USA energeetikaministeerium: avameretuulikud annaks meile sobivalt odava vesiniku

Meretuulepark. Pilt on illustreeriv. Juba lähitulevikus saaks avamerel toodetavat roheelektrit kasutada piisavalt odava vesiniku tootmiseks, selgus USA teadlaste uuringust. Foto: Shutterstock

Ranniku lähedal asuvate meretuuleparkide abil toodetav elekter, mida kasutatakse vee lõhustamisel puhta vesiniku tootmiseks, võib olla majanduslikult otstarbekas, eriti USA Atlandi ookeani rannikul ja Mehhiko lahes, leiavad USA rahvusliku taastuvenergia labori (NREL) teadlased.

Majanduslikult on parimad piirkonnad need, kus vesi pole väga sügav ja tuul on tugev, selgub hiljuti avaldatud artiklist «Potentsiaal avamere tuule-vesiniku süsteemide laiaulatuslikuks kasutuselevõtuks Ameerika Ühendriikides» («Potential for large-scale deployment of offshore wind-to-hydrogen systems in the United States»), mis ilmus ajakirjas Journal of Physics: Conference Series.

Teadustöös on kujutatud kahte erinevat lahendust, mida saab kasutada puhta vesiniku tootmiseks rannikutuule abil.

Puhta vesiniku tootmise maksumus, mis läheneb USA energeetikaministeeriumi (DOE) eesmärgile madalate kuludega vesiniku saavutamiseks, sõltub palju nii kasutatavast tehnoloogiast kui ka tootmise asukohast. Eeldatavad poliitilised stiimulid võivad samuti oma rolli mängida.

Vee lagundamine muutub odavamaks

Vesinikku saab toota elektrolüüsi seadme ehk elektrolüsaatoriga, mis lõhustab veemolekuli kaheks vesinikuaatomiks ja üheks hapnikuaatomiks. Taastuvenergiaallikast toidetud elektrolüsaator toodabki nn puhast vesinikku. USA energiaamet juhib praegu oma initsiatiiviga Hydrogen Shot jõupingutusi puhta vesiniku hinna vähendamiseks ühe dollarini (92 eurosenti) kilogrammi kohta aastaks 2031. Kui saavutatakse hind kaks dollarit kilogrammi kohta, võib see muutuda konkurentsivõimeliseks võrreldes tavapäraste süsinikuintensiivsete vesinikutootmise meetoditega.

NRELi hübriidsüsteemide uurimisinsener ja uue artikli juhtiv autor Kaitlin Brunik ütles teadustöös: «Nii rannikutuul kui ka puhta vesiniku tootmine on kiiresti arenevad tehnoloogiad ning nende kombineerimisel on potentsiaali toota ja salvestada palju taastuvenergiat ning dekarboniseerida sektoreid, mida on raske elektrifitseerida. Süsteemi- ja tehase lahenduste ja optimeerimise jätkuv rahastamine ja uurimine võiksid edendada nende süsteemide tehnoloogia arengut ja kulude vähendamist.»

Artiklis kirjeldatakse põhjalikumalt simulatsioone, et analüüsida vesiniku tootmise tehnilist ja majanduslikku võimalikkust rannikutuule abil aastatel 2025, 2030 ja 2035.

Kaks moodust meretuulega vesiniku tootmiseks

NRELi teadlased hindasid kahte erinevat stsenaariumi, mis tuginevad rannikutuule abil toimivale elektrolüüsile, ning määratlesid neli esinduslikku rannikuäärset ala tuule-vesiniku hübriidjaamade jaoks.

Üks võimalus vesiniku tootmiseks meretuulest: meretuulepargist transporditakse elektrienergia veealuse kõrgepingekaabliga rannikule, kus selle abil toodetakse elektrolüüsiga vesinikku. Foto: NREL

Sõltuvalt uuritud asukohtade meresügavusest arvestati, kas turbiinid oleksid kas ujuvad või kinnitatud merepõhja. Uuringu järgi võib 2030. aastaks poliitiliste stiimulite ja fikseeritud aluse rannikutuule kombineerimine maismaa elektrolüüsiga toota vesinikku juba hinnaga alla kahe dollari (1,84 eurot) kilogrammi kohta.

Esimeses stsenaariumis toodeti elektrit rannikutuulepargis, kust edastati energia kõrgepingekaablitega maismaale. Seal tootis elektrolüsaator veest vesinikku. See esindas tavalist lähenemist rannikutuule ja maismaa elektrolüüsi ühendamisel.

Teine võimalus on vesinikku juba avamerel toota: selleks peab sinna ehitama vesinikutehase. Maismaale transporditakse gaas torujuhtme kaudu. Foto: NREL

Teises stsenaariumis lõhustati vesinik soolasest mereveest rannikutuulepargi asukohas ookeanis, mis nõudis täiendava taristu paigaldamist. Vesinik transporditi seejärel torujuhtmetega maismaale ladustamiseks. Teadlaste sõnul on selle stsenaariumi tehniline teostatavus vähem kindel.

Brunik märkis: «Elektrolüsaatori viimine rannikualale suuremahulise energiatootmise jaoks on uus väljakutse. Rannikutuuleparkide toodetud elektri täielikuks kasutamiseks vesiniku tootmiseks on vaja suuri elektrolüsaatoreid koos abiseadmetega veetöötluseks, vesiniku ladustamiseks ja transpordiks.»

Tundub lihtne, aga vajab uut lähenemist

Rannikul asuv puhta vesiniku tootmine on seni uurimata ala, mis nõuab innovaatilisi lahendusi, et integreerida kõik vajalikud seadmed tuulepargiga gigavati mahus toimimiseks.

Lisaks nende süsteemide tehnilisele disainile arvestasid teadlased ka seda, kuhu oleks kõige parem paigutada rannikutuule-vesiniku süsteem.

Nad uurisid madalamaid kohti Mehhiko lahes ja New York Bightis, kus turbiinid võiksid olla kinnitatud merepõhja külge ning kus oli külluslik tuuleenergia ja lähedal vähemalt üks DOE regionaalne puhta vesiniku keskus, mis ühendab vesiniku tootjaid ja tarbijaid.

Samuti uuriti palju sügavama veega alasid California põhjarannikul ja Maine'i lahes, kus turbiinid tuleks paigaldada ujuvatele platvormidele. Vesinik ladustataks maismaal maa-alustes mahutites, kivi- või soolakoobastes.

Analüüs prognoosis, et vesiniku tasandatud maksumus (LCOH), mis hõlmab kogu tuulesüsteemi, elektriedastust ja vesinikusüsteemi, võib olla madalaim New York Bightis, kuna seal on suurem tuulevõimsus. Mehhiko lahes oli see näitaja teisel kohal.

Vesiniku ladustamiskoha valik mõjutab märgatavalt kulusid, vähendades LCOHd 20–30 protsenti, kui kasutatakse koobastesse ladustamist. Prognoositavad poliitilised stiimulid on samuti tegur, mis aitab kulusid veelgi vähendada.

See uuring näitas paljutõotavaid näitajaid, kuidas rannikutuule-vesiniku suuremahuline tootmine võiks välja näha, ja see jääb jätkuvalt huvitavaks, kuna selles valdkonnas arendatakse uusi ja veel paremaid tehnoloogiaid.