Jednou z hlavných výziev pri miešaní vodíka je vodíkom indukované praskanie. Vodík môže ľahko prenikať do pevných kovov, pretože je to najmenší prvok vo vesmíre. Keďže atómy vodíka môžu preniknúť do oceľových potrubí, môžu ovplyvniť odolnosť materiálu proti únave a lomu. Tieto vplyvy by mohli spôsobiť, že potrubie z ocele bude náchylnejšie na praskanie. Okrem toho treba vyhodnotiť aj vplyv vodíka na rôzne materiály a zariadenia, ako sú plastové potrubia, kompresory, ventily a iné nepotrubné zariadenia.

Degradácia materiálu potrubia nie je jedinou výzvou, ktorú vodík predstavuje. Jeho energetická hustota tiež predstavuje problémy s prenosom energie. Pri poklese tlaku pozdĺž potrubia znižuje nižšia energia vodíka na jednotku objemu (v porovnaní so zemným plynom) kapacitu potrubia potrebnú na prepravu energie a nemusí dostatočne pokryť energetické požiadavky koncového používateľa. Zvýšenie prietoku plynu zmiešaného s vodíkom potrubím by mohlo kompenzovať zníženú kapacitu, ale musí sa zvýšiť aj energia použitá na kompresiu, aby sa kompenzoval zvýšený pokles tlaku v potrubí. To môže mať za následok dodatočné náklady pre prevádzkovateľa plynovodu, prípadne aj pre koncových používateľov. Mali by sa preto zohľadniť alternatívne náklady spojené so zníženou kapacitou prenosu energie vodíkových zmesí, ako aj kroky potrebné na prípravu potrubných sietí.

Demonštrácia v praxi

V súčasnosti prebiehajú viaceré projekty na demonštráciu toho, že zmesi zemného plynu s nízkym obsahom vodíka sú uskutočniteľné. V susedom Rakúsku testujú spaľovanie zemného plynu s prímesou vodíka priamo počas prevádzky zariadenia na kombinovanú výrobu elektriny a tepla (KVET). Projekt realizujú vo viedenskej elektrárni Dounastadt. Ide o spoluprácu spoločností Wien Energie, RheinEnergie, Siemens Energy a VERBUND. V roku 2021 vyrobila elektráreň v Donaustadte elektrinu pre približne 850 000 domácností a teplo pre viac ako 150 000 domácností. Napriek týmto pôsobivým štatistikám sa prevádzkovatelia elektrárne pozerajú do budúcnosti a na to, ako môže odvetvie kogenerácie čeliť výzvam energetickej transformácie. Prvým kandidátom pre tento vodíkový projekt sa stala plynová turbína od spoločnosti Siemens Energy typu SGT5-4000F, ktorá je v prevádzke v elektrárni Donaustadt už viac ako 20 rokov.

Tento jedinečný experiment má za cieľ zhromaždiť kľúčové poznatky o zmene zariadení na kombinovanú výrobu tepla a elektriny na zelené plyny s možnosťou využitia existujúcej infraštruktúry systémov plynových a parných turbín. S potenciálnymi úsporami CO2 v desiatkach tisíc ton ročne má projekt významný vplyv na energetický sektor.

Proces testovania zahŕňa postupné zvyšovanie podielu vodíka v zmesi počas niekoľkých testovaní z 5 % na potenciálne až 30 %. Primárnym cieľom je vyhodnotiť prevádzkovú stabilitu a zníženie emisií dosiahnuté na každej úrovni koncentrácie vodíka. V prípade úspechu by systém mohol získať certifikáciu na nepretržitú prevádzku.

Prvé výsledky

V rokoch 2021 a 2022 projektová skupina vypracovala koncepčný plán pre dvojstupňový testovací program. Testy úspešne dosiahli primiešanie až 15 % zeleného vodíka do zemného plynu počas niekoľkých testovaní a ďalšie testovania stále prebiehajú.

Výpočty ukazujú jasný potenciál z hľadiska zníženia emisií CO2. Dokonca aj primiešanie iba 15 % zeleného vodíka by mohlo ušetriť okolo 33 000 ton CO2 ročne. Toto podstatné zníženie emisií má ďalekosiahle dôsledky na zmiernenie klimatických zmien a podporu prechodu na čistejšiu energetickú budúcnosť. Pri 30 % primiešaní by bolo preto zníženie emisií CO2 približne dvojnásobné. Elektráreň Donaustadt je príkladom potenciálu na rozsiahle znižovanie emisií CO2 prostredníctvom integrácie vodíka do existujúcej energetickej infraštruktúry.

Zdroj

[1] Green hydrogen co-firing at F-Class CHP plant in Vienna. Gas Turbine World. [online]. Publikované 21. 9. 2023. Citované 19. 12. 2023. 

[2] What the world could learn from Austria´s first hydrogen field tests. Siemens Energy. [online]. Publikované 16. 10. 2022. Citované 19. 12. 2023. 

-pev-