Prošli tjedan na tematskoj konferenciji Vodik u energetskoj tranziciji u Zagrebu doc. dr. sc. Ankica Kovač predstavila je projekt pod nazivom Vodik u energetskoj tranziciji: Osiguranje električne energije u slučaju klimatskih ekstrema i prirodnih katastrofa, čiji je nositelj Fakultet strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu. Projekt je financiran sredstvima Europskih strukturnih i investicijskih fondova / Europskog fonda za regionalni razvoj i njime će u Republici Hrvatskoj prvi put biti instaliran ogledni lokalizirani pomoćni sustav koji će osigurati dotok električne energije u slučaju klimatskih ekstrema i prirodnih katastrofa. Ovaj sustav, temeljen na vodiku, osigurao bi električnu energiju u slučaju iznenadnih situacija i klimatskih promjena poput poplava, potresa, visokih i niskih temperature, što je ponajviše važno za velike službe poput zdravstvenih ustanova, kao što smo imali prilike vidjeti 22. ožujka kada je snažan potres pogodio Zagreb i okolicu. Više o projektu rekla nam je inicijatorica i potpredsjednica Hrvatske udruge za vodik Ankica Kovač.

Ove godine imamo primjere pandemije, potresa i čestih poplava nakon obilnih kiša. Je li to svojevrsna sreća u nesreći s kojom dolazi pravo vrijeme za prepoznavanje prednosti vodikove energetike i potrebe za očuvanje Zemlje?

Ovo o čemu mi govorimo u konačnici se odnosi na očuvanje biosfere planete Zemlje. Svi smo se zadnjih 150 godina, a pogotovo zadnjih 70 godina razvijali na temelju spaljivanja fosilnih goriva. Rast stanovništva je zahtijevao sve više energije i sve više hrane. Tako da smo danas tu gdje jesmo. Ključno je ubrzati energetsku tranziciju na obnovljive izvore energije, te provesti sveobuhvatnu dekarbonizaciju transporta i proizvodnje svih vrsta dobara. Obnovljivi izvori energije u sprezi s vodikom mogu tu tranziciju značajno ubrzati i time doprinijeti izbjegavanju katastrofičnih scenarija.

Koliko će ljudi raditi na projektu Vodik u energetskoj tranziciji? Kako je točno cijeli sustav zamišljen?

Na ovom projektu radit će ukupno 9 ljudi uključujući i mene kao voditeljicu. Na sustavu ćemo provoditi primijenjena istraživanja s ciljem njegove kasnije primjene u industriji. Projekt predstavlja poligon za istraživanje i razvoj i tijekom njegove provedbe izradit će se jedna doktorska disertacija, a projekt također uključuje i mogućnost izrade završnih i diplomskih radova studenata. Koliko će taj projekt potaknuti pokretanje sličnih projekata i time pomoći industriji u usvajanju vodikovih tehnologija i povećanu zaposlenost tek će se vidjeti. To sve skupa ovisi o nizu faktora. U svakom slučaju kao članica EU Hrvatska će trebati slijediti u EU zacrtani put tehnološkog razvoja napose energetsku tranziciju odnosno dekarbonizaciju industrije i prometa u cjelini. Da bismo 2050. imali planirane nulte emisije stakleničkih plinova imamo za takve pomake jako malo raspoloživog vremena. Kako je projekt započeo tek 17. veljače 2020. godine, trenutno smo u fazi nabave opreme. Jedan dio te opreme već je stigao. Sustav je zamišljen kao autonomni, odnosno off-grid što znači da će biti neovisan od postojeće energetske mreže, a bit će instaliran u Laboratoriju za energetska postrojenja FSB-a. Vodik će se proizvoditi elektrolizom vode pri čemu će se električna energija potrebna za pogon elektrolizatora dobivati iz sunčeve energije direktnom pretvorbom pomoću fotonaponskih modula. Na ovaj način osigurali smo proizvodnju vodika bez popratnih štetnih emisija CO2 i tako dobiveni vodik nazivamo zeleni vodik. Ako neće biti novih izazovnih situacija poput COVID-19, potresa i slično, a što bi moglo usporiti proces nabave opreme i instalaciju sustava, probno puštanje sustava u rad očekujemo tijekom 2021. godine.

Što čini temelj i jezgru ovog sustava i kada možemo očekivati prve primjere i projekte?

Na vodiku zasnovana energetska jezgra sastoji se od sustava koji koristi obnovljivi izvor energije, elektrolizatora vode, kompresora vodika, spremnika vodika, svežnja gorivnih članaka, i automatskog sklopa za nadzor i upravljanje jezgrom na koju su priključeni potrošači električne i/ili toplinske energije. Cijeli takav sklop nazivamo mikromrežom. Veličina, odnosno snaga mikromreže može biti različita. Mikromreže mogu funkcionirati samostalno, a mogu biti i spojene u zajedničku fleksibilnu i robusnu cjelinu na širem teritoriju grada ili države. Energetska jezgra može kao cjelina biti konstruirana da funkcionira povremeno (kao rezerva za ispad glavne mreže) ili kontinuirano, npr. da podmiruje energetske potrebe naseljenog otoka u Jadranskom moru. Ispadi glavne mreže u nadolazećim vremenima bi mogli biti česti jer se već primjećuje povećana učestalost klimatskih ekstrema poput toplinskih udara, izrazito olujnih nevremena i sa svim time povezanih štetnih pojava kao što su požari i poplave, prekinuti dalekovodi i slično.Cijeli sustav može biti prilagođen za različite svrhe tvoreći tako energetsku stacionarnu mikromrežu, npr. za osvjetljenje i pogon dizala u zgradama, energetska podrška u operacijskim dvoranama, pumpe za vodu u vodoopskrbnim sustavima, energetska rezerva u stambenim zgradama, te TV i radio komunikacijskim centrima. Također je moguć i mobilni električni agregat prilagođen potrebama ‘izvora struje na kotačima’ za potrebe telekomunikacija, raznih radova i popravaka cestovne infrastrukture i slično. Dio projekta bavi se simulacijom i optimizacijom različitih varijanti mikromreža i njihovog povezivanja međusobno i s postojećom glavnom mrežom. U svijetu se slični sustavi istražuju već dugi niz godina, no u Hrvatskoj koliko je nama poznato do sada se nisu razvijale takve energetske jezgre.

U vezi s proizvodnjom i korištenjem vodika na licu mjesta treba spomenuti da koncept energetske jezgre i mikromreže omogućava da se iz temelja promijeni način gradnje zgrada. Ne samo da se kroz toplinsku izolaciju zgradu može učiniti manjim potrošačem toplinske energije, nego se krov i fasada, balkonske ograde pa i prozori mogu prekriti fotonaponskim člancima (BIPV – Building-integrated Photo Voltaics). To bi zgradu pretvorilo u aktivnog proizvođača električne energije, a u kombinaciji s vodikovom energetskom jezgrom potpuno energetski neovisnom od glavne mreže. Prve primjere integracije fotonaponskih polja i vodikovih energetskih jezgri već imamo na nekim mjestima u Europi. U Hrvatskoj HEP provodi izgradnju niza sunčanih elektrana. Nedavno je puštena u pogon sunčana elektrana na Visu. Čitamo da se tamo povremeni viškovi električne energije koji ne mogu biti odmah iskorišteni pohranjuju u baterijama. Kakva će biti iskustva s tim konceptom tek će se vidjeti. Mislim da bi, kada bi se ukupno sagledale sve prednosti i svi nedostatci oba koncepta, bilo bolje instalirati vodikovu energetsku jezgru umjesto baterija. Mislim da to indirektno potvrđuje i nedavno donošenje EU vodikove strategije tako da očekujem da će se u skoroj budućnosti i kod nas u takvim sličnim primjerima koristiti vodik.

Spomenuli ste i veliki potencijal za hrvatsko gospodarstvo. Koliko Hrvatska proizvodi vodika?

Točnu količinu proizvedenog vodika trenutno u Hrvatskoj nismo istraživali. Zna se da postoje postrojenja za proizvodnju vodika procesom reformiranja fosilnih goriva za potrebe industrije prerade nafte (INA d.d.), postrojenja za potrebe sinteze amonijaka (tvornica gnojiva Kutina) i postrojenje elektrolize vode za potrebe tvornice ulja Zagreb. Iako se vodik u tvornici ulja proizvodi elektrolizom vode električna energija za tu svrhu se uzima iz mreže, što znači da je udio obnovljivih izvora energije nizak.

Kada govorimo o potencijalnoj ulozi vodika u oživljavanju našeg gospodarstva onda mislimo na proizvodnju i korištenje komponenti vodikovih tehnologija u tom gospodarstvu i za mogući izvoz. Izvoz opreme bi mogao biti značajan segment zbog porasta potražnje u EU, generiranog donesenom EU vodikovom strategijom. Čitavu situaciju treba posebno pažljivo razmotriti i u svijetlu kineskih državnih subvencija za razvoj njihovih domaćih vodikovih tehnologija. Značajne EU kompanije za proizvodnju svežnjeva vodikovih gorivnih članaka već imaju sporazume s Kinom. Hrvatska ima inventivne pa i svjetski poznate stručnjake i nešto strojarske, elektrotehničke i kemijske industrije, ali nema šireg plana i akcije. Zato sam i predložila da se napravi jedna veća konferencija o vodikovim tehnologijama u hrvatskim uvjetima pod nazivom Regional Hydrogen Energy Conference (RHEC-2021), a koja će se održati u Opatiji u zadnjem tjednu svibnja 2021. godine. To je potrebno zato da se na jednom mjestu susretnu sva stajališta, da se uspostave odgovarajuća partnerstva ne samo proizvodnih tvrtki nego i kreditora i investitora, a posebno predstavnika sustava vlasti koja u svojim rukama drži, figurativno rečeno, dirigentsku palicu. RHEC bi dakle mogao biti jedan poligon za razmjenu ideja i utvrđivanje planova. Jedna važna značajka ove konferencije je ideja da se uz vodikove tehnologije vežu Informacijsko-komunikacijske tehnologije (ICT). Kada vidimo da cestama počinju voziti električni automobili na vodik i električni automobili na baterije koje vozi umjetna inteligencija, kada se pojavljuju inteligentni autonomni roboti koji za svoj rad trebaju energiju (najbolje energiju iz vodika) vidimo koliko je prijelaz na vodikove tehnologije sveobuhvatan.

A cijena vodika?

Citirala bih prof.dr.sc. Mihajla Firaka (FSB) koji je na to pitanje odgovorio protupitanjem: ‘Koliko košta slamka spasa?!’, kao i prof. emeritusa, dr.sc. Kalmana Žihu (FSB) koji je u jednom razgovoru o klimatskim promjenama i skupoći vodikovih tehnologija rekao: ‘Ili ćemo platiti ili ćemo propasti’. Cijena vodika ovisi o načinu njegove proizvodnje. Prema EU vodikovoj strategiji objavljenoj 8. srpnja 2020. godine, cijena vodika koji je proizveden iz fosilnih goriva je oko 1,5 eura po kilogramu ne uzimajući u obzir cijenu otpuštenog CO2 u atmosferu (ova cijena ovisi o cijeni prirodnog plina te je podložna promjenama). Ako uz proizvodnju vodika imamo i hvatanje otpuštenog CO2, onda je ta cijena oko 2 eura po kilogramu. I konačno, cijena proizvodnje vodika elektrolizom vode korištenjem obnovljivih izvora energije, odnosno zelenog vodika je oko 2,5-5,5 eura po kilogramu. S obzirom na ekstreman pad cijena elektrolizatora, procjenjuje se da će do 2030. godine zeleni vodik cjenovno biti konkurentan vodiku proizvedenome iz fosilnih goriva i upravo je to jedan od razloga zašto je vodik perjanica energetske tranzicije.

Kako građanima približiti prednosti korištenja vodika na primjerima?

Građanima većih gradova kao što je Zagreb, uglavnom je poznato da toplinsku energiju ljeti i zimi kao i dio električne energije dobivaju iz gradskih elektrana – toplana. Dva su visoka betonska dimnjaka u Zagrebu koji karakteriziraju zagrebačke toplane. Ti su dimnjaci tako visoki da bi se dimni plinovi koji sadrže po zdravlje štetne čestice i plinove raspršili na što većoj površini i tako uzrokovali što manju štetu. Budući da se u kotlovima spaljuju fosilna goriva, danas uglavnom tekuća i plinovita, dominantni sadržaj tih plinova je staklenički plin CO2 za kojeg je dokazano da uzrokuje neprihvatljivo globalno povišenje srednje temperature biosfere planete Zemlje. Bilo bi idealno kada bi se u takvim energetskim postrojenjima koristilo alternativno gorivo kao što je vodik. Spaljivanjem vodika može se dobiti korisna toplina i električna energija dok bi izlazni dimni plinovi bili čista vodena para. Vodena para zbog svojih fizikalnih značajki ubrzo kondenzira i pada na tlo u obliku kiše i ne sudjeluje u stvaranju stakleničkog efekta kao što to čini CO2. Zapravo, korištenjem uređaja kao što su vodikovi gorivni članci s protonski vodljivom membranom (engleski Proton Exchange Membrane Fuel Cell – PEM FC) umjesto klasičnih termoelektrana, ne bi bilo potrebe za klasičnim kemijskim izgaranjem vodika. U njima se odvija elektrokemijsko ‘izgaranje’ vodika na temperaturama od oko 65 °C pa produkt i nije para nego obična voda. Svežnjevi gorivnih članaka mogu se modularno povezivati u sustave reda veličine kilovata ili megavata. Tamo gdje bi osim električne energije bila potrebna i toplina više temperature (kogeneracija) mogli bi se koristiti keramički gorivni članci (Solid Oxide Fuel Cell – SOFC).

Primjeri u transportu?

Prvi hrvatski bicikl na vodik i prva hrvatska punionica vodika, dva su projekta ostvarena na Fakultetu strojarstva i brodogradnje Zagreb (FSB), te projekt ‘Croatia Mirai Challenge’ u suradnji FSB-a i Toyota Croatia d.o.o. Bicikl na vodik je električni bicikl koji električnu energiju potrebnu za pogon elektromotora dobiva iz vodika preko svežnja gorivnih članaka (eng. fuel cell stack). Za potrebe punjenja spremnika vodika koji se nalazi na biciklu, instalirana je punionica vodika u kojoj se vodik proizvodi elektrolizom vode u PEM elektrolizatoru korištenjem sunčeve energije preko fotonaponskih modula instaliranih na krovu iznad punionice. Projekt ‘Croatia Mirai Challenge’ organizirali smo 18. rujna 2019. godine kao road trip na ruti Zagreb-Brussels s ciljem promocije čistog transporta i podizanja svijesti javnosti o važnosti prelaska na nove tehnologije u svrhu smanjenja CO2, te kroz to i prilagodbe klimatskim promjenama. Bio je to prvi puta da je jedan automobil na pogon vodikom vozio hrvatskim cestama. Sva tri projekta medijski su dobro popraćena i javnost je do u detalje upoznata s njima. Zainteresirani građani imali su priliku i voziti bicikl na vodik, vidjeti demonstraciju punjenja bicikla na punionici, te pobliže upoznati automobil na pogon vodikom koji je bio parkiran ispred punionice na vodik puna tri dana. To su demonstracijski projekti izvedeni radi poticanja javnog interesa za uvođenje vodika kao alternativnog goriva u transportu. Također, mi na FSB-u provodimo i edukativni seminar pod nazivom ‘Vodik i gorivni članci’ za predstavnike industrije i gospodarstva, znanstvenike, te opću javnost, a utemeljen je i kolegij pod nazivom ‘Vodik i gorivni članci’ koji se izvodi na diplomskom studiju.