Η ανάμειξη υδρογόνου στο δίκτυο φυσικού αερίου για την ταυτόχρονη μεταφορά τους μπορεί να είναι συμφέρουσα, οικονομικά, ενεργειακά και περιβαλλονντικά, δεν έρχεται όμως χωρίς προκλήσεις και κινδύνους λόγω της ίδιας φύσης του στοιχείου όπως οι ρωγμές στο δίκτυο των αγωγών η επίδραση στον υπόλοιπο εξοπλισμό και λόγω της έλλειψης παραδειγματικών επιδείξεων.
Εν συνόψει...
Ένα σημαντικό μέρος της στρατηγικής για την εισαγωγή του υδρογόνου στο κύριο ρεύμα του παγκόσμιου ενεργειακού τομέα είναι η εισαγωγή του στην υπάρχουσα υποδομή φυσικού αερίου.
Αυτό θα γίνει με την «απλή» ανάμειξή του με το φυσικό αέριο.
Ωστόσο, υπάρχουν γνωστές προκλήσεις και αβεβαιότητες, οι οποίες έχουν ανακριθεί σε μια έκθεση του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας NREL και συναφών φορέων.
Το υδρογόνο, που είναι το μικρότερο στοιχείο, μπορεί εύκολα να διαπεράσει τα στερεά μέταλλα και να καταστήσει τον χάλυβα αγωγών ευαίσθητο σε ρωγμές.
Και ο αντίκτυπός του στις πλαστικές σωληνώσεις, τους συμπιεστές, τις βαλβίδες και τον άλλο εξοπλισμό εκτός αγωγών, όπως εγκαταστάσεις αποθήκευσης, πρέπει να εξεταστεί και αξιολογηθεί εκτενέστερα.
Η χαμηλότερη ενέργεια του υδρογόνου ανά μονάδα όγκου σημαίνει ότι η ροή κατά μήκος του αγωγού θα πρέπει να αυξηθεί, εγείροντας ερωτήματα σχετικά με τις συνέπειες και το κόστος που θα επιφέρει.
Τέλος, η έκθεση επισημαίνει την έλλειψη πραγματικών επιδείξεων, αν και επί του παρόντος βρίσκονται σε εξέλιξη έργα για την επίδειξη συστημάτων αγωγών μεγαλύτερης κλίμακας με διαφορετικά μείγματα υδρογόνου.
Ένα «πακέτο» εργαλείων αναβάθμισης ενός αγωγού φυσικού αερίου ανοιχτού κώδικα αναμένεται να κυκλοφορήσει στα τέλη του 2023.
Αναλυτικότερα...
Η υποδομή φυσικού αερίου των ΗΠΑ είναι εκτεταμένη, παρέχοντας υπηρεσίες για το 32% της ενέργειας που καταναλώνει η χώρα σύμφωνα με στοιχεία του 2021.
Για να μειωθούν οι εκπομπές από την υπηρεσία φυσικού αερίου, η ανάμειξη υδρογόνου σε αγωγούς φυσικού αερίου θα μπορούσε να αποδειχθεί πολλά υποσχόμενη, και μια οικονομικά αποδοτική διαδρομή καθώς δεν θα χρησιμοποιούσε μόνο την υπάρχουσα υποδομή φυσικού αερίου αλλά και θα εξυπηρετούσε βασικούς τελικούς χρήστες όπου η ηλεκτροδότηση είναι αντιοικονομική.
Το υδρογόνο είναι ένας φορέας ενέργειας που μπορεί να παραχθεί και να καταναλωθεί με σχεδόν μηδενικές εκπομπές σε πολλές βασικές αγορές όπου χρησιμοποιείται σήμερα το φυσικό αέριο.
Η ανάμειξη υδρογόνου σε αγωγούς φυσικού αερίου είναι μόνο μία από αυτές τις αγορές, αλλά έρχεται με πολλές προκλήσεις και αβεβαιότητες που περιπλέκουν αυτήν την προσέγγιση.
Πολλές προκλήσεις και αβεβαιότητες
Μια τεχνική έκθεση που συντάχθηκε από ερευνητές στο NREL, στα Εθνικά Εργαστήρια Sandia και στο Εθνικό Εργαστήριο Βορειοδυτικού Ειρηνικού εξέτασε την κατάσταση της τεχνολογίας ανάμειξης υδρογόνου για να δώσει κατευθύνσεις για μελλοντική έρευνα ανάμειξης υδρογόνου.
Η έκθεση, με τίτλο «Hydrogen Blending into Natural Gas Pipeline Infrastructure: Review of the State of Technology», διερευνά υλικούς, οικονομικούς και λειτουργικούς παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη, συμπεριλαμβανομένων περιλήψεων μελετών που ανέπτυξαν σχετικά μαθηματικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο η ανάμειξη υδρογόνου επηρεάζει τη λειτουργία της υποδομής μεταφοράς και διανομής φυσικού αερίου.
«Η ιδέα της ανάμειξης υδρογόνου σε αγωγούς φυσικού αερίου δεν είναι νέα και υπάρχει εδώ και δεκαετίες, αλλά παραμένουν μεγάλα κενά γνώσης», δήλωσε ο Mark Chung, επικεφαλής ανάλυσης συστημάτων υδρογόνου της NREL. «Ελπίζουμε ότι αυτή η μελέτη χρησιμεύει ως κατατοπιστική αναφορά σε μελλοντικούς τομείς σχετικής έρευνας».
Κόπωση υλικού: ρωγμές που προκαλούνται από το υδρογόνο
Μία από τις κύριες προκλήσεις με την ανάμειξη υδρογόνου είναι η πυρόλυση που προκαλείται από το υδρογόνο.
Τα στερεά μέταλλα μπορούν εύκολα να διαπεραστούν από το υδρογόνο επειδή είναι το μικρότερο στοιχείο στο σύμπαν.
Καθώς τα άτομα υδρογόνου απορροφώνται και διαχέονται εντός του χάλυβα αγωγών, μπορούν να επηρεάσουν τις ιδιότητες αντοχής στην κόπωση και τη θραύση του υλικού.
Αυτές οι κρούσεις θα μπορούσαν να καταστήσουν τους χάλυβες αγωγών πιο επιρρεπείς στις ρωγμές.
Η τεχνική έκθεση συζητά την έρευνα που απαιτείται για την καταπολέμηση αυτού του φαινομένου.
Ενώ υπάρχουν οδηγίες σχεδιασμού για την αξιολόγηση κατάλληλων πιέσεων λειτουργίας για κοινά υλικά αγωγών, απαιτούνται περισσότερες δοκιμές κόπωσης και θραύσης των vintage χαλύβδινων αγωγών που χρησιμοποιούνται στο σύστημα αγωγών φυσικού αερίου των ΗΠΑ για τον προσδιορισμό της περιοριστικής συμπεριφοράς σε περιβάλλοντα υδρογόνου.
Τα διαφορετικά υλικά
Επιπλέον, ο αντίκτυπος του υδρογόνου σε διαφορετικά υλικά και εξοπλισμό, όπως πλαστικές σωληνώσεις, συμπιεστές, βαλβίδες και σε άλλο εξοπλισμό εκτός αγωγών, όπως εγκαταστάσεις αποθήκευσης, πρέπει επίσης να αξιολογηθεί.
Για παράδειγμα, η παρουσία υδρογόνου σε μερικούς γεωλογικούς σχηματισμούς αποθήκευσης θα μπορούσε να διεγείρει και να αναπτύξει προϋπάρχοντες υποεπιφανειακούς μικροοργανισμούς έτσι ώστε το υδρογόνο που περιέχεται να καταναλώνεται για την παραγωγή ρύπων υδρογόνου.
Η επίδραση του υδρογόνου στους μικροοργανισμούς σε εγκαταστάσεις γεωλογικής αποθήκευσης δεν έχει μελετηθεί καλά, αλλά είναι απαραίτητη για την κατανόηση του τρόπου διασφάλισης της ακεραιότητας της ανάμειξης υδρογόνου.
Μέσω του έργου SHASTA που χρηματοδοτείται από το DOE (Υποεπιφανειακή Εκτίμηση Αποθήκευσης και Επιτάχυνσης Τεχνολογίας Υδρογόνου), πολλά εθνικά εργαστήρια συνεργάζονται για να καθορίσουν τη βιωσιμότητα, την ασφάλεια και την αξιοπιστία της αποθήκευσης μιγμάτων καθαρού υδρογόνου ή υδρογόνου-φυσικού αερίου σε υπόγεια περιβάλλοντα.
Λειτουργικές εκτιμήσεις
Η υποβάθμιση του υλικού του αγωγού δεν είναι η μόνη πρόκληση που παρουσιάζει το υδρογόνο.
Η ενεργειακή πυκνότητα του υδρογόνου παρουσιάζει επίσης προκλήσεις μετάδοσης ενέργειας.
Σε μια σταθερή πτώση πίεσης κατά μήκος του αγωγού, η χαμηλότερη ενέργεια του υδρογόνου ανά μονάδα όγκου από το φυσικό αέριο μειώνει την ικανότητα του αγωγού να μεταφέρει ενέργεια και μπορεί να μην εξυπηρετεί επαρκώς τις ενεργειακές απαιτήσεις του τελικού χρήστη.
Η αύξηση του ρυθμού ροής αερίου αναμεμειγμένου με υδρογόνο μέσω αγωγών θα μπορούσε να αντισταθμίσει τη μειωμένη χωρητικότητα, αλλά η ενέργεια που χρησιμοποιείται για τη συμπίεση πρέπει επίσης να αυξηθεί για να αντισταθμίσει την αυξημένη πτώση πίεσης κατά μήκος του αγωγού.
Κάτι τέτοιο μπορεί να οδηγήσει σε πρόσθετο κόστος για τον φορέα εκμετάλλευσης του αγωγού και, τελικά, τους τελικούς χρήστες.
Η τεχνική έκθεση συνοψίζει αυτές τις επιχειρησιακές εκτιμήσεις για την οικονομική αξιολόγηση των ευκαιριών ανάμειξης υδρογόνου.
Το κόστος ευκαιρίας που σχετίζεται με τη μειωμένη ικανότητα μεταφοράς ενέργειας των μιγμάτων υδρογόνου θα πρέπει να ληφθεί υπόψη καθώς και τα βήματα που απαιτούνται για την προετοιμασία δικτύων αγωγών και εφαρμογών τελικής χρήσης για ανάμειξη υδρογόνου.
Έλλειψη πραγματικών παραδειγμάτων
Μια άλλη πρόκληση για την εφαρμογή συστημάτων μιγμάτων υδρογόνου είναι η έλλειψη επιδείξεων (παραδειγμάτων πρακτικής εφαρμογής) και έρευνας για την ανάμειξη υδρογόνου.
Οι λίγες επιδείξεις σε όλο τον κόσμο τα τελευταία χρόνια απέδειξαν ότι τα μείγματα χαμηλού υδρογόνου με φυσικό αέριο είναι εφικτά, αλλά αυτά τα επιδεικνυόμενα σενάρια ήταν περιορισμένα στις τελικές χρήσεις.
Οι μικρές περιπτωσιολογικές μελέτες είναι μόνο η αρχή.
Απαιτείται περαιτέρω έρευνα σε ολόκληρη την αλυσίδα εφοδιασμού υδρογόνου και φυσικού αερίου για να καλυφθούν τα τρέχοντα κενά γνώσης και να υπάρξει καλύτερη ενημέρωση των υπευθύνων λήψης αποφάσεων σχετικά με μελλοντικά έργα ανάμειξης υδρογόνου.
Επί του παρόντος βρίσκονται σε εξέλιξη έργα για την επίδειξη συστημάτων αγωγών μεγαλύτερης κλίμακας με υψηλότερα μείγματα και καθαρά ρεύματα υδρογόνου.
Η πρωτοβουλία HyBlend™, η οποία παρήγαγε την τεχνική έκθεση, δημιουργήθηκε από το Γραφείο Τεχνολογιών Υδρογόνου και Κυψελών Καυσίμου του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ για την αντιμετώπιση τεχνικών φραγμών στην ανάμειξη υδρογόνου σε αγωγούς φυσικού αερίου.
Η NREL ηγείται ενός συνεργατικού έργου Ε&Α στο πλαίσιο του HyBlend που περιλαμβάνει τρία άλλα εθνικά εργαστήρια—Εθνικά Εργαστήρια Sandia, Εθνικό Εργαστήριο Βορειοδυτικού Ειρηνικού και Εθνικό Εργαστήριο Argonne—και περισσότερους από 30 συνεργάτες από τη βιομηχανία και τον ακαδημαϊκό κόσμο.
Η έκθεση ενημερώνει την ανάπτυξη μοντέλων και εργαλείων ανάλυσης για την αξιολόγηση των τεχνικών απαιτήσεων της ανάμειξης υδρογόνου ως μέρος των στόχων της πρωτοβουλίας HyBlend, συμπεριλαμβανομένου ενός εργαλείου αναβάθμισης αγωγού φυσικού αερίου ανοιχτού κώδικα για απελευθέρωση στα τέλη του 2023.
www.worldenergynews.gr
