotna študija nemške agencije za energijo DENA (www.dena.de), bi lahko mešanica električne energije in vodika v stavbnem sektorju do leta 2050 zmanjšala stroške energetskega sistema za najmanj 260 milijard EUR. Širitev elektroenergetskih omrežij in rezervnih elektrarn, ki bi bile sicer nujne za večjo elektrifikacijo ogrevalnega sektorja, bi lahko znatno omejili, če bi obstoječo plinsko infrastrukturo prilagodili za vodik.

Slika: Inovativni kondenzacijski kotli „H2ready“ bodo brez večjih posegov omogočali prehod z zemeljskega plina ali mešanic zemeljskega plina in vodika na čisti vodik. V praksi jih bodo preizkušali v Kaiserseschu v okviru projekta SmartQuart, ki poteka v organizaciji nemškega zveznega ministrstva za gospodarstvo in tehnologijo (BMWi).

Poleg tega bi z novim gorivom lahko v zelo kratkem času občutno zmanjšali izpuste CO₂. Že danes pa je mogoče zemeljskemu plinu v plinskem omrežju dodajati do 20 odstotkov vodika. Tako bi se lahko izpusti toplogrednih plinov v Nemčiji na letni ravni zmanjšali za približno sedem odstotkov, kar bi bil hiter in učinkovit prispevek k varstvu podnebja.

Sodobni kondenzacijski kotli Vitodens lahko brez težav delujejo z do 30 odstotki vodika

Tehnologija, ki omogoča uporabo teh mešanic zemeljskega plina in vodika za ogrevanje stavb, je na voljo in se že uporablja v tisočih nameščenih ogrevalnih sistemov. Plinski kondenzacijski kotli najnovejših generacij Vitodens 300 in Vitodens 200 lahko že danes delujejo z dodajanjem od 20 do 30 odstotkov vodika. Lastniki hiš in stanovanj, ki se danes odločajo za te sodobne stenske in kompaktne naprave, so idealno opremljeni za prihodnost.

Nacionalne in mednarodne strategije za širitev infrastrukture

Nacionalne in mednarodne iniciative bodo spodbudile širitev infrastrukture za vodik v naslednjih letih. V skladu s tem je nemška vlada poleti 2020 predstavila načrte za nacionalno infrastrukturo. Napovedala je razvoj infrastrukture za vodik, ki ga bo financirala z 9 milijardami EUR. Sočasno je Komisija EU objavila strategijo za vodik, ki predvideva veliko širitev proizvodnih zmogljivosti. Proizvodnja vodika z obnovljivimi viri energije naj bi do leta 2024 dosegla milijon ton, do leta 2030 pa že 10 milijonov ton.

Nemška vlada podpira številne pilotne projekte, na primer projekt izgradnje infrastrukture za vodik v regiji Kaisersesch v nemški zvezni deželi Porenje-Pfalško. V okviru projekta „SmartQuart“, ki ga financira nemško zvezno ministrstvo za gospodarstvo in tehnologijo (BMWi), bo do leta 2023 v tej regiji zgrajena celotna infrastruktura za vodik. Vključevala bo proizvodnjo električne energije iz obnovljivih virov za delovanje elektrolizatorjev, shranjevanje in distribucijo vodika ter distribucijo vodika, ki se bo uporabljal v sektorjih oskrbe s toploto in električno energijo, industrije in transporta.

V Kaiserseschu bo Viessmann preizkušal kondenzacijske kotle za 100-odstotno delovanje z vodikom, pa tudi ogrevalne sisteme, združljive z gorivnimi celicami.

Kondenzacijski kotli „H2ready“ za 100-odstotno delovanje z vodikom

Ekipa inženirjev in tehnikov v Inovacijskem centru Viessmann, ki je raziskovalni in razvojni center podjetja Viessmann s sedežem v Allendorfu (Eder), ravno preizkuša kondenzacijske kotle „H2ready“ za 100 odstotno delovanje z vodikom. Kot osnova so uporabljeni sodobni, stenski kotli na zemeljski plin z možnostjo prilagoditve plina, s predmešalnim ploskovnim plinskim gorilnikom. Lastnosti zgorevanja vodika, ki se bistveno razlikujejo od lastnosti zgorevanja zemeljskega plina, zahtevajo povsem nov razvoj sistema za zgorevanje, nadzor plamena in krmiljenje, pa tudi prilagoditve sestavnih delov gorilnika.

Preizkušanju prototipa bodo sledite faze kvalifikacije, preizkušanja vzdržljivosti, v prvih mesecih leta 2023 pa bodo nameščene prve naprave v Kaiserseschu. Te naprave bodo najverjetneje dane na trg leta 2024; pričakuje pa se, da bodo distribucijo čistega vodika za potrošnike pozneje začela še druga nemška regionalna plinska omrežja. Inovativni kondenzacijski kotli „H2ready“ bodo brez večjih posegov omogočali prehod z zemeljskega plina ali mešanic zemeljskega plina in vodika na čisti vodik. To zagotavlja njihovo prihodnjo združljivost v fazi prehoda z zemeljskega plina na vodik.

Podjetje razvija še druge sisteme kondenzacijske tehnologije, tudi za večje moči, ter gorivne celice in naprave SPTE, ki bodo delovale tudi z vodikom.

Vir: Viessmann

Dodatne informacije o vodiku

Lastnosti vodika

Vodik je najpogostejši element v vesolju in ima številne pozitivne lastnosti:

• ni strupen, koroziven ali radioaktiven;
• ne onesnažuje vode in ne škoduje naravi ali okolju;
• v primerjavi z zemeljskim plinom in kurilnim oljem ima največjo energijsko gostoto na kilogram (vodik 33,3 kWh/kg, zemeljski plin 13,9 kWh/kg, kurilno olje 11,4 kWh/kg);
• predvsem pa se vodik lahko proizvaja in zgoreva brez emisij CO₂, zaradi česar je popolnoma podnebju prijazen.

Po svojih lastnostih pri zgorevanju se vodik občutno razlikuje od zemeljskega plina. Tako npr. prostorninska gostota energije plinastega vodika, pri normalnem tlaku in pri normalnih temperaturah, znaša približno 3,0 kWh/m³, kar je le tretjina vrednosti zemeljskega plina (9,97 kWh/m³).

Poleg tega je vodik v naravi prisoten le v kemijsko vezani obliki, npr. v vodi. V tej obliki pokriva več kot dve tretjini površine našega planeta. Skupni vodni viri Zemlje znašajo približno 1,386 milijarde kubičnih kilometrov. Pomembne spojine, ki vsebujejo vodik v naravi, so prisotne tudi v plinih, kot je metan, pa tudi v surovi nafti.

Zeleni, sivi, modri in turkizni vodik

Če želimo vodik uporabljati kot gorivo ali surovino, ga moramo najprej proizvesti. Obstajajo štirje osnovni načini:

• Zeleni vodik se pridobiva z elektrolizo vode. Pri tem se uporablja električna energija, pridobljena izključno iz obnovljivih virov, zato pri tem načinu pridobivanja vodika ne nastaja CO₂.
• Sivi vodik se pridobiva s pomočjo parnega preoblikovanja, predvsem zemeljskega plina. Nastali CO₂ uhaja v ozračje, kar poveča učinek tople grede.
• Modri vodik je pravzaprav sivi vodik. Razlika je le v tem, da se CO₂, proizveden s parnim preoblikovanjem, shranjuje in ne uhaja v ozračje. Ta način pridobivanja vodika lahko z bilančnega vidika štejemo za CO₂-nevtralen način.
• Turkizni vodik se pridobiva iz metana s postopkom pirolize. Pri tem namesto CO₂ nastaja trdni ogljik. Da bi bil ta način proizvodnje CO₂-nevtralen, je treba toploto za visokotemperaturni reaktor in trajno vezavo nastalega ogljika zagotoviti na osnovi obnovljivih virov energije.