Forrás: Másfél fok; Lóránt Anna – Okleveles környezetgazdász és környezetgazdálkodási agrármérnök. Az Environmental Defense Fund Europe szakpolitikai elemzője.
Miközben az Európai Unió önti az eurómilliárdokat a hidrogénipar felfuttatásába és a magyar Nemzeti Hidrogénstratégia is fontosnak tartja az energiahordozó hazai térnyerését és előállítását, a kicsi, szivárgásra erősen hajlamos molekula az éghajlatváltozás szempontjából hasonló veszélyeket rejt magában, mint a metán, ha gondatlanul járnak el vele. A hidrogén látszólag klímabarát: valóban nem bocsát ki szén-dioxidot, ha elégetik vagy üzemanyag-cellában használják, de erős, közvetett melegítő hatása van, ha a légkörbe kerül, ahol kémiai reakciók láncolatán keresztül növeli más üvegházhatású gázok, például a metán, az ózon és a vízgőz mennyiségét. Szakértők szerint az épp jelentős felskálázás előtt álló hidrogén 10%-a is elveszhet a szivárgás miatt az értékláncban, ami egyrészt pénzben is mérhető termékveszteséget jelent, másrészt jelentősen csökkentheti, a legrosszabb esetben pedig teljesen lenullázza annak kibocsátás-csökkentő hatását, vagy akár tovább növelheti a globális felmelegedést (a helyettesíteni kívánt fosszilis tüzelőanyag-technológiákhoz képest). Bár ezeknek a jellemzően kis-és közepes méretű szivárgásoknak a megtalálása napjainkban még kihívást jelent, számos olyan intézkedést már most is megtehetünk, amelyek segítenek a hidrogénszivárgás csökkentésében. Kellő elővigyázatossággal a hidrogén fontos szerepet játszhat a klímasemleges gazdaságra történő átállásban – az ipari szereplők, a döntéshozók és a kutatók közös felelőssége, hogy a hidrogénnel ne ismételjük meg azokat a hibákat, amiket a metánszivárgással.
Miközben a világ egyre nagyobb mértékben tervez a hidrogénnel, mint klímabarát helyettesítő üzemanyaggal, szakértők szerint annak akár 10%-a is elveszhet az értékláncban (Arrigoni és Bravo Diaz 2022, Cooper at al. 2022, Fan et al. 2022). Ez még akkor is jelentős mennyiség, ha a jelenlegi keresletet vesszük alapul (94Mt globálisan), nem is beszélve a következő években várható piaci bővülésről (115-130Mt globális kereslet 2030-ra).
A hidrogénszivárgás több okból is problémát jelent: egyrészt értékes erőforrást pazarlunk így el, illetve káros következményekkel járhat az éghajlatváltozás szempontjából is.
Kis molekula, nagy potenciál – jó és rossz értelemben is
A hidrogén egy kicsi, szivárgásra hajlamos molekula. Ez nemcsak egy értékes termék elvesztegetéséhez vezet, hanem a klímaváltozáshoz is hozzájárulhat, mivel a légkörben lejátszódó kémiai reakciók révén rövid távon növeli az üvegházhatású gázok mennyiségét.
Szándékos és nem szándékos kibocsátások egyaránt előfordulhatnak az értékláncban, beleértve az infrastruktúrából származó szivárgásokat, valamint az olyan működéssel kapcsolatos kibocsátásokat, mint a csővezetékek légtelenítése és tisztítása során felmerülő szivárgás, vagy a cseppfolyósított hidrogén természetes elpárolgása.
Biztonsági megfontolások miatt a nagyobb szivárgásokat folyamatosan ellenőrzik és azonnal kijavítják, bár balesetek néha így is előfordulhatnak, mint az Oslo melletti robbanás Norvégiában 2019-ben, ami egy rosszul csatlakoztatott cső miatti szivárgásból eredt.
A kisebb és közepes szivárgások viszont, amelyek nem jelentenek biztonsági kockázatot, nagyrészt észrevétlenek maradnak.
Ennek oka, hogy még nem áll rendelkezésünkre az ilyen szivárgások kimutatására alkalmas technológia, bár a jelenleg is folyó kutatások ígéretes eredményekkel kecsegtetnek. Miért fontos, hogy ezekkel a szivárgásokkal foglalkozzunk? Mert csak akkor fogjuk tudni, hogy
- mennyire komoly problémát jelent a hidrogénkibocsátás a termékveszteség és az éghajlat felmelegedéséhez való hozzájárulás szempontjából, és
- milyen intézkedéseket lehet tenni a szivárgások minimalizálása érdekében, ha ezek a kis és közepes méretű szivárgások kimutathatóvá és mérhetővé válnak.
Az ipar és számos más gazdasági ágazat is nagyon számol a hidrogénnel
Napjainkban a hidrogént finomítókban használják gázolaj és kerozin előállítására. Alapvető fontosságú összetevője bizonyos vegyi anyagok, különösen az ammónia, a metanol és a műtrágyák gyártásának. A hidrogén előállításának különböző módjai léteznek, a jelenlegi keresletet túlnyomórészt a fosszilis tüzelőanyagokból szén-dioxid-leválasztás nélkül előállított hidrogén elégíti ki.
2021-ben az alacsony kibocsátású hidrogéntermelés globálisan 1Mt alatt maradt (a teljes termelés kevesebb mint 1%-a), de 2030-ra várhatóan 24Mt-ra nő (IEA 2022). Ez hasonlóan alakul Magyarország tekintetében is. Hazánkban évente mintegy 160 000 tonna hidrogént állítanak elő teljes egészében szén-dioxid-leválasztás nélküli földgázból (szürke hidrogén), és ezt elsősorban ammónia előállítására, valamint kőolaj-finomításra és a vegyiparban használják fel (Hungarian Insider 2021).
A Nemzeti Hidrogénstratégiában foglaltak szerint Magyarország célja, hogy 2030-ra ennek a 160 000 tonnás mennyiségnek mintegy 20%-át alacsony szén-dioxid-kibocsátással állítsa elő (zöld és kék hidrogén, amelyet az iparon túl a közlekedési ágazatban terveznek felhasználni). Ezzel párhuzamosan, 2040-re a szürke hidrogén előállításának teljes megszüntetése a cél, amely fontos lépésnek tekinthető az ipar és a gazdaság egészének dekarbonizálásához.
Az alacsony szén-dioxid-kibocsátású (kék) és szén-dioxid-mentes (zöld) hidrogénre egyre inkább úgy tekintenek, mint az éghajlatváltozás elleni küzdelem csodafegyverére. Ez nemcsak azokra az ipari ágazatokra igaz, ahol a kibocsátások csökkentése nehézkes és jelenleg is használnak hidrogént (vagyis a tiszta hidrogén a jelenleg használatban lévő, szennyezőbb hidrogénformákat váltaná fel, mint például a műtrágyagyártásban), hanem számos olyan ágazatban is tetten érhető, ahol rendelkezésre állnak a hidrogénnél sokkal hatékonyabb alternatívák, ideértve az egyéni közlekedést és az épületek fűtését.
A szivárgás zárójelbe teheti a előnyeit, sőt, fokozhatja is az éghajlatváltozást
A hidrogén valóban nem bocsát ki szén-dioxidot, ha elégetik vagy üzemanyag-cellában használják, de erős, közvetett melegítő hatása van, ha a légkörbe kerül, ahol kémiai reakciók láncolatán keresztül növeli más üvegházhatású gázok, például a metán, az ózon és a vízgőz mennyiségét.
A troposzférában például a hidrogén reakcióba lép a hidroxilgyökkel (OH), amely a metán elsődleges nyelője. A kevesebb OH növeli a metán légköri élettartamát, ami a hidrogén teljes közvetett melegítő hatásának mintegy felét teszi ki (Ocko és Hamburg 2022). A legújabb tudományos eredmények szerint a hidrogén rövid távon (20 éves időtávlatban) 40-szer erősebb lehet a hő megkötésében, mint a CO2. Ez nyolcszorosa a korábban gondolt értéknek.
A hidrogénkibocsátás mértékétől függően, a hidrogénalapú gazdasághoz kapcsolt éghajlati előnyök rövid távon tehát jelentősen elmaradhatnak a várakozásoktól.
Ha például a hidrogénkibocsátás (szivárgás) a rendelkezésre alló becslések alsó határán, 1% körül van, a zöld hidrogén több mint 95%-kal csökkentheti a fosszilis tüzelőanyagok éghajlatra gyakorolt hatását mind rövid, mind pedig hosszú távon. Ha azonban a hidrogénkibocsátás magasabb, 10% körüli, akkor
a zöld hidrogénrendszerekből származó éghajlati előnyök rövid távon (a technológiaváltást követő első 20 évben) a felére csökkenhetnek, ami távolinak tűnik a klímasemlegességtől.
Ha a hidrogént szén-dioxid-leválasztási technológiával előállított földgázból állítják elő (kék hidrogén), akkor az upstream (feltárásból és gyártásból adódó) és midstream (tároláshoz és szállításhoz kapcsolódó) metánkibocsátás sokkal nagyobb éghajlatváltozást eredményezhet rövid távon. Például, ha a hidrogén- és metánkibocsátás a közzétett becslések felső határán van (10%, illetve 3%), akkor
a kék hidrogéntechnológiák rövid távon 25%-kal növelhetik a felmelegedést a fosszilis tüzelőanyaggal működő alternatív megoldásokhoz képest.
Légkörmelegítő déjà vu érzés: a metánszivárgással való párhuzamosságok
Körülbelül 15 évvel ezelőtt szakértők elkezdték vizsgálni a metánszivárgást az olaj- és gázellátási lánc mentén. Sokan meg voltak győződve róla, hogy a szivárgás mértéke minimális, mivel a profitorientált vállalatok nem pazarolnák el a terméküket. Az Egyesült Államokban végzett empirikus kutatás azonban teljesen más eredményre jutott. Az ezekből a forrásokból származó metánkibocsátás 60%-kal magasabb volt, mint korábban gondolták (Alvarez et al. 2018).
Az így elpazarolt gáz elegendő lett volna 10 millió háztartás egy éven át tartó teljes szükségletének a kielégítésére (Environmental Defense Fund 2018). Egy hasonló, EU-s országokra összpontosító kutatás (CATF 2021)
szinte minden olyan helyszínen, amelyet a kutatócsoport Magyarországon felkeresett, bizonyítékot talált a metánkibocsátásra, amely vagy a szellőztetéshez kapcsolódott, vagy a szelepek és vészkifúvók hibás működése miatt történt.
A metán egy erős, de rövid élettartamú éghajlatszennyező anyag, amely az iparosodás előtti időszak óta bekövetkezett felmelegedés mintegy 30%-áért felelős és amelynek a légköri koncentrációja az emberi tevékenységek miatt több mint 160%-kal növekedett (IEA 2022). Mivel rövid élettartamú – vagyis csak körülbelül egy évtizedig marad meg a légkörben -, a kibocsátásának csökkentése szinte azonnali hatást gyakorolhat a felmelegedés sebességére.
A mezőgazdaságból, az energiatermelésből és a hulladékgazdálkodásból származó metánkibocsátások csökkentése az egyik legjobb lehetőségünk a felmelegedés lassítására az elkövetkező évtizedekben, és elengedhetetlen a 1,5 Celsius-fokos cél eléréséhez.
A globális metánkibocsátás csökkentése jelenleg az éghajlatvédelmi intézkedések élvonalába tartozik, ideértve például a több mint 150 résztvevő országot tömörítő Global Methane Pledge kezdeményezést is, amelyhez Magyarország még nem csatlakozott. Számos ezzel kapcsolatos szakpolitikai intézkedés (például EU Metán Stratágia) is született az elmúlt években. Az Európai Bizottság 2021-ben új jogszabályjavaslatot terjesztett elő az energiaágazat metánkibocsátásának kezelésére.
Ne kövessük el ugyanazokat a hibákat a hidrogénnel, mint a metánnal
Ellentétben azzal, amit sokan gondolnának, számos kibocsátás-csökkentési intézkedés egyszerű, könnyen elérhető és gyakran költséghatékony. Ilyen például a szelepek meghúzása. A kihívást jellemzően a szivárgások megtalálása jelenti, nem pedig a kijavításuk, de az elmúlt évtizedben jelentős előrelépések történtek a metánkibocsátás kimutatására szolgáló technológiák terén, és továbbiak vannak a láthatáron.
A földgázrendszerek metánkibocsátásának csökkentéséből sok mindent megtanultunk, ami a hidrogénre is alkalmazható, és ez előnyt jelenthet a hidrogénkibocsátások kezelésében. Ennek a tudásnak a hasznosítása segíthet nekünk abban, hogy a jelenleg még gyerekcipőben járó hidrogénipar felfuttatásába fektetett euró milliárdok (a tavaly bejelentett EU hidrogénbankon keresztül 3 milliárd eurót költenek majd az európai hidrogén piac felfuttatásába, és ez csak a befektetések kis szelete. A REPowerEU tervben előirányzott 10 millió tonna hazai megújuló hidrogéntermelés eléréséhez a teljes beruházási igényt 335-471 milliárd euróra becsülik) meghozzák a kívánt éghajlati előnyöket.
Bár a hidrogénkibocsátás kimutatására és nyomon követésére még nem állnak rendelkezésre a kereskedelmi forgalomban kapható szenzorok (fejlesztésük most is zajlik), számos olyan intézkedést már ma is megtehetünk, amelyek segítenek a hidrogénszivárgás csökkentésében. Ilyenek többek között:
- Az értékláncon belüli távolságok minimalizálása a termeléstől a fogyasztásig, így kevesebb hidrogén vész el.
- Szelepek és tömítések meghúzása, laminált tömítések és hegesztett kötések használata, karimás és menetes kötések kerülése.
- A csővezetékek és tárolótartályok megfelelő szigetelése a csővezeték szegmensek/varratok számának minimalizálása.
- Az üzemi nyomás csökkentése és/vagy a nyomás- és nyomáscsökkentési pontok minimalizálása.
- Szellőztetett, tisztított és maradék hidrogén visszanyerése és felhasználása hő/elektromos energia előállítására.
- A kiszellőztetett, kitisztított és maradék hidrogén oxigénnel történő visszaalakítására szolgáló technológia beépítése vízzé.
- A legújabb technológia alkalmazása a tisztításból származó hidrogén visszanyerési arányának maximalizálása érdekében.
- Az égés hatékonyságának maximalizálása, fáklyázás esetén.
- A tárolótartályokból származó kibocsátások minimalizálására szolgáló ellenőrző eszközök telepítése.
- Gőzvisszanyerő egységek telepítése a gáz felfogására, valamint a párolgási gázra és a gázvezetékbe való tömörítésére (automatikus mérőberendezések, gőzmérleg-rendszerek és tartálynyomás-ellenőrzők segítségével).
- Azonnali szivárgásjavítás és a meghibásodott berendezések javítása/helyreállítása.
- Minimalizálja a csővezetékben vagy tartályban a nyomáscsökkentendő térfogatot (használjon ideiglenes vezetéklezárásokat a javítandó szakasz elkülönítésére).
- A javítások sikerességének ellenőrzése, a szivárgó alkatrészek kicserélése.
- A leállások számának csökkentése a javítási és karbantartási események egyetlen leállási időre történő koordinálásával.
Kellő elővigyázatossággal, a hidrogén fontos szerepet játszhat a klímasemleges gazdaságra történő átállásban. A dekarbonizációhoz vezető út azonban nem mentes a tévedésektől. Erre jó példa a dízel és a bioüzemanyagok támogatásával kapcsolatos korábbi tapasztalatok.
Az ipari szereplők, a döntéshozók és a kutatók közös felelőssége, hogy a hidrogénnel ne ismételjük meg ezeket a hibákat.
A cikk megállapításai a szerző sajátjai, nem tekinthetők az Environmental Defense Fund hivatalos álláspontjának.
