Προώθηση της Βιώσιμης Ανάπτυξης: Ο Καθηγητής Zheng Nanfeng του Πανεπιστημίου Xiamen εκφωνεί κεντρική ομιλία με θέμα "Το Πράσινο Υδρογόνο Ενδυναμώνει τη Ναυτιλία: Μονοπάτια, Προκλήσεις και Μελλοντικές Προοπτικές"

Στο Φόρουμ Ναυπηγικής του Παγκόσμιου Συνεδρίου Ναυτιλίας του 2025, ο καθηγητής Zheng Nanfeng του Πανεπιστημίου Xiamen, Διευθυντής του Εργαστηρίου Καινοτομίας Jiageng και ερευνητής στο Ινστιτούτο Έρευνας New Cornerstone, έδωσε την κεντρική ομιλία του με τίτλο «Το Πράσινο Υδρογόνο Ενδυναμώνει τη Ναυτιλία: Διαδρομές, Προκλήσεις και Μελλοντικές Προοπτικές». Ο καθηγητής Zheng εμβάθυνε στο βασικό ζήτημα της μετάβασης στην πράσινη ενέργεια, διερευνώντας τις προοπτικές εφαρμογής, τα τεχνολογικά σημεία συμφόρησης και τις πρωτοποριακές οδούς της υδρογόνου και των πράσινων καυσίμων στον ναυτιλιακό κλάδο. Επίσης, ανέλυσε συστηματικά τις προκλήσεις και τις ευκαιρίες που αντιμετωπίζει ο μετασχηματισμός μηδενικών εκπομπών άνθρακα, συνδυάζοντας την τρέχουσα κατάσταση της ενεργειακής δομής της Κίνας και τις βιομηχανικές πρακτικές.

I. Η ενεργειακή μετάβαση μηδενικών εκπομπών άνθρακα της Κίνας: Τρομερές προκλήσεις, πολλαπλές παράλληλες διαδρομές

Ο καθηγητής Zheng επεσήμανε ότι η ενεργειακή δομή της Κίνας εξακολουθεί να κυριαρχείται από τον άνθρακα, με υψηλή εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα, γεγονός που αποτελεί σημαντική πρόκληση για την επίτευξη σχεδόν μηδενικών εκπομπών. Ενώ η παραδοσιακή τεχνολογία μετατροπής άνθρακα σε πετρέλαιο μπορεί να μετριάσει τις ελλείψεις υγρών καυσίμων, οι υψηλές εκπομπές άνθρακα που προσφέρει δυσχεραίνουν την εκπλήρωση των απαιτήσεων μηδενικών εκπομπών άνθρακα.

Για να αντιμετωπίσει το ενεργειακό της πρόβλημα, η Κίνα υιοθέτησε μια πολύπλευρη στρατηγική: τη διασφάλιση της ασφάλειας του εφοδιασμού με αργό πετρέλαιο, δίνοντας παράλληλα προτεραιότητα στις νέες πηγές ενέργειας ως τον πυρήνα του μετασχηματισμού της. Στις 24 Σεπτεμβρίου, ο Πρόεδρος Xi Jinping ανακοίνωσε στη Σύνοδο Κορυφής του ΟΗΕ για την Κλιματική Αλλαγή ότι έως το 2035, οι καθαρές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου της Κίνας σε ολόκληρη την οικονομία θα μειωθούν κατά 7%-10% από τα υψηλά επίπεδα, απαιτώντας συνολική εγκατεστημένη ισχύ 3.6 δισεκατομμυρίων κιλοβάτ για αιολική και ηλιακή ενέργεια. Επί του παρόντος, η εγκατεστημένη ισχύς είναι μόνο περίπου 1.7 δισεκατομμύρια κιλοβάτ, γεγονός που καθιστά απαραίτητες επιπλέον 1.9 δισεκατομμύρια κιλοβάτ κατά την επόμενη δεκαετία, που ισοδυναμεί με περισσότερο από 1.1 φορές την τρέχουσα ισχύ.

II. Η βασική αντίφαση στην ανάπτυξη νέων πηγών ενέργειας: Κατανάλωση και μακροπρόθεσμη αποθήκευση ενέργειας

Ο καθηγητής Zheng τόνισε ότι η μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη νέων πηγών ενέργειας δεν έγκειται μόνο στον στόχο της εγκατεστημένης ισχύος, αλλά, το πιο σημαντικό, στο πρόβλημα της κατανάλωσης. Η αιολική και η ηλιακή ενέργεια έχουν εγγενή μεταβλητότητα και διαλείπουσα φύση, και η αναντιστοιχία μεταξύ της μέγιστης παραγωγής ενέργειας και της μέγιστης κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας περιορίζει την εφαρμογή τους σε μεγάλη κλίμακα.

Επί του παρόντος, η Κίνα δημιουργεί χώρο για νέα ενέργεια μέσω του ευέλικτου μετασχηματισμού των μονάδων παραγωγής ενέργειας με καύση άνθρακα, αλλά αυτό πλησιάζει την κρίσιμη τιμή της μηχανικής αδράνειας του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Το παραδοσιακό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας δεν μπορεί πλέον να προσαρμοστεί σε περισσότερες νέες πηγές ενέργειας μέσω απλού μετασχηματισμού μονάδων παραγωγής ενέργειας με καύση άνθρακα. Ως εκ τούτου, η κατασκευή ενός «νέου συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας» έχει γίνει μια αναπόφευκτη επιλογή. Τα τελευταία χρόνια, ενώ η βιομηχανία αποθήκευσης ενέργειας έχει αναπτυχθεί ραγδαία, η αποθήκευση ενέργειας από μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι κατάλληλη μόνο για βραχυπρόθεσμα σενάρια και δεν μπορεί οικονομικά να αντεπεξέλθει σε διαεποχιακή ή ακραία ζήτηση αιχμής. Αυτό παρέχει μια σημαντική ευκαιρία για την ανάπτυξη της ενέργειας από υδρογόνο.

III. Ενέργεια Υδρογόνου: Κλειδί για Μακροπρόθεσμη Αποθήκευση Ενέργειας και Υποκατάσταση Ενέργειας

Η ενέργεια από υδρογόνο διαθέτει ενεργειακές και υλικές ιδιότητες, επιτρέποντας την αποθήκευση ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα και μακροπρόθεσμα, και μπορεί να μετατραπεί σε πράσινο υγρό καύσιμο, χρησιμεύοντας ως γέφυρα που συνδέει νέες πηγές ενέργειας και εφαρμογές τελικής χρήσης. Η ετήσια κατανάλωση υδρογόνου της χώρας μου αντιπροσωπεύει περίπου το 40% του παγκόσμιου συνόλου και η βιομηχανική της βάση είναι σταθερή. Σε συγκεκριμένα σενάρια, όπως η εξόρυξη, έχει διαμορφωθεί ένας κλειστός κύκλος «παραγωγής υδρογόνου - αποθήκευσης υδρογόνου - χρήσης υδρογόνου», επιτυγχάνοντας οικονομική σκοπιμότητα. Καθώς η εγκατεστημένη ισχύς των νέων πηγών ενέργειας επεκτείνεται περαιτέρω, η ζήτηση για μακροπρόθεσμη αποθήκευση ενέργειας θα γίνει πλήρως εμφανής και η αξία της ενέργειας από υδρογόνο θα υλοποιηθεί πλήρως.

Ωστόσο, η βιομηχανία ενέργειας από υδρογόνο εξακολουθεί να αντιμετωπίζει προκλήσεις όπως η ανεπαρκής υποδομή και οι εφαρμογές μικρής κλίμακας. Επιπλέον, σε τεχνολογικό επίπεδο, η παραδοσιακή ηλεκτρόλυση νερού για την παραγωγή υδρογόνου είναι δύσκολο να προσαρμοστεί στην αστάθεια των νέων πηγών ενέργειας, και στο εμπορικό περιβάλλον, υπάρχει ένα φαινόμενο εναλλαγής της «τιμολογιακής παραμέλησης και της παραμέλησης της απόδοσης» στους ηλεκτρολύτες, έναν κρίσιμο βασικό εξοπλισμό.

Για την αντιμετώπιση των προαναφερθέντων ζητημάτων, η ομάδα του καθηγητή Zheng πρότεινε μια συνδυασμένη τεχνική λύση, ενσωματώνοντας την παραγωγή αλκαλικού υδρογόνου χαμηλού κόστους με την παραγωγή υδρογόνου με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEM), η οποία μπορεί να προσαρμοστεί στις διακυμάνσεις. Αυτή η συνδυασμένη λύση χρησιμοποιεί μόνο το 10%-20% των συστατικών της μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων, επιτυγχάνοντας κατανάλωση ενέργειας παραγωγής υδρογόνου μόλις 4.3 kWh/τυπικό κυβικό μέτρο και μπορεί να λειτουργήσει σταθερά εντός ενός ευρέος εύρους διακυμάνσεων ισχύος 20%-150%, προσαρμοζόμενη στην ασταθήτητα των νέων πηγών ενέργειας και επιτυγχάνοντας χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και λειτουργία ευρέος εύρους διακυμάνσεων. Όσον αφορά τη βελτιστοποίηση του κόστους, χρησιμοποιώντας την παραγωγή υδρογόνου εκτός δικτύου, εάν η τιμή ηλεκτρικής ενέργειας εκτός δικτύου μπορεί να μειωθεί στα 0.1 γιουάν/kWh, βελτιστοποιώντας ταυτόχρονα το BOP (Balance of Plant) και το κόστος κατασκευής μηχανικών έργων, η μελλοντική τιμή του υδρογόνου αναμένεται να μειωθεί στα 10 γιουάν/kg, προωθώντας την εφαρμογή της ενέργειας υδρογόνου σε μεγάλη κλίμακα.

IV. Πράσινα Καύσιμα: Η Αναπόφευκτη Πορεία προς τη Μετάβαση σε Μηδενικές Εκπομπές Άνθρακα στη Ναυτιλία

1. Τα γεωγραφικά πλεονεκτήματα προωθούν την ανάπτυξη πράσινων καυσίμων

Με περιορισμένες οδούς μηδενικών εκπομπών άνθρακα διαθέσιμες στη ναυτιλιακή βιομηχανία, τα πράσινα υγρά καύσιμα έχουν γίνει βασική επιλογή. Οι παγκόσμιες ναυτιλιακές οδοί παρουσιάζουν μεγάλη συγκέντρωση πλοίων στα ύδατα της Ανατολικής Ασίας. Η μεταφορά πράσινων καυσίμων από παραδοσιακές περιοχές παραγωγής ενέργειας, όπως η Βόρεια Αφρική και η Μέση Ανατολή, στην Ασία είναι εξαιρετικά δαπανηρή σε μεγάλες αποστάσεις λόγω της χαμηλότερης θερμαντικής αξίας των πράσινων καυσίμων σε σύγκριση με το πετρέλαιο. Η Κίνα, ωστόσο, αξιοποιώντας τους άφθονους εγχώριους νέους ενεργειακούς πόρους της, μπορεί να παράγει πράσινα καύσιμα τοπικά, δίνοντάς της ένα σημαντικό γεωγραφικό πλεονέκτημα και ενδεχομένως αλλάζοντας το παγκόσμιο τοπίο εφοδιασμού με πράσινα καύσιμα.

2. Διαπερνώντας την Παραδοσιακή Χημική Σκέψη: Εξερευνώντας την Ευέλικτη Παραγωγή

Η οδός «πράσινη ηλεκτρική ενέργεια—πράσινο υδρογόνο—πράσινο υγρό καύσιμο» είναι σε μεγάλο βαθμό ώριμη, αλλά οι παραδοσιακές χημικές διεργασίες βασίζονται σε σταθερές συνθήκες λειτουργίας, γεγονός που τις καθιστά ακατάλληλες για την αστάθεια των νέων πηγών ενέργειας. Επιπλέον, οι υψηλές επενδύσεις και οι μεγάλες περίοδοι αποπληρωμής των παραδοσιακών χημικών έργων αυξάνουν το κόστος των καυσίμων. Ως εκ τούτου, υπάρχει επείγουσα ανάγκη να διερευνηθούν ευέλικτες οδοί παραγωγής με χαμηλές πάγιες επενδύσεις.

Η ομάδα του καθηγητή Zheng αναπτύσσει μια τεχνολογία που συνδυάζει άμεσα την ηλεκτρόλυση νερού για την παραγωγή υδρογόνου με την υδρογόνωση διοξειδίου του άνθρακα. Σε συνδυασμό με τις δομικές τροποποιήσεις του αντιδραστήρα, αυτή η τεχνολογία μπορεί να μειώσει το κόστος εξοπλισμού και τις πάγιες επενδύσεις, επιτυγχάνοντας σταθερή λειτουργία υπό κυμαινόμενες συνθήκες και παρέχοντας μια νέα οδό για την παραγωγή πράσινων καυσίμων.

3. Σύγκριση επιλογής καυσίμου μεθανόλης και αμμωνίας

Η μεθανόλη, ως βραχυπρόθεσμο μεταβατικό καύσιμο, έχει καλή συμβατότητα με τα υπάρχοντα πλοία. Ωστόσο, εάν παράγεται από ορυκτά καύσιμα, έχει υψηλές εκπομπές άνθρακα. Ενώ η μεθανόλη βιομάζας μπορεί να επιτύχει μηδενικές εκπομπές άνθρακα, η διασπορά των πρώτων υλών βιομάζας απαιτεί διαπεριφερειακή μεταφορά για παραγωγή μεγάλης κλίμακας, με αποτέλεσμα υψηλό κόστος.

Από την άλλη πλευρά, το καύσιμο αμμωνίας έχει μακροπρόθεσμα πλεονεκτήματα. Το άζωτο είναι ευρέως διαθέσιμο και φθηνό. Εάν η τιμή του υδρογόνου πέσει κάτω από τα 10 γιουάν/κιλό, η τιμή της πράσινης αμμωνίας αναμένεται να είναι κάτω από τα 3000 γιουάν/τόνο, γεγονός που την καθιστά οικονομικά ανταγωνιστική. Επιπλέον, καίγεται χωρίς άνθρακα, επιτυγχάνοντας πλήρη απαλλαγή από τον άνθρακα. Επί του παρόντος, οι τεχνολογίες κινητήρων εσωτερικής καύσης αμμωνίας και αεριοστροβίλων προχωρούν ομαλά και στο μέλλον, όχι μόνο θα χρησιμοποιούνται σε πλοία, αλλά θα συμβάλλουν και στην βαθιά απαλλαγή από τον άνθρακα του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας.

V. Συνεργατική προώθηση της μετάβασης στην πράσινη ενέργεια και των στόχων μηδενικών εκπομπών άνθρακα για τη ναυτιλία

Ο καθηγητής Zheng συνόψισε ότι η Κίνα κατέχει ήδη ένα παγκόσμιο ηγετικό πλεονέκτημα στην ικανότητα παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, την τεχνολογία και το κόστος. Ωστόσο, η επίτευξη των στόχων για τη μετάβαση στην πράσινη ενέργεια και τη ναυτιλία μηδενικών εκπομπών άνθρακα απαιτεί τη μετατροπή των μεμονωμένων πλεονεκτημάτων σε ολοκληρωμένα συστημικά πλεονεκτήματα. Αυτό απαιτεί συνεργατικές προσπάθειες από τη βιομηχανία, τον ακαδημαϊκό χώρο και τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής. Μέσω τεχνολογικών καινοτομιών και βιομηχανικής συνέργειας σε ολόκληρη την αλυσίδα «πράσινη ηλεκτρική ενέργεια—πράσινο υδρογόνο—πράσινη αμμωνία/πράσινη μεθανόλη», η Κίνα θα κατακτήσει ηγετική θέση στην παγκόσμια ενεργειακή μετάβαση και τον μετασχηματισμό της ναυτιλίας με μηδενικές εκπομπές άνθρακα.

Περαιτέρω ανάγνωση:

Η Huashang Energy και το Εργαστήριο Καινοτομίας Jiageng ίδρυσαν από κοινού την Huashang Xiamen Hydrogen Energy Technology (Xiamen) Co., Ltd., μια επιχείρηση τεχνολογικής καινοτομίας που ειδικεύεται στην ηλεκτρόλυση αλκαλικού νερού για την παραγωγή υδρογόνου. Η εταιρεία έχει δεσμευτεί στην καινοτόμο έρευνα και ανάπτυξη βασικών υλικών όπως ηλεκτρόδια ηλεκτρολυτών και σύνθετες μεμβράνες, καθώς και δομές στοίβας κυψελών καυσίμου, για τη δημιουργία εξοπλισμού παραγωγής υδρογόνου υψηλής απόδοσης. Τα αποτελέσματα των δοκιμών των ηλεκτρολυτών που αναπτύχθηκαν και κατασκευάστηκαν ανεξάρτητα από την Huaxia Hydrogen Energy δείχνουν ότι η συνολική κατανάλωση ενέργειας για την παραγωγή υδρογόνου είναι μικρότερη από 4.4 kWh/Nm³, το εύρος ρύθμισης φορτίου είναι 30%–110%, η περιεκτικότητα σε υδρογόνο σε οξυγόνο είναι <1.5% σε ολόκληρο το εύρος ισχύος, ο ρυθμός απόκρισης αύξησης/μείωσης φορτίου είναι >10%/δευτερόλεπτο και ο χρόνος ψυχρής εκκίνησης είναι <10 λεπτά. Επί του παρόντος, τα προϊόντα της εταιρείας έχουν παραδοθεί με επιτυχία σε έργα παραγωγής υδρογόνου από αιολική ενέργεια και το πράσινο υδρογόνο χρησιμοποιείται στη χημική σύνθεση αμμωνίας κατάντη, αντιπροσωπεύοντας ένα σημαντικό έργο στον πράσινο μετασχηματισμό της χημικής βιομηχανίας της Κίνας.