מהו מימן ירוק ומדוע אנו זקוקים לו

הזמן הנכון לנצל את הפוטנציאל של מימן למלא תפקיד מפתח בהתמודדות עם אתגרי אנרגיה קריטיים. ההצלחות האחרונות של טכנולוגיות אנרגיה מתחדשת ורכבים חשמליים הראו כי לחדשנות במדיניות ובטכנולוגיה יש את הכוח לבנות תעשיות אנרגיה נקייה גלובליות.

מימן מתגלה כאחת האפשרויות המובילות לאחסון אנרגיה ממקורות מתחדשים עם דלקים מבוססי מימן שעשויים להוביל אנרגיה מאנרגיות מתחדשות למרחקים ארוכים - מאזורים עם משאבי אנרגיה בשפע, לאזורים רעבים לאנרגיה במרחק אלפי קילומטרים משם.

מימן ירוק הופיע במספר התחייבויות להפחתת פליטות בוועידת האקלים של האו"ם, COP26, כאמצעי לפירוק פחמן של התעשייה הכבדה, הובלה למרחקים ארוכים, ספנות ותעופה. ממשלות ותעשייה הכירו שתיהן במימן כעמוד תווך חשוב של כלכלת אפס נטו.

ה-Green Hydrogen Catapult, יוזמה של האו"ם להורדת עלות המימן הירוק, הודיעה כי היא כמעט מכפילה את היעד שלה לאלקטרוליזרים ירוקים מ-25 ג'יגה-וואט שנקבעו בשנה שעברה, ל-45 ג'יגה-וואט עד 2027. הנציבות האירופית אימצה שורה של הצעות חקיקה לפירוק פחמן בשוק הגז של האיחוד האירופי על ידי הקלה על קליטת גזים מתחדשים ודלים בפחמן, כולל מימן, ולהבטיח ביטחון אנרגטי לכל האזרחים באירופה. איחוד האמירויות הערביות גם מעלה את השאיפה, כאשר אסטרטגיית המימן החדשה של המדינה שואפת להחזיק ברבע משוק המימן דל הפחמן העולמי עד 2030 ויפן הודיעה לאחרונה כי תשקיע 3.4 מיליארד דולר מקרן החדשנות הירוקה שלה כדי להאיץ את המחקר והפיתוח והקידום של השימוש במימן במהלך 10 השנים הקרובות.

ייתכן שתיתקלו במונחים 'אפור', 'כחול', 'ירוק' הקשורים לתיאור טכנולוגיות מימן. הכל מסתכם באופן שבו הוא מיוצר. מימן פולט מים רק כאשר הוא נשרף אך יצירתם יכולה להיות עתירת פחמן. בהתאם לשיטות הייצור, מימן יכול להיות אפור, כחול או ירוק - ולפעמים אפילו ורוד, צהוב או טורקיז. עם זאת, מימן ירוק הוא הסוג היחיד המיוצר באופן ניטרלי מבחינה אקלימית, מה שהופך אותו לקריטי להגיע לאפס נטו עד 2050.

ביקשנו מד"ר עמנואלה טיבי, ראש אסטרטגיות הטרנספורמציה של מגזר החשמל, הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (IRENA) להסביר מהו מימן ירוק וכיצד הוא יכול לסלול את הדרך לאפס פליטות נטו. כיום הוא ממוקם במרכז החדשנות והטכנולוגיה של IRENA בבון, גרמניה, שם הוא אחראי לסייע למדינות החברות בתכנון אסטרטגיות לשינוי משק החשמל, וכיום הוא מנהל את העבודה על גמישות מערכת החשמל, מימן ואחסון כמאפשרים מרכזיים למעבר אנרגיה. ד"ר טייבי הוא גם אוצר שותף של פלטפורמת המודיעין האסטרטגי של הפורום הכלכלי העולמי, שם פיתח צוותו את מפת הטרנספורמציה בנושא מימן.

טכנולוגיות מימן ירוק

מה הניע אותך לפתח את המומחיות שלך בטכנולוגיות אנרגיה וכיצד עבודתך ב-IRENA תורמת לכך?

זה היה במהלך עבודת המאסטר שלי. עשיתי התמחות בסוכנות הלאומית האיטלקית לאנרגיה וסביבה (ENEA), שם למדתי על פיתוח בר קיימא ואנרגיה, ועל הקשר בין השניים. כתבתי על זה את התזה שלי בהנדסת ניהול והחלטתי שזה התחום שבו אני רוצה למקד את חיי העבודה שלי. מהר קדימה כמעט 20 שנות ניסיון באנרגיה ושיתוף פעולה בינלאומי, דוקטורט בטכנולוגיית אנרגיה וזמן שביליתי במגזר הפרטי, מחקר וסוכנויות בין-ממשלתיות, וכיום אני מוביל את צוות השינוי במגזר החשמל ב- IRENA מאז 2017.

עבודתי ב-IRENA היא לתרום, עם הצוות שלי ובשיתוף פעולה הדוק עם עמיתים ברחבי הסוכנות ושותפים חיצוניים כמו הפורום הכלכלי העולמי, בתמיכה ב-166 המדינות החברות שלנו במעבר האנרגיה, תוך התמקדות באספקת חשמל מתחדשת ובשימוש בה לפירוק פחמן של משק האנרגיה באמצעות אלקטרונים ירוקים, כמו גם מולקולות ירוקות כמו מימן ונגזרותיו.

מהו מימן ירוק? במה הוא שונה ממימן 'אפור' ומימן כחול עתירי פליטות מסורתיים?

מימן הוא היסוד הפשוט והקטן ביותר בטבלה המחזורית. לא משנה איך הוא מיוצר, הוא בסופו של דבר עם אותה מולקולה נטולת פחמן. עם זאת, המסלולים לייצורו מגוונים מאוד, וכך גם הפליטות של גזי חממה כמו פחמן דו-חמצני (CO2) ומתאן (CH4).

מימן ירוק מוגדר כמימן המיוצר על ידי פיצול מים למימן וחמצן באמצעות חשמל מתחדש. זהו מסלול שונה מאוד בהשוואה לאפור וגם לכחול.

מימן אפור מיוצר באופן מסורתי מתאן (CH4), מפוצל עם קיטור ל-CO2 – האשם העיקרי בשינויי האקלים – ו-H2, מימן. מימן אפור הופק יותר ויותר גם מפחם, עם פליטות CO2 גבוהות יותר באופן משמעותי ליחידת מימן המיוצרת, עד כדי כך שלעתים קרובות נקרא מימן חום או שחור במקום אפור. הוא מיוצר כיום בקנה מידה תעשייתי, עם פליטות נלוות הדומות לפליטות המשולבות של בריטניה ואינדונזיה. אין לו ערך מעבר אנרגיה, להפך.

מימן כחול עובר את אותו תהליך כמו אפור, עם הטכנולוגיות הנוספות הדרושות כדי ללכוד את ה-CO2 המיוצר כאשר מימן מתפצל מתאן (או מפחם) ולאחסן אותו לטווח ארוך. זה לא צבע אחד אלא הדרגתיות רחבה מאוד, שכן לא ניתן ללכוד 100% מה-CO2 המיוצר, ולא כל האמצעים לאחסון שלו יעילים באותה מידה בטווח הארוך. הנקודה העיקרית היא כי לכידת חלק גדול של CO2, ההשפעה האקלימית של ייצור מימן ניתן להפחית באופן משמעותי.

ישנן טכנולוגיות (כלומר פירוליזה של מתאן) המחזיקות בהבטחה לשיעורי לכידה גבוהים (90-95%) ואחסון יעיל לטווח ארוך של ה-CO2 בצורה מוצקה, שעשויה להיות הרבה יותר טובה מכחול עד שהן ראויות לצבע משלהן ב"קשת הטקסונומיה של המימן", טורקיז מימן. עם זאת, פירוליזה של מתאן עדיין נמצאת בשלב פיילוט, בעוד שהמימן הירוק מתרחב במהירות בהתבסס על שתי טכנולוגיות מפתח - אנרגיה מתחדשת (במיוחד מ-PV סולארי ורוח, אבל לא רק) ואלקטרוליזה.

בניגוד לאנרגיה מתחדשת, שהיא מקור החשמל הזול ביותר ברוב המדינות והאזורים כיום, אלקטרוליזה לייצור מימן ירוק צריכה להגדיל משמעותית ולהפחית את עלותה לפחות פי שלושה בעשור-שניים הקרובים. עם זאת, בניגוד ל-CCS ולמתאן פירוליזה, אלקטרוליזה זמינה כיום באופן מסחרי וניתן לרכוש אותה ממספר ספקים בינלאומיים כרגע.

פתרונות אנרגיה ירוקה של מימן

מהם היתרונות של פתרונות מעבר אנרגיה לעבר כלכלת מימן 'ירוקה'? איך נוכל לעבור לכלכלת מימן ירוקה מהמקום שבו אנו נמצאים כיום עם מימן אפור?

מימן ירוק הוא חלק חשוב במעבר האנרגיה. זה לא הצעד המיידי הבא, שכן תחילה עלינו להאיץ עוד יותר את פריסת החשמל המתחדש כדי לפרק את מערכות החשמל הקיימות, להאיץ את החשמול של משק האנרגיה כדי למנף חשמל מתחדש בעלות נמוכה, ולבסוף לנטרל מגזרים שקשה לחשמל – כמו תעשייה כבדה, ספנות ותעופה – באמצעות מימן ירוק.

חשוב לציין שכיום אנו מייצרים כמות משמעותית של מימן אפור, עם פליטות גבוהות של CO2 (ומתאן): העדיפות תהיה להתחיל לפרק את הביקוש הקיים למימן, למשל על ידי החלפת אמוניה מגז טבעי באמוניה ירוקה.

מחקרים אחרונים הציתו ויכוח על הרעיון של מימן כחול כדלק מעבר עד שמימן ירוק הופך לתחרותי בעלויות. כיצד מימן ירוק יהפוך לתחרותי מול מימן כחול? איזה סוג של השקעות אסטרטגיות צריכות להתרחש בתהליך פיתוח הטכנולוגיה?

הצעד הראשון הוא לספק איתות למימן כחול להחליף את האפור, שכן ללא מחיר לפליטת CO2, אין מקרה עסקי לחברות להשקיע במערכת לכידת פחמן מורכבת ויקרה (CCS) ובמחסנים גיאולוגיים של CO2. ברגע שהמסגרת היא כזו שמימן דל פחמן (כחול, ירוק, טורקיז) הוא תחרותי עם מימן אפור, אז נשאלת השאלה: האם עלינו להשקיע ב- CCS אם הסיכון הוא שיהיו לנו נכסים תקועים, וכמה מהר הירוק יהפוך לזול יותר מכחול.

התשובה כמובן תשתנה בהתאם לאזור. בעולם של אפס נטו, יעד שיותר ויותר מדינות מתחייבות אליו, הפליטות הנותרות ממימן כחול יצטרכו להתקזז עם פליטות שליליות. זה יבוא עם מחיר. במקביל, מחירי הגז היו תנודתיים מאוד לאחרונה, והותירו את מחיר המימן הכחול מתואם מאוד למחיר הגז, וחשוף לא רק לאי-ודאות במחירי ה-CO2, אלא גם לתנודתיות במחירי הגז הטבעי.

עבור מימן ירוק, לעומת זאת, אנו עשויים להיות עדים לסיפור דומה לזה של PV סולארי. זה עתיר הון, ולכן אנחנו צריכים להפחית את עלות ההשקעה כמו גם את עלות ההשקעה, על ידי הרחבת הייצור של טכנולוגיות מתחדשות ואלקטרוליזה, תוך יצירת סיכון נמוך כדי להפחית את עלות ההון להשקעות במימן ירוק. זה יוביל לעלות יציבה ויורדת של מימן ירוק, בניגוד לעלות תנודתית ועלולה פוטנציאלית של מימן כחול.

טכנולוגיות אנרגיה מתחדשת הגיעו לרמה של בשלות כבר היום המאפשרת ייצור חשמל מתחדש תחרותי בכל רחבי העולם, תנאי מוקדם לייצור מימן ירוק תחרותי. עם זאת, אלקטרוליזרים עדיין פרוסים בקנה מידה קטן מאוד, וזקוקים להרחבה של שלושה סדרי גודל בשלושת העשורים הבאים כדי להפחית את עלותם פי שלושה.

כיום הצינור לפרויקטים של מימן ירוק נמצא בדרך להפחתה בחצי של עלות האלקטרוליזה לפני 2030. זה, בשילוב עם פרויקטים גדולים הממוקמים במקום שבו נמצאים המשאבים המתחדשים הטובים ביותר, יכול להוביל לכך שמימן ירוק תחרותי יהיה זמין בקנה מידה גדול ב-5-10 השנים הבאות. זה לא משאיר הרבה זמן למימן הכחול - שעדיין נמצא בשלב הפיילוט כיום - להתרחב מהפיילוט לקנה מידה מסחרי, לפרוס פרויקטים מורכבים (למשל אחסון CO2 גיאולוגי לטווח ארוך) בקנה מידה מסחרי ועלות תחרותית, ולהחזיר את ההשקעות שבוצעו ב-10-15 השנים הבאות.

כמה ממשלות כללו כעת טכנולוגיות של דלק מימן באסטרטגיות הלאומיות שלהן. בהתחשב בדרישות הגוברות למעבר לדה-קרבוניזציה של הכלכלה ולאפשר טכנולוגיות עם שיעורי לכידת פחמן גבוהים יותר, מה תהיה עצתך לקובעי מדיניות ולמקבלי החלטות המעריכים את היתרונות והחסרונות של מימן ירוק?

נצטרך מימן ירוק כדי להגיע לאפס פליטות נטו, במיוחד לתעשייה, ספנות ותעופה. עם זאת, מה שאנחנו צריכים בדחיפות ביותר הוא:

1) התייעלות אנרגטית;

2) חשמול;

3) צמיחה מואצת של ייצור חשמל מתחדש.

ברגע שזה יושג, אנחנו נשארים עם כ-40% מהביקוש לדה-קרבוניזציה, וכאן אנו זקוקים למימן ירוק, ביו-אנרגיה מודרנית ושימוש ישיר באנרגיות מתחדשות. ברגע שנרחיב עוד יותר את האנרגיה המתחדשת כדי לעשות דה-קרבוניזציה של החשמל, נהיה בעמדה להרחיב עוד יותר את קיבולת האנרגיה המתחדשת כדי לייצר מימן ירוק תחרותי ודה-קרבוניזציה של מגזרים שקשה לנטרל בעלות תוספת מינימלית.

היכן אתה רואה טכנולוגיות אנרגיה הקשורות למימן המתפתחות עד שנת 2030? האם נוכל לצפות רכבים מסחריים המונעים במימן?

אנו רואים את ההזדמנות לקליטה מהירה של מימן ירוק בעשור הקרוב, שבו הביקוש למימן כבר קיים: דה-קרבוניזציה של אמוניה, ברזל וסחורות קיימות אחרות. תהליכים תעשייתיים רבים המשתמשים במימן יכולים להחליף אפור בירוק או בכחול, בתנאי ש- CO2 מתומחר כראוי או שמנגנונים אחרים לדה-קרבוניזציה של מגזרים אלה מופעלים.

עבור ספנות ותעופה, המצב שונה במקצת. דלקי צניחה, המבוססים על מימן ירוק אך זהים במהותם לדלק סילוני ומתנול המופק מנפט, יכולים לשמש במטוסים ובספינות קיימים, עם מינימום או ללא התאמות. עם זאת, דלקים אלה מכילים CO2, אשר יש ללכוד מאיפשהו ולהוסיף את המימן, כדי להשתחרר שוב במהלך הבעירה: זה מפחית אך לא פותר את הבעיה של פליטת CO2. ניתן לפרוס דלקים סינתטיים לפני 2030, אם קיימים התמריצים הנכונים כדי להצדיק את העלות הנוספת של פליטות מופחתות (לא מבוטלות).

בשנים הקרובות, ספינות יכולות לעבור לאמוניה ירוקה, דלק המופק ממימן ירוק וחנקן מהאוויר, שאינו מכיל CO2, אך יהיה צורך בהשקעות כדי להחליף מנועים ומכלים, ואמוניה ירוקה כיום יקרה בהרבה מזוט.

מטוסי מימן (או אמוניה) רחוקים יותר, ואלה יהיו למעשה מטוסים חדשים שיש לתכנן, לבנות ולמכור לחברות תעופה כדי להחליף מטוסים קיימים המונעים בדלק סילוני – שברור שלא ניתן יהיה להשיג עד 2030: במובן זה, דלק סילוני ירוק – המיוצר בשילוב של מימן ירוק וביו-אנרגיה בת קיימא – הוא פתרון שניתן לפרוס בטווח הקרוב.

לסיכום, הפעולות העיקריות להאצת הדה-קרבוניזציה בין עכשיו ל-2030 הן 1) התייעלות אנרגטית 2) חשמול עם אנרגיות מתחדשות 3) האצה מהירה של ייצור חשמל מתחדש (שתפחית עוד יותר את העלות הנמוכה ממילא של חשמל מתחדש) 4) הרחבה של ביו-אנרגיה מודרנית בת קיימא ומודרנית, הדרושה - בין היתר - לייצור דלקים ירוקים הדורשים CO2 5) דה-קרבוניזציה של מימן אפור עם מימן ירוק, מה שיביא קנה מידה ויפחית את עלות האלקטרוליזה, מה שיהפוך את המימן הירוק לתחרותי ומוכן להרחבה נוספת בשנות ה-2030, לקראת היעד של הגעה לאפס פליטות נטו עד 2050.

הפורום הכלכלי העולמי הוא תומך ותיק של אג'נדת המימן הנקי מאז 2017, לאחר שעזר - בין היתר - ביצירת מועצת המימן, בהקמת אתגר חדשנות מימן בשותפות עם Mission Innovation, וביצירה, יחד עם הוועדה למעברי אנרגיה, של פלטפורמת Mission Possible כדי לעזור להעביר מגזרים קשים לביטול לאפס פליטות נטו עד 2050. קרא עוד על יוזמת האצת מימן נקי כאן.