Londýn 31. júla 2023 – Konverzia infraštruktúry LNG na zvládnutie vodíka je sľubná, ale predstavuje aj niektoré významné technické a ekonomické výzvy. Skúmajú sa rôzne cesty, medzi nimi aj možnosť používania amoniaku – derivátu vodíka – sa tiež posudzuje ako potenciálne praktickejšia a lacnejšia alternatíva. Téme sa venoval magazín Medzinárodnej plynárenskej únie (IGU) Global Voice of Gas (GVG).
Úloha LNG v energetickom prechode zostáva vyvážená. Obavy o bezpečnosť dodávok upevnili jeho preklenovaciu pozíciu a palivo zostáva nevyhnutné na zníženie výroby elektriny z uhlia, najmä v Ázii, a ako zdroja podpory výroby prerušiteľných obnoviteľných zdrojov.
Pre zachovanie dlhodobejšej úlohy však vývojári na strane vývozu aj dovozu posudzujú možnosti integrácie a konverzie skvapalnených plynov s nižším obsahom uhlíka, ako sú vodík a amoniak.
Cieľom týchto snáh je riešiť obavy, že nová infraštruktúra na dovoz LNG – ktorá sa v Európe rýchlo zavádza v dôsledku ruskej vojny na Ukrajine – bude predstavovať uviaznuté investície alebo bude pokračovať v používaní nedekarbonizovaného zemného plynu. Konverzia infraštruktúry LNG na využívanie vodíka alebo amoniaku by mohla v budúcnosti zabezpečiť nové investície do LNG, ktoré sú dnes potrebné, a znížiť náklady na energetickú transformáciu efektívnym opätovným využívaním existujúcich aktív, píše GVG.
Možnosti konverzie
Hlavným zameraním infraštruktúry LNG je možnosť prestavby existujúcich exportných a importných terminálov a plavidiel tak, aby boli schopné zvládnuť zásielky vodíka a čpavku.
V kvapalnej forme potrebujú vodíkové aj LNG projekty kryogénne zariadenia, ale Medzinárodná energetická agentúra tvrdí, že konverzia existujúcej alebo plánovanej infraštruktúry LNG je „technicky náročná“ a „vyžaduje výmenu alebo drastickú úpravu väčšiny zariadení“. V súčasnosti existuje len jeden malý prototyp terminálu na dovoz kvapalného vodíka – v japonskom prístave Kobe, ďalšie sú plánované v Južnej Kórei a Austrálii.
Americká spoločnosť Chart Industries však tvrdí, že jej predchladená, stredne veľká integrovaná modulárna technológia skvapalňovania by sa s určitými úpravami dala použiť na skvapalňovanie vodíka. Okrem toho predpokladá, že premena existujúcej infraštruktúry LNG na skvapalňovanie vodíka by bola najmenej o 50 % lacnejšia ako výstavba nových špecializovaných projektov.
Niektorí výrobcovia LNG, ako napríklad Cheniere Energy a Sempra Energy, už prejavili záujem vstúpiť na rodiaci sa trh s medzinárodne obchodovaným vodíkom.
Skvapalnenie vodíka vyžaduje jeho ochladenie na -253 °C, čo je výrazne nižšia teplota ako -161,5 °C pri LNG, čo je faktor, ktorí zvýši náklady na skvapalňovanie aj plavidlá. Okrem toho skvapalňovanie zemného plynu spotrebuje menej ako 10 % jeho energie, ale tento podiel sa v prípade vodíka zvyšuje asi na tretinu. Pri 3,5 kWh/m3 má vodík menšiu hustotu ako zemný plyn (11,4 kWh/m3), takže rovnaký objem obsahuje oveľa menej energie, čo znamená, že by bolo potrebných viac tankerov.
To by mohlo sťažiť znášanie nákladov na námorný obchod s vodíkom. Medzinárodná agentúra pre obnoviteľnú energiu si napríklad myslí, že obchod s vodíkom sa do roku 2050 rozdelí zhruba rovnomerne medzi prepravu potrubím a tankermi.
Amoniak je žieravý a toxický, ale má nižšie požiadavky na tepelnú izoláciu ako LNG, pretože sa stáva kvapalným už pri -33 °C, pripomína GVG.
Neisté odhady nákladov
Nedostatok existujúcich projektov konverzie, skvapalňovania alebo spätného splyňovania znamená, že je ťažké odhadnúť náklady. Štúdia Fraunhoferovho inštitútu pre systémy a inovácie uverejnená v novembri 2022 v mene Európskej klimatickej nadácie však odhaduje, že približne 70 % investícií do terminálu na dovoz LNG by sa mohlo využiť v rámci terminálu prerobeného na amoniak, 50 % v prípade konverzie na kvapalný vodík (na základe podielu nákladov na LNG nádrž).
Fraunhoferov inštitút odporučil, aby terminály na dovoz LNG boli na začiatku navrhnuté tak, aby sa dali ľahšie prebudovať na vodík alebo čpavok, a to aj vybudovaním skladovacích nádrží z kompatibilných materiálov, ako je špeciálna nehrdzavejúca oceľ. To je obzvlášť dôležité, pretože skladovacie nádrže sú najdrahšou súčasťou terminálov na dovoz LNG.
Inštitút uviedol, že „je potrebná dodatočná tepelná izolácia nádrže alebo sa musí akceptovať vyšší výpar“ pri konverzii kvapalného vodíka.
Japonská spoločnosť IHI Corporation zvažuje prestavbu svojich terminálov a skladovacích zariadení na dovoz LNG na spracovanie amoniaku niekedy v rokoch 2025 až 2030. Jej cieľom je používať amoniak ako surovinu pre tepelné elektrárne, pričom ho opisuje ako uhlíkovo neutrálnu alternatívu k uhoľným a plynovým elektrárňam, pretože jeho emisie pri spaľovaní neobsahujú CO2. „Konverzia zariadení LNG by mala zvýšiť spotrebu amoniaku znížením nákladov a zabezpečením efektívneho využívania pozemkov,“ dodala firma.
Potrubia, ktoré sa v súčasnosti používajú na prepravu zemného plynu, by sa tiež museli upraviť, aby zvládli rôzne teploty a tlaky vodíka a čpavku.
Armatúry a ventily sú zvyčajne navrhnuté pre špecifické prevádzkové podmienky, a preto musia byť technicky utesnené, aby zvládli vodík, pretože molekuly vodíka sú menšie ako molekuly metánu, alebo dokonca ako ktorákoľvek iná molekula, a uniknutý vodík by prispieval k zmene klímy a predstavoval bezpečnostné riziko, konštatuje GVG.
Regulačné ventily sa musia prekalibrovať, aby sa obmedzila miera úniku vodíka, zatiaľ čo na testovanie potenciálnych únikov sa môže použiť hélium. Spojovacie časti môžu byť tiež navzájom zvarené a kontrolované röntgenovým žiarením. Na rozdiel od plynovodov na zemný plyn je vo vodíkových potrubiach potrebná mechanická kontrola lomu, pretože vodík má podľa Fraunhoferovho inštitútu 20- až 30-krát vyššiu mieru rastu trhlín.
Holandský prevádzkovateľ infraštruktúry zemného plynu Gasunie odporúča používať na výrobu vodíkových potrubí len vysoko legovanú chrómniklovú oceľ, aby sa predišlo vodíkovému krehnutiu, čo v porovnaní s plynovodmi na zemný plyn mierne zvyšuje náklady. Potrubia sa tiež musia udržiavať veľmi čisté, napríklad pomocou suchého ľadu, aby sa zabránilo kontaminácii vodíkom.
Nakoniec sa musí zvýšiť rýchlosť toku, pretože vodík a amoniak majú menšiu hustotu ako zemný plyn.
Plynovody majú úroveň tlaku 70-100 barov v závislosti od veku, ale vodíkové potrubia musia mať tlak 100 barov.
Čpavkové technológie sú odskúšané
Súčasné nadšenie pre čpavok je založené na jeho používaní ako paliva, najmä v lodnej doprave, hoci sa v súčasnosti predáva hlavne ako hnojivo. Dalo by sa však tiež spätne konvertovať na vodík, ktorý možno používať ako motorové palivo, ale aj pri vykurovaní, výrobe ocele a iných priemyselných aplikáciách. Premena vodíka na amoniak vo vývoznej krajine a späť na zamýšľanom trhu by si vyžadovala investície do krakovacieho zariadenia, čo by si vyžadovalo viac investícií a spotrebovalo viac energie.
Amoniak sa ľahšie skvapalňuje a má hustotu kvapalnej energie na úrovni medzi hustotou LNG a vodíka.
V súčasnosti už existuje istý námorný obchod s amoniakom. Fraunhoferov inštitút a BNEF dospeli k záveru, že konverzia LNG terminálov na čpavkové je technicky a finančne uskutočniteľná, pričom Bloomberg New Energy Finance odhaduje 6 – 20 % dodatočných investícií na úpravu na ich úpravu na amoniak.
V správe o konverzii dovozných LNG terminálov na manipuláciu s amoniakom spoločnosť Black & Veatch uviedla, že skladovacie nádrže môžu byť upravené tak, aby skladovali amoniak, hoci by mali nižšiu pracovnú kapacitu. Okrem toho odporúčala riadne posúdenie systému odparovania plynu (BOG), aby sa určila správna konfigurácia kompresora, s cieľom zabrániť neefektívnej prevádzke BOG kompresora. Nakoniec dodala, že prístrojové a meracie zariadenia by sa mali „podrobne vyhodnotiť, aby sa zabezpečila ich funkčnosť v prípade amoniaku“, pričom by sa mali vymeniť niektoré komponenty.
Podľa asociácie Ammonia Energy Association je možné amoniak prepravovať potrubím za polovičné náklady ako zemný plyn, pretože je potrebný menší priemer potrubia. Na porovnanie, asociácia odhaduje náklady na prepravu vodíkovým potrubím na dvojnásobok nákladov na zemný plyn, a teda štvornásobok nákladov na čpavkové potrubia. Hoci v súčasnosti neexistuje žiadna európska sieť čpavkových potrubí, americká sieť už má viac ako 4800 km a prepravuje 2 mil. ton ročne najmä pre výrobu hnojív. Ako také je použitie amoniaku v priemyselnom meradle odskúšané a testované.
Okrem toho technické a ekonomické výzvy, ktoré predstavuje premena infraštruktúry LNG na používanie vodíka a amoniaku, treba vnímať v kontexte vysokých nákladov na výrobu vodíka elektrolýzou s využitím obnoviteľnej energie a potreby dodatočnej kapacity na výrobu obnoviteľnej energie. Emisie z výroby vodíka zo zemného plynu možno riešiť zachytávaním a skladovaním uhlíka a pri nižších nákladoch ako majú súčasné technológie elektrolýzy.
V dôsledku toho vývoj budúcej výroby a distribúcie plynov s nízkym obsahom uhlíka do veľkej miery závislý od trajektórií ekonomických nákladov mnohých, často konkurenčných technológií. Ale vzhľadom na svoj rozsah a skúsenosti s manipuláciou so skvapalneným plynom má odvetvie LNG dobré predpoklady na to, aby zohralo hlavnú úlohu a využilo existujúce aktíva na vytvorenie nových dodávateľských reťazcov založených na existujúcich investíciách do infraštruktúry, uzavrel GVG.