V reakci na globální změnu klimatu se státy po celém světě zavázaly snížit své emise CO2, přičemž mnoho z nich stanovilo rok 2050 jako konečný termín pro úplnou dekarbonizaci. Japonsko se k tomuto hnutí připojilo a stanovilo si cíl 46% snížení do roku 2030 a uhlíkovou neutralitu do roku 2050. Pro většinu zemí to znamená omezit používání fosilních paliv, jako je ropa a uhlí, a zvýšit produkci čisté obnovitelné energie.
Kromě toho nedávná ruská invaze na Ukrajinu a následné narušení, které způsobilo globální dodávky ropy a plynu, jasně ukázaly, že energetická bezpečnost vyžaduje dosažení větší soběstačnosti a rozvoj více zdrojů energie. Obnovitelné zdroje, které jsou mnohem méně závislé na vytěžených zdrojích, jsou považovány za důležitý faktor při posilování energetické bezpečnosti.
Optimální energetický mix pro každý národ závisí na široké škále okolností, včetně geografie, klimatu, infrastruktury, ekonomiky a stávající technologie. Japonský hornatý terén a hluboké pobřežní oceány činí běžné zdroje energie, jako jsou solární a pobřežní větrné farmy, méně proveditelné. Japonsko také postrádá jakékoli domácí zdroje fosilních paliv. Místo toho Japonsko investuje do vývoje vodíku jako zdroje energie pro použití v dopravě, průmyslu, výrobě energie a dalších aplikacích.
Výhoda vodíku
Vodík je nejlehčí a nejhojnější dostupný prvek a při spalování s kyslíkem je jediným vznikajícím odpadním produktem voda. To dělá z vodíku teoreticky vynikající zdroj čisté energie. Vodík má také vynikající hustotu energie a dlouhou životnost, což mu dává výhodu oproti elektrickým bateriím při přepravě. Na druhou stranu výroba čistého vodíku vyžaduje chemické procesy, které mohou být energeticky náročné nebo dokonce znečišťující. Kapalný vodík musí být udržován extrémně studený (-253 stupňů C), takže přeprava vyžaduje buď specializované kontejnery, nebo vodík, který má být kombinován jako čpavek. To jsou výzvy, na jejichž překonání v současnosti pracuje mnoho výzkumných ústavů a korporací.
Jedním z nejběžnějších způsobů využití vodíku je v palivových článcích. Spíše než spalováním vodíku se elektřina vyrábí oddělením elektronu atomu vodíku pomocí speciálního katalyzátoru. Vodík poté reaguje s kyslíkem za vzniku vody jako jediného odpadu palivového článku. Toyota odvádí významnou práci při vývoji vozidel na vodíkové palivové články (HFCV) a jejich sedan Mirai je schopen ujet až 700 km na jednu nádrž, což je výrazně dále než většina elektromobilů na baterie.
Vodík lze také použít k tomu, aby tradičnější elektrárny na fosilní paliva spalovaly čistěji. Přimícháním amoniaku, který se skládá z dusíku a vodíku, do paliva v uhelné elektrárně lze výrazně snížit emise CO2. Toho lze využít k prodloužení životnosti stávajících uhelných elektráren při současném snížení celkových emisí. Tato technika může být velmi důležitá v rozvojových zemích, protože jim pomáhá při přechodu výroby energie na nízkoemisní metody, aniž by to narušilo jejich ekonomický růst.
Produkce vodíku
Tři hlavní oblasti výzkumu vodíku jsou vývoj výrobních metod, transportních metod a aplikací. Usnadněním výroby vodíku, snazší přepravy a použitelnosti ve více situacích se celkové náklady na používání sníží do bodu, kdy vodík nebude pouze ekologicky udržitelnou volbou, ale také ekonomickou.
Existuje mnoho různých metod výroby vodíku, ale většinu lze popsat jako zelený a modrý vodík. Zelený vodík se vyrábí elektrolýzou vody, oddělováním vodíku od kyslíku z atomů kyslíku. Rozbití molekulárních vazeb vyžaduje energii, ale když je poskytována prostřednictvím slunečních, větrných nebo jiných neznečišťujících metod, pak je celý vodíkový cyklus nulový uhlík. Zelený vodík vyrobený tímto způsobem je konečným cílem většiny zařízení na výrobu energie z obnovitelných zdrojů, ale současná výrobní měřítka jsou omezená. Vodíková elektrárna FH2R ve městě Namie v prefektuře Fukušima je v současnosti největší v Japonsku a při svém spuštění byla největší na světě. Pomocí 20megawattové solární farmy vyrobí každou hodinu až 1,200 Nm3 vodíku, aniž by uvolnil jakýkoli CO2.
Modrý vodík je v současné době považován za nejlepší směr pro výrobu vodíku ve velkém měřítku v blízké budoucnosti, ale není to dokonalé řešení. Výroba modrého vodíku využívá metan ze zemního plynu, biomasy nebo jiných zdrojů. Metan je jeden atom uhlíku obklopený čtyřmi vodíky, takže tato metoda odstraňuje vodík metanu, přímo jej ukládá nebo přeměňuje na amoniak pro snadnější přepravu. Modrý vodík za sebou však zanechává uhlík, který je třeba nějakým způsobem zachytit a izolovat. Japonsko provedlo úspěšné výzkumné projekty v oblasti zachycování uhlíku, ale nasazení v měřítku nezbytném pro dopad na globální emise je stále ve vývoji.
Doprava: z výrobních zařízení ke spotřebitelům
Dopravní systémy pro vodík jsou také potřebné, aby se stal životaschopným zdrojem energie, a Japonsko je také v popředí vývoje těchto inovací. Přeprava kapalného vodíku je teoreticky podobná přepravě kapalného zemního plynu (LNG). Vodík je však kapalný při mnohem nižší teplotě než LNG a jeho molekulová velikost je výrazně menší. Tyto rozdíly znamenají, že je třeba vyvinout nové materiály a systémy, které jej bezpečně a spolehlivě přepraví. V roce 2021 Kawasaki Heavy Industries, Ltd. spustila Suiso Frontier, první tanker pro přepravu kapalného vodíku, který unese až 75 tun. V nedávné tiskové zprávě společnost oznámila své plány na výrobu 80 lodí.
Japonsko také zavádí vodíkovou infrastrukturu pro přímé propojení výrobních závodů, distribučních center a spotřebitelů. V roce 2014 byly v Japonsku otevřeny první komerční vodíkové čerpací stanice na světě a jejich počet nyní vzrostl na přibližně 160 provozovaných několika různými poskytovateli. Pro hry v roce 2020 byla v Mezinárodní olympijské vesnici také zřízena infrastrukturní síť podzemních vodíkových potrubí, jejíž rozšíření je plánováno v blízké budoucnosti.
Přijetí vodíku jako řešení
A konečně, jsou zapotřebí rozsáhlé aplikace pro vodík, aby palivo získalo široké přijetí a aby se náklady snížily díky úsporám z rozsahu. Rezidenční systémy palivových článků se také používají v řadě „chytrých komunit“, ale největší aplikace v blízké budoucnosti budou v dopravě a těžkém průmyslu. Automobily s vodíkovými palivovými články se v Japonsku neustále prosazují a autobusy na vodíkový pohon jsou již v provozu v Tokiu a dalších městech. Nákladní doprava a další průmyslová vozidla jsou rovněž odvětvím s vysokým potenciálem pro přechod z fosilních paliv na palivové články.
Výhled na globální spolupráci
Jiné země v současnosti vyvíjejí své vlastní vodíkové strategie, aby snížily svou závislost na dovážených zdrojích energie, zvýšily podíl obnovitelných zdrojů v energetickém mixu a prodloužily životnost svých stávajících systémů výroby energie. Vzhledem k tomu, že jeho stávající výzkumná základna a inovace již nacházejí praktické využití, Japonsko je oslovuje pro dohody o spolupráci, které doufejme urychlí široké přijetí vodíku a sníží ceny do bodu, kdy se stane palivem volby na celém světě.
Odborníci tvrdí, že japonská průkopnická vodíková strategie se musí odklonit od vozidel a uhelných elektráren.
Nithin Coca 29. března 2023
- Copy Link (Kopírovat odkaz)
- Sdílet na X
- Podíl na LinkedIn
- Sdílet na Facebooku
V roce 2017 se Japonsko stalo první zemí na světě, která vydala národní vodíkovou strategii. Cílem bylo ujmout se vedení v oblasti nízkouhlíkového paliva s vysokým potenciálem, přičemž společnosti jako Toyota prosazují elektromobily s vodíkovými palivovými články jako účinnou alternativu k bateriovým elektromobilům.
Spolu s tím přišlo 40–70 miliard Y (305–534 milionů dolarů) ročně ve vládních dotacích a podpoře budování vodíkové infrastruktury. Dnes, téměř o šest let později, však Japonsko nemá co ukázat na svůj počáteční tlak. Nic nenasvědčuje tomu, že by vodík mohl pomoci dekarbonizovat odvětví energetiky a dopravy, jak se původně předpokládalo.
Jděte hlouběji s GlobalData
Výhled globálního kola nabídek ropy a zemního plynu, 2. pololetí 2020 – téměř polovina očekávaných kol licencování se zpozdí.
Výroční zpráva globálních smluv ropného a plynárenského průmyslu, 2020 — Činnost smluv zůstává utlumena.
Zlatý standard business intelligence.
Související profily společností
Společnost ENEOS Holdings Inc
Mitsui & Co Ltd
Sumitomo Corp.
Mitsubishi Heavy Industries Ltd.
Kawasaki Heavy Industries Ltd.
„Japonsko splnilo svůj hlavní cíl, kterým je zvýšení využívání palivových článků a vozidel s palivovými články, a vodíkové stanice vybudované po celé zemi zaznamenaly jen malé využití,“ uvádí zpráva, kterou koncem loňského roku zveřejnil Tokijský institut obnovitelné energie ( REI), think tank.
„Obáváme se, že současná vládní politika oddálí přechod na průmyslové využití [bezemisního] vodíku, což povede k tomu, že Japonsko nesplní svůj cíl snížení emisí o 1.5 °C,“ říká Toshikazu Ishihara, vedoucí výzkumný pracovník REI a jeden z autorů zprávy. “Proto žádáme, aby se vodík nepoužíval ve všech procesech, ale selektivněji.”
Cena byla vysoká. Vzhledem k tomu, že se vláda tak silně soustředila na vodík, Japonsko zanedbávalo ostatní sektory čisté energie a zaostávalo za svými kolegy z G7 v budování domácího větrného a solárního průmyslu. Japonské společnosti jsou také vystaveny riziku, že zaostanou u elektromobilů, bateriových úložišť a obnovitelných zdrojů nové generace, jako jsou průhledné solární panely.
Znepokojuje se, že japonská vláda vedená ministerstvem hospodářství, obchodu a průmyslu (METI) se pomalu přizpůsobuje globálním posunům ve vnímání vodíku jako nejlepšího obchodního případu. Japonská vodíková strategie se i po aktualizacích v letech 2019 a 2021 zaměřuje na osobní dopravu a výrobu energie. Průmysl a těžká doprava postrádají jasné cíle, ačkoli to jsou priority pro zavádění zeleného vodíku v jiných částech světa, jako je Evropa. Ve skutečnosti několik společností včetně JERA a IHI spustilo pilotní projekty společného spalování vodíkových a čpavkových elektráren, které podle mnoha odborníků mají omezené finanční nebo klimatické výhody.
Získejte přístup k nejkomplexnějším profilům společností na trhu, které využívají GlobalData. Ušetřete hodiny výzkumu. Získejte konkurenční výhodu.
Profil společnosti – vzorek zdarma
Váš e-mail ke stažení brzy dorazí
Jsme přesvědčeni o jedinečné kvalitě našich firemních profilů. Chceme však, abyste učinili to nejpřínosnější rozhodnutí pro vaši firmu, a proto nabízíme bezplatný vzorek, který si můžete stáhnout odesláním níže uvedeného formuláře
„Jedním z důvodů nedostatečného pokroku může být ve skutečnosti to, že Japonsko začíná s aplikacemi, kde není ekonomické používat zelený vodík nebo vodík na bázi fosilních paliv,“ říká Seaver Wang z klimatického a energetického týmu neziskového institutu Breakthrough Institute. “Vláda vkládá velké peníze do pilotních projektů, jako jsou vodíkové čerpací stanice, vlastnictví vozidel a modernizace elektráren, ale nedochází k žádnému širšímu uplatnění na trhu.”
Japonsko: Vytvoření „vodíkové společnosti“
Japonský plán z roku 2017, nazvaný Základní vodíková strategie, stanovil cíl zvýšit spotřebu vodíku na tři miliony tun ročně do roku 2030 a 20 milionů tun ročně do roku 2050 a zároveň snížit výrobní náklady na přibližně jednu třetinu oproti roku 2017. na Y30 na běžný metr krychlový. Plán také zahrnuje cíle pro vozidla s vodíkovými palivovými články a nabíjecí stanice – 800,000 900 vozidel a 2030 stanic do roku 800,000 – a cíl 1 XNUMX tun vodíku, který má být použit při výrobě elektřiny, což představuje XNUMX % japonských dodávek elektřiny. Co je pozoruhodné, říká Wang, je to, co nejsou zmíněny cíle – pro průmysl nebo těžkou dopravu.
„Politický rámec v Japonsku je pozpátku,“ říká a poznamenává, že většina odborníků vidí primární roli vodíku v odvětvích, které je těžké snížit. “A zásady se v průběhu času nezměnily.”
Mnozí spojují počáteční tlak Japonska na vodík s jeho dlouhodobou rolí hlavního dovozce zkapalněného zemního plynu (LNG) ze zemí, jako je Rusko, Katar a Malajsie, často na prvním místě na světě. Vzhledem k rozsáhlé infrastruktuře LNG přístavů, skladovacích zařízení a potrubí bylo prvním argumentem, že by bylo relativně jednoduché přeměnit tuto infrastrukturu na jiné kapalné palivo, jako je vodík. To, jak se ukázalo, je špatně.
„Pokud byste chtěli skutečně vytvořit vodíkovou ekonomiku, museli byste ji vybudovat od základů,“ říká Wang. “Nemůžete využít téměř žádnou existující infrastrukturu zemního plynu.”
Japonské plány se zpočátku soustředily na využití dováženého vodíku a amoniaku odvozeného od vodíku, což je považováno za jednodušší a bezpečnější pro přepravu na dlouhé vzdálenosti, přičemž se předpokládá, že domácí výroba bude trvat déle. Země v současnosti dováží ze Spojených arabských emirátů modrý čpavek vyrobený ze zemního plynu se zachycováním a ukládáním uhlíku (CCS). Pilotuje také dodávky vodíku: počátkem roku 2022 se vodík vyrobený z australského uhlí dostal přes první vodíkový tanker na světě do prvního terminálu pro příjem zkapalněného vodíku na světě, který byl otevřen v Japonsku v roce 2020.
„Vodík [bez emisí] je pro Japonsko nepostradatelný k dosažení cíle nulových emisí,“ řekl Motohiko Nishimura, vedoucí vodíkového projektu v Kawasaki Heavy Industries, na nedávné konferenci. “Samotná obnovitelná energie nestačí k pokrytí velkých energetických potřeb národa.”
Pro společnost JERA, která je největší japonskou energetickou společností, je společné spalování vodíku a čpavku v jejích uhelných elektrárnách ústředním bodem jejích cílů v oblasti dekarbonizace. První japonský demonstrační projekt společného spalování v elektrárně Hekinan v Aichi poblíž Nagoje bude využívat směs 20 % čpavku a 80 % uhlí.
„Krok za krokem přejdeme z uhlí na čpavek,“ řekl Kenji Takahashi, generální manažer JERA pro dekarbonizaci, na japonském energetickém summitu v Tokiu koncem února. “Do roku 2040 budou některé z našich tepelných elektráren využívat 100% čpavek a do roku 2050 s využitím vodíku a čpavku JERA dosáhne našeho cíle nulových čistých emisí.”
Axel Dalman, výzkumník z neziskové organizace Market Forces, však naznačuje, že by to mohlo představovat greenwashing.
„JERA je nadšená myšlenkou, že bude moci využívat svá aktiva fosilních paliv, přejít na vodík a alespoň na papíře snížit své emise, ale v globálním měřítku to emise nesnižuje,“ říká Dalman. Je tomu tak proto, že několik velkých japonských společností, včetně JERA, Mitsubishi Heavy Industries, Sumitomo Corporation a Mitsui, spoléhá na vodík získaný z fosilních paliv, což by podle Dalmana a jeho kolegů mohlo mít nepříznivý dopad na klima.
„Firmy by se neměly spoléhat na fosilní vodík, ten musí být založen na obnovitelné energii, jinak dojde ke zvýšení emisí,“ říká Dalman.
Probíhají globální snahy o zvýšení produkce zeleného vodíku, což je termín pro vodík vyráběný pomocí obnovitelné energie. Mitsui a Toyo Engineering zahajují studii proveditelnosti výroby zeleného čpavku v Chile, zatímco největší japonská elektrárenská společnost TEPCO a indonéská národní ropná a plynárenská společnost Pertamina zkoumají projekt, který by využíval geotermální energii k výrobě vodíku. Mezitím JERA právě v únoru oznámila společnou studii na výrobu zeleného vodíku na Filipínách.
„Přechod z modrého na zelený vodík by byl určitě zlepšením,“ říká Dalman, ale zůstává opatrný a dodává, že není jasné, zda existuje dostatek globálního trhu pro exportovatelný levný zelený vodík, který by uspokojil potřeby Japonska.
Regionální dopady
Zastánci klimatu se obávají, že japonský tlak na podporu společného spalování vodíku a čpavku v uhelných elektrárnách by mohl mít dopad na celý asijsko-pacifický region a zejména v jihovýchodní Asii kvůli velké roli japonských společností.
V posledních desetiletích Japonsko financovalo a řídilo výstavbu uhelných elektráren a infrastruktury LNG v jihovýchodní Asii. Japonské společnosti včetně JANUS, JAPEX, JGC, JOGMEC, JX Nippon Oil and Gas a Sumitomo jsou aktivní v regionu, včetně průzkumu a vývoje fosilních paliv s dalšími národními hráči, jako je malajská Petronas a indonéská Pertamina.
Japonsko přislíbilo významnou finanční podporu na pomoc při dekarbonizaci jihovýchodní Asie, včetně 10 miliard dolarů prostřednictvím iniciativy Asia Energy Transition Initiative pod vedením METI a 25 miliard dolarů na mechanismus energetické transformace vedený Asijskou rozvojovou bankou. Japonsko také hrálo vedoucí roli v Indonésii Just Energy Transition Partnership, které slibuje 20 miliard dolarů na přechod této země od uhlí.
Jacqueline Yujia Tao, vedoucí analytička pro jihovýchodní Asii v neziskové organizaci TransitionZero, se však obává, že nízkouhlíkové investice nesměřují do obnovitelných zdrojů, jako je solární, větrná nebo geotermální, ale do společného spalování vodíku nebo čpavku v plynových/uhelných elektrárnách. nebo „komerčně neověřené“ technologie, jako je CCS.
“Japonská energetická rozhodnutí ovlivňují rozhodnutí, která přijímají trhy jihovýchodní Asie,” řekl Tao během online tiskové akce na začátku března 2022. TransitionZero odhaduje, že Japonsko investovalo více než 60 miliard dolarů do plánovaných nebo rozestavěných energetických projektů v celém regionu, většinou v ropě, plynu a uhlí.
V praxi existují důkazy pro tyto investice. Indonéská národní elektrárenská společnost PLN spolupracuje s Mitsubishi Heavy Industries na studii proveditelnosti společného spalování vodíku a čpavku pro tři elektrárny a další studii právě probíhá v Thajsku. Mezitím JERA spolupracuje s Thai Electricity Generating Public Company na samostatné studii na spoluspalování uhlí a amoniaku. Další japonská ropná a plynárenská společnost ENEOS oznámila projekt „zeleného“ vodíku s malajsijskou společností Petronas.
Han Phoumin z Institutu ekonomického výzkumu pro ASEAN a východní Asii (ERIA), think-tank podporovaný japonskou vládou, tvrdí, že bez spoluúčasti v jihovýchodní Asii nemůže splnit své klimatické cíle.
“Konverze uhlí s vodíkem nebo čpavkem je pro energetickou transformaci kritická,” řekl Phoumin na akci ERIA v prosinci 2022. Také věří, že je to technicky a finančně proveditelné. “Některá výroba energie se může do roku 100 nebo 2050 pohnout kupředu se 2060% vodíkem a čpavkem.”
Průmyslové zaměření by mohlo mít prospěch z nulových cílů
Pro Wanga z Breakthrough Institute jsou japonské volby frustrující z mnoha důvodů, včetně toho, že se zdá, že ignorují potenciál vodíku hrát klíčovou roli v domácí průmyslové dekarbonizaci.
„Povzbuzoval bych je, aby se nejprve zaměřili na průmysl, ale zatím se to neděje,“ říká.
Celosvětově odborníci tvrdí, že zaměření vodíku jako čistého paliva se musí přesunout od vozidel a výroby energie do odvětví, kde má přímá elektrifikace omezený potenciál, jako je těžký průmysl včetně dekarbonizace oceli a těžká doprava, jako je kamionová doprava, letectví Lodní doprava.
V Japonsku by to mohlo být obzvláště důležité, protože průmyslové emise tvoří přibližně 40 % celkových japonských emisí, protože země je stále hlavním vývozcem oceli, automobilů, průmyslového zboží a high-tech produktů.
„Jsou části ekonomiky, kde musíme začít hledat nekonvenční alternativy, jako je vodík; například v oceli,“ říká Axel Dalman.
Zatímco dovoz zeleného vodíku by v tom mohl hrát roli, aby se skutečně zvýšila dekarbonizace, Japonsko potřebuje zvýšit výrobu obnovitelné energie, kterou lze následně použít k výrobě zeleného vodíku, navrhuje výzkumník.
Má to však háček. „Domácí zelený vodík je drahý, protože vývoj obnovitelné elektřiny zaostává,“ říká Ishihara ze společnosti REI. „Zelený vodík vyráběný v tuzemsku by mohl být konkurenceschopný s dováženým vodíkem, pokud se sníží náklady na elektřinu z obnovitelných zdrojů a náklady na zařízení pro elektrolýzu.“
Japonská vláda udělala krok správným směrem, poznamenává REI, s nedávným návrhem, aby byl vodík hodnocen na základě intenzity emisí skleníkových plynů (GHG) stejným způsobem jako v USA a EU, i když až od roku 2030.
„Problémem je, že šedý vodík, který má vysoké emise skleníkových plynů, bude hlavním zdrojem vodíku do roku 2030,“ říká Ishihara. „Vláda odhaduje, že v roce 2030 budou použity tři miliony tun vodíku, přičemž zelený nebo modrý vodík bude tvořit pouze 14 % z tohoto množství, neboli 0.42 milionu tun.
Ishihara a Wang doufají, že se Japonsko poučí ze svých chyb a přeorientuje svou národní vodíkovou strategii tak, aby byla více v souladu s globální realitou dekarbonizace, ale také s vlastními potřebami Japonska splnit své cíle uhlíkové neutrality do roku 2050. „Investice do výroby energie a dopravy jsou v tuto chvíli sporné,“ říká Wang. “V roce 2000 to možná stálo za to, ale teď to hází dobré peníze za špatnými.”
