Vesiniku tootmisviiside värvi märgistus
Normaaltingimustes on vesinik värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas. Vesinik on universumis kõige sagedamini esinev element, teda leidub igal pool. See on üks väga suure võimalusega ressurss.
Selleks, et märgistada mis tootmisviis oli kasutatud vesiniku kütuse saamiseks kasutatakse värvikood. See ei tähenda, et vesinik ise muudab värvi.
Vesiniku klassifitseerimisel on peamine kriteerium selle keskkonnasõbralikkus.
Mida rohkem süsinikoksiidi eraldub vesiniku tootmisel, seda vähem keskkonnasõbralikuks peetakse seda. 1 kg vesiniku energiaväärtus on võrdne umbes 3,7 liitri bensiiniga. See tähendab, et vesinik on peaaegu kolm korda odavam kui bensiin.
Roheline vesinik
Roheline vesinik on keskkonnasõbralik, sest seda toodetakse elektrolüüsi teel. Elektrienergia juhitakse läbi vee, mis jagab selle vesinikuks ja hapnikuks. Kui elektrienergia pärineb taastuvatest energiaallikatest, näiteks tuule-, päikese- või hüdroelektrijaamadest, siis ei teki CO2 heitkoguseid.
Puhas elekter annab meile tõeliselt puhta vesiniku. Tuleb arvestada ka sellega, et vesiniku tootmise erikulu elektrolüüsil on 50 kWh / 1 vesinikku kg, mis on ~ 1,5 korda suurem energiavõimsus, mida on võimalik saada kasutades vesinikku ennast, mis on 33 kWh / 1 vesinikku kg.
Jaapani ettevõte Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation (edaspidi “Toshiba ESS”) toodab alates 2015. aastast H2One™. See on integreeritud süsteem, mis kasutab taastuvat energiaallikat veest vesiniku elektrolüüsimiseks ning salvestab ja kasutab vesinikku kütuseelementides, et tagada stabiilne CO2 vaba, keskkonnasõbraliku elektri ja kuuma vee tarnimine. H2One’i, mis on 20 jala (~6,09m) suurune konteiner väikese metallhüdriidvesiniku hoidlaga, kasutavad elektrioperaatorid nõudluse kõikumiste tõhusamaks juhtimiseks ja energiahalduse toimingute optimeerimiseks.
Siemens AG on võtnud 2022. aastal kasutusele ühe Saksamaa suurima rohelise vesiniku tehase. Tehas on võimeline tootma kuni 1350 tonni vesinikku aastas.
Rohkem infot lugege meie artiklis “Mis on roheline vesinik?“.
Kollane (oranž) vesinik
Nagu rohelist, toodetakse ka seda elektrolüüsi teel. Kuid energiaallikaks on tuumaelektrijaamad. CO2 heitmeid ei teki, kuid meetod ei ole täiesti keskkonnasõbralik.
Türkiissinine vesinik
Seda vesinikku toodetakse metaani lagundamisel pürolüüsi teel vesinikuks ja tahkeks süsinikuks.
Türkiissinine vesiniku tootmine annab suhteliselt madala süsinikuheitega aine, mida saab kas ladestada või kasutada tööstuses, nt terase või patareide tootmisel. Seega ei jõua see atmosfääri.
Smaragdroheline vesinik
Toodetakse biometaani ja maagaasi lagundamisel termoplasmaelektrolüüsi abil.
Smaragdroheline vesinik (ingl. Emerald Hydrogen), nagu seda on nimetanud Briti idufirma, mis on patenteerinud vesiniku tootmise tehnoloogia nimega HiiROC. See on uus protsess, mis põhineb biometaani ja maagaasi muundamisel termoplasmilise elektrolüüsi abil. Tulemusel on madala süsinikusisaldusega või potentsiaalselt negatiivne süsinikusisaldus.
Kõrge temperatuuriga elektrolüüs suurendab vesiniku tootmise tõhusust. Ja kui rääkida plasmaelektrolüüsist, siis britid on võtnud sihikule prootonite lagunemise, mis võib tulevikus olla rohelise energia aluseks. Kui anda prootonile lisaenergiat (üle 107 MeV), laguneb see, muutudes ebastabiilseks, lühikese elueaga kergeteks osakesteks. Niipalju siis täielikust muundamisest energiaks.
HiiROCi tehnoloogia toodab kõrvalsaadusena puhast ja stabiilset tahma. Nullemissioonivaba tahm võib asendada olemasoleva kõrge emissiooniga/saastava õliahju tootmismeetodi abil toodetud tahma. Tahket tahma kasutatakse mitmetes kaubanduslikes rakendustes. Praegu kasutatakse seda näiteks rehvide, kummide, plastide, trükivärvide ja toonerite valmistamiseks. Praegu on süsiniku uued rakendused teadusuuringutes. Need ulatuvad keskkonna puhastamise filtritest ja pinnase parandajatest kuni loomasööda, kõrgtehnoloogiliste materjalide ja ehitusmaterjalideni.
Uus tehnoloogia leiab oma esimese ärilise rakenduse Centrica Business Solutions’i 49-megavatilises (MW) gaasiküttel töötavas elektrijaamas Lincolnshire’is, kus vesinikku hakatakse kasutama elektrienergia tootmiseks alates 2023. aasta kolmandast kvartalist. Esialgu on H2 osakaal gaasikütuses vaid 3%, kuid aja jooksul suurendatakse seda 20%ni. See vähendab kasvuhoonegaaside heitkoguseid, mis on üle 40 korra suuremad kui tuumaelektrijaamade puhul (490 g kilovatt-tunni toodangu kohta) (valitsustevahelise kliimamuutuste rühma andmetel 12 g kilovatt-tunni kohta).
Hall vesinik
Hall vesinik on toodetud fossiilsest kütusest. Peamised fossiilkütused on nafta, maagaas, kivisüsi, pruunsüsi, põlevkivi, turvas. Kõige laialdasemalt kasutatav energiaallikas hall vesinike tootmisel on kivisüsi ja maagaas. Fossiilsete kütuste kasutamine tähendab, et kõrvalsaadusena eraldub süsinikdioksiid. Näiteks, hall vesinik toodetakse metaani katalüütilisel muundamisel veeauru 1000 °C juures. Aurureformimisel tekib 1 kg vesiniku kohta umbes 9 kg süsinikdioksiidi. Sinise vesiniku tootmise protsess on sarnane. Peamine erinevus seisneb selles, et süsinikdioksiidi kogumise ja säilitamise meetodeid ei kasutata, mistõttu on heitkogused umbes kaks korda suuremad kui sinise vesiniku puhul.
Halli vesiniku tootmine on praegu kõige odavam ja levinum. Sellised tootmismeetodid tähendavad aga, et hall vesinik, isegi kui see on sama, mis muu vesinik, ei ole lõppkasutuses palju parem kui traditsiooniline fossiilkütuste kasutamine. Teiste sõnadega keemilise reaktsiooni käigus tekib süsinikdioksiidi ja samas mahus nagu näiteks maagaasi põletamisel (muundamiseks kulub samuti energiat).
Sinine vesinik
Sinine vesinik on vesinik, mida toodetakse metaani aurukonversiooni teel, kuid süsinikdioksiidi kogumise ja säilitamisega, mille tulemusel väheneb süsinikdioksiidi heitkogus umbes poole võrra.
Metaani sisaldavad fossiilsed kütused reageerivad auruga, tekitades vesinikku ja muid kõrvalsaadusi. Võrreldes teiste meetoditega on see meetod parem selle poolest, et selles kasutatakse protsessi, mida nimetatakse süsiniku kogumiseks ja säilitamiseks. Selle tulemusena vähenevad heitkogused oluliselt. Toodetud vesinik on madala süsinikusisaldusega, kuid mitte mingil juhul süsinikuneutraalne. Sellise vesiniku tootmine on kallis.
Pruunvesinik
Pruunvesiniku tootmiseks kasutatakse lähteainena pruunsüsi. Pruunsöe gaasistamisel tekib seejärel süngaas (e sünteetsgaas): süsinikdioksiidi (CO2), süsinikmonooksiidi (CO), vesiniku, metaani ja etüleeni ning väikeste koguste muude gaaside segu. Neist kahest esimesest gaasist on elektrienergia tootmisel kasutu. See muudab protsessi võrreldes teiste meetoditega väga ebaökoloogiliseks.
Must vesinik
“Musta” vesinikku toodetakse nafta ja kivisöe oksüdeerimisel, mille kõrvalmõjuna eraldub märkimisväärne kogus CO2 – see ei ole keskkonnasõbralik viis vesiniku tootmiseks.
Määratlemata värvid
Praegu töötatakse välja ja katsetatakse muid vesiniku tootmise viise, mida ei ole veel värviliselt liigitatud. Üks selline meetod on H2 tootmine poorse räni (Si+) abil, mille on välja pakkunud EPRO Advance Technology. Si+mitte ainult ei tekita veega kokkupuutel vesinikku, vaid seda saab ka ladustada kõige tavalisemates plastpakendites, mis võib lahendada H2 kuluka transpordi probleemi.
Saksamaal on Ruhri piirkonnas Emslandis asuv elektriprojekt saanud nimeks Hybridge – see ühendab elektri- ja gaasivõrgud. Koostöös põhivõrguettevõtjatega Amprion ja gaasivõrgu operaatoriga Open Grid Europe (OGE) muudetakse taastuvenergia elektrienergia elektrolüüsi abil vesinikuks ja metaaniks. Ettevõtted võtavad kasutusele 100 MW elektrolüsaatori; saadud vesinikku transporditakse (OGE vesiniku torujuhtme ja olemasoleva gaasijuhtmevõrgu kaudu) kogu Ruhri piirkonda ja kaugemalegi. Projekt peaks käivituma 2023. aastal.
Londonis on uuritud võimalust toota vesinikku olme- ja ärijäätmetest.
Purdue’i ülikool (USA) on välja töötanud meetodi vesiniku tootmiseks veest, kasutades alumiiniumisulamit.
Alumiiniumi-galliumisulamist moodustatakse graanuleid. Graanulid pannakse veepaaki. Keemilise reaktsiooni käigus tekib vesinik. Gallium takistab alumiiniumi pinnale oksiidikihi tekkimist, mis pärsib alumiiniumi oksüdeerumist. Reaktsiooni käigus tekib vesinik ja alumiiniumoksiid. Ühe naela (≈453 g) alumiiniumist saab vesiniku põlemisel üle 2 kWh energiat ja alumiiniumi ja vee reaktsiooni käigus üle 2 kWh soojusenergiat. Tulevikus, kasutades 4. põlvkonna tuumareaktorite elektrienergiat, muutub reaktsiooni käigus toodetud vesiniku hind võrdseks bensiini hinnaga.
Berkeley ülikooli teadlased avastasid 1999. aastal[12], et kui vetikatel puudub hapnik ja väävel, nõrgenevad nende fotosünteesiprotsessid järsult ja vesiniku tootmine hakkab vohama.
Vesinikku saab toota rühm rohevetikaid, näiteks Chlamydomonas reinhardtii. Vetikad võivad toota vesinikku merevee või reovee abil.
Arvake ära, mis värvi on pildil kujutatud Porsche katsetehases toodetud vesinik?
Foto: newsroom.porsche.com. eFuelsi piloottehas, Punta Arenas, Tšiili, 2022, Porsche AG
E-kütused saavad alguse elektrolüüsi teel toodetud vesinikust. See tähendab põhimõtteliselt, et vett plahvatatakse elektriga, lõhustades sidemeid, mis hoiavad H2O molekule koos, et eraldada puhast vesinikku ja puhast hapnikku. Vesinik püütakse kinni ja surutakse kokku, täpselt seda, mida kasutataks kütuseelemendiga autode, näiteks Toyota Mirai, käivitamiseks. See võtab natuke süsinikku, et olla midagi, mida saab pumbata oma praegusesse igapäevasesse autojuhti. Praegu pärineb see süsinik hiiglaslikust süsinikdioksiidi paagist, kuid Haru Oni tõmbab lõpuks CO2 õhust. See süsinik ühendatakse vesinikuga, et luua e-kütust protsessis, mida nimetatakse sünteesiks.
Tulemuseks on bensiin, mis on nii ehtne, et auto mootor ei märka vahet. Haru Oni pika ja keerulise torusarja otsast väljuv lõpptulemus on sünteetiline kütus, mis on keemiliselt 100% identne bensiiniga. Täpsemalt öeldes 93 oktaani, kuigi vajaduse korral on võimalik teha ka kõrgemaid või madalamaid teste. See on riiulil säilitatav, seda saab hõlpsasti ladustada samasuguses kanistris, mida te kasutaksite tavalise bensiini jaoks. Pumbad, voolikud ja tihendid ei mõjuta seda, samuti ei tohiks vaja muuta ajamit või kompressiooni, välja arvatud juhul, kui teie kalliskivi töötab võistlusbensiiniga. Porsche e-kütus lõhnab isegi nagu päris fossiilne kütust.
Värviline vesinik Eestis
Keskkonnaministeeriumi ning Majandus- ja Kommunikatsiooniministeeriumi koostöös valmis 2023.a Eesti vesiniku teekaart.
Piloot projektidest mis on käivitatud Eestis võiks lugeda EESTI VESINIKURESSURSSIDE KASUTUSELEVÕTU 2021.a. aruandes.
Ostukorvis ei ole tooteid.