Süsinikuneutraalsuse saavutamiseks nähakse elektrifitseerimisel peamist rolli. Kuid on mitmeid tegevusi, mida ei ole võimalik muuta rohelise elektroni abil süsinikuneutraalseks, vaid mis vajavad rohelist molekuli.
Vesinikus nähakse potentsiaali olla see roheline molekul, mis on vajalik süsinikuneutraalsuse saavutamiseks sektorites ja tööstusprotsessides, mida ei ole võimalik elektrifitseerida. Euroopa Komisjon hindab, et aastaks 2050 tarbitakse Euroopa Liidus kokku vahemikus 48–72 miljonit tonni vesinikku (MtH2) ja selle derivaate.
Maailma Energeetikanõukogu Euroopa piirkonna liikmesriigid viisid läbi põhjaliku uuringu hindamaks, kuidas sellist rohelise vesiniku ja derivaatide tarbimist rahuldada nii 2030. kui ka 2050. aasta kontekstis, võttes arvesse mh tootmise, transpordi, finantseerimise kulusid ning regulatsiooni mõju. Käesolevas artiklis antakse osaline ülevaade uuringu tulemustest.
Vesiniku tootmine on energiamahukas
Vesiniku tootmise võimalused jagunevad laias laastus kahte gruppi: metaanipõhine tootmine ja elektrolüüs. Praegu tarbitakse EL-is umbes 10 MtH2 aastas, mis on toodetud valdavalt lokaalselt maagaasist metaani reformimise teel. Sel moel ühe tonni vesiniku tootmiseks paisatakse õhku 10 tonni CO2. Kliimaeesmärkide valguses saaks metaani reformimise teel vesiniku tootmine aset leida üksnes koos süsiniku püüdmistehnoloogiatega (CCUS), mille abil püütakse kinni vähemalt 90% vesiniku tootmisel tekkivatest CO2 jäätmetest.
Alternatiivselt on võimalik metaanist vesinikku toota ka pürolüüsi teel, kuid pika perioodi vaates nähakse valdavas enamuses vesiniku tootmisel rolli elektrolüüsitehnoloogiatel, mis vajab sisendiks vett ja suures koguses elektrienergiat. Levinumad elektrolüüsitehnoloogiad on leeliselektrolüüdiga elektrolüüs (Alkaline), polümembraanelektrolüüdiga elektrolüüs (PEM) ja tahkeoksiid elektrolüüdiga elektrolüüs (SOEC).
Uuringus lähtuti vesiniku tarbimise mahust 60 miljonit tonni vesinikku aastal 2050, mis on kooskõlas Euroopa Komisjoni hinnanguga. 60 MtH2 on võrdväärne 2000 TWh. Sellise koguse rohelise vesiniku tootmiseks elektrolüüserite abil oleks vaja 2800–2900 TWh elektrit (eelduslikult saab elektrolüüserite keskmine efektiivsus olema 70%), mis on ligilähedaselt võrdväärne kogu tänase EL-i elektrienergia toodanguga.
Võttes arvesse, et süsinikuneutraalsuse saavutamiseks on vajalik asendada olemasolev elektrienergia tarbimine rohelise elektriga, millele lisandub nõudlus täiendavast elektrifitseerimisest, siis peab aastaks 2050 olema EL-is neli korda rohkem päikese- ja tuuleenergia võimsuseid. Kui siia juurde lisada ka rohelise vesiniku tootmiseks vajalik elektrienergia, siis peaks aastaks 2050 olema EL-is kaheksa korda rohkem päikese- ja tuuleenergia võimsuseid võrreldes tänaste mahtudega.
Viimane eesmärk ei oleks ennekõike maa kasutuse vaatest realistlik, mistõttu lähtuti uuringus eesmärgist, et 2050 aastal on EL-s elektrolüüserite võimsust kokku 500 GW, mis on kooskõlas ka Euroopa Komisjoni vesiniku strateegias mainitud mahuga.
Vesiniku nõudlus vajab taastuvenergia võimsuseid
500 GW elektolüüsereid vajab 1400 TWh elektrienergiat, mis on ligikaudu pool tänasest elektrienergia toodangust EL-is. Kuigi vesiniku tootmine elektrolüüsi teel pakub suurepärast elektrienergia salvestusvõimalust ning tõstab tarbimise juhtimise võimekust, siis nimetatud elektrienergia kogust ei ole võimalik efektiivselt ära katta üksnes tuule- või päikesepargis elektrituru tarbimise kõrvalt ülejääva elektrienergia arvelt.
Vesiniku tootmiseks tuleb luua eraldiseisvad tuule- ja päikesepargid, st taastuvelektri tootmine, mille peamine eesmärk on vesiniku tootmine. Sel moel on võimalik tõsta ka elektrolüüserite kasutustegurit optimaalsele tasemele. Juhul, kui vastav tootmisüksus on üldse ühendatud võrguga, siis tuulisel ja päikselisel päeval, mil elektrolüüserite tootmisvõimekus saab ületatud, edastatakse ülejääv elekter võrku tarbimiseks. Seega on oluline eraldada tuule- ja päikeseparke, mille eesmärk on toota elektrienergiat elektriturule, tootmisüksustest, mille eesmärk on toota vesinikku.
Eeltoodut tuleb arvesse võtta pikaajalise energia ja kliima strateegia koostamisel, loomaks regulatsioonide ning toetuste keskkond, mis neid erinevaid eesmärke soosib.
Vesiniku nõudlus vajab suurt impordivõimekust
500 GW elektrolüüserite ja 1400 TWh taastuvelektriga on võimalik toota 29,6 MtH2, mis on napilt alla poole kogu vajaminevast rohevesiniku kogusest aastal 2050. Seega ülejäänud 30,4 miljonit tonni rohelist vesinikku tuleb EL-i importida. 30 MtH2 on mahult võrdväärne täna EL-i imporditava metaani kogusega, kuid kaaluliselt energiatiheduselt (kwh/kg) on vesinik ca 2,5 korda kangem.
Põhja-Aafrika suunal nähakse potentsiaali tuule- ja päikeseenergiast toodetud 11,5 MtH2 impordiks EL-i. Valdava enamuse vesiniku jaoks saaks hästi kasutada torutransporti: Marokost ja Alžeeriast Hispaaniasse, Tuneesiast Itaaliasse ning Egiptusest Kreekasse ja Itaaliasse. Väiksemaid koguseid saaks transportida laevadega näiteks ammoniaagi vormis.
Puudujääva 19 MtH2 tarvis saaks impordipartneriteks olla Lähis-Ida, Tšiili, Lõuna-Aafrika, Austraalia ning Venemaa ja Norra. Viimase kahe puhul nähakse tugevat potentsiaali süsinikupüüdmise tehnoloogia (CCUS) abil metaani reformimise teel toodetud vesiniku impordiks.
Sellise impordivõimekuse rahuldamine nõuaks EL-ist väljaspool 200 GW elektrolüüsereid ja 80 GW metaanipõhiseid vesiniku tootmisvõimsuseid.
Investeeringud vajalikud nii Euroopas kui väljaspool
Lähtutakse eeldusest, et aastal 2050 on EL-i siseselt 500 GW elektrolüüsereid ning impordi võimekust pakutakse väljaspool EL-i 200 GW elektrolüüserite ja 80 GW metaanipõhiste vesiniku tootmisvõimsuste baasil.
Jooniselt nähtub, et tootmisvõimsuste lisandumine kasvab iga-aastaselt jõudes 50 GW võimsuse aastase lisandumise tasemeni 2050. aastal. Sarnasel moel kasvab ka iga-aastane investeeringu maht jõudes tasemeni 20 miljardit eurot aastal 2050. Terviklikult hinnatakse vesiniku tootmisvõimsuste investeeringu mahuks 345 miljardit eurot, millest 210 miljardit seondub EL-i sees 500 GW elektrolüüserite rajamisega ning 135 miljardit eurot EL-i väliste vesiniku tootmisvõimsuste rajamisega.
Selleks, et väljaspool EL-i toita 200 GW võimsuses elektrolüüsereid on vajalik investeerida tuule- ja päikesejaamadesse 150 miljardit ja metaanipõhiste vesiniku tootmisvõimsuste tarvis kulub maagaasile 120 miljardit eurot. Kokku tuleb investeerida vesiniku tootmisprojektidesse väljaspool EL-i 405 miljardit.
Lisaks tootmisvõimsustele on vajalik investeerida 210–425 miljardit eurot torustiku, sadamaterminalide ja laevade ehitusse, et oleks võimalik transportida 30 miljoni tonni jagu vesinikku EL-i. Selle numbri suur vahemik on tingitud ennekõike ebaselgusest seoses uute ja olemasolevate torude ümberehituse kuludega, mereveo mahtudega ja päritoluriikide kaugusega.
760 miljardit eurot impordi võimekusele
Samuti mõjutab oluliselt transpordi võimekuse loomise investeeringu suurust olemasolevate gaasitorustike ärakasutamine, rajades näiteks pürolüüsi meetodil vesiniku tootmist vesiniku tarbimispunktide lähedusse.
Lähtudes keskmistest, näitavad kalkulatsioonid, et väljaspool EL-i on vesiniku tootmise ja transpordi infrastruktuuri vajalik investeerida suurusjärgus 760 miljardit eurot. Selline välisinvesteering vajab tugevaid rahvusvahelisi koostööleppeid.
On oluline detailselt planeerida ja rakendada pikaajalisi tariife, et algusaastatel, mil rohelise vesiniku kogused, mis imporditakse EL-i või liiguvad euroliidu siseselt, on suhteliselt väiksed, ei oleks hinnad ülemäära kõrged. Regulatsioonil on vesinikuenergeetika arengus kanda määrav roll.
Maailma Energeetikanõukogu Eesti rahvuskomitee on sõltumatu ja tehnoloogianeutraalne asutus, mille eesmärgiks on luua rahvusvahelisele koostööle tuginev teaduspõhine keskkond jätkusuutliku energeetika kujundamiseks Eestis.
*Uuring „Decarbonised hydrogen imports into the European Union: challenges and oppotunities“ on täismahus kättesaadav lehel www.wec-estonia.ee/publikatsioonid/.
Artikkel ilmus 2021. aasta ajakirja TööstusEST energeetika erinumbris. Kõik artiklid loetavad siin.
Ajakirja trükiversioon jõuab kõikide Eesti tööstusettevõteteni:
