Magyarország is elkötelezte magát zöld hidrogén előállító technológiák telepítése mellett, ezért fontos, hogy világos képet kapjanak a döntéshozók az elérhető technológiák műszaki és gazdasági adatairól. Továbbá már elindult néhány hazai pilot projekt, így rendelkezésre áll a hazai tapasztalat is ezen a területen, melyek tanulságaira alapozva további projekteket és beruházásokat lehetséges fejleszteni.
A vizsgált zöld hidrogén előállító technológiák
Elérhetőség és fejlettség:
- Az alkáli és PEM (protoncserélő membrán) elektrolizálók már kereskedelmi forgalomban elérhetők. Az alkáli elektrolizáló hosszabb múltra tekint vissza, mivel azt már a klóralkáli iparban is használták. Mindkét technológia azonos technológiai készültségi szinten van (TRL9), de további politikai támogatásra és fejlesztésekre van szükségük a versenyképesség fenntartásához.
- Szilárd oxigénelektrolízis (SOEC): A SOEC technológia gyorsan fejlődik és közeledik a kereskedelmi forgalomba hozatalhoz. Egyre nagyobb méretű SOEC rendszereket telepítenek, és ezek a technológiák ígéretesek lehetnek az ipari méretekben történő hidrogén előállításban.
- Anioncserélő membrános (AEM) elektrolízisek: Az AEM elektrolízisek fejlesztése még korai szakaszban van, és jelenleg csak kis mennyiségben állnak rendelkezésre. Néhány cég azonban nagyüzemi méretű gyártási kapacitást tervez.
Költségek: Az elektrolizálók tőkeköltségeit nehéz összehasonlítani, de a költségek általában csökkennek a technológia fejlődésével és a gyárak méretének növekedésével. Az alkáli technológia általában olcsóbb, mint a PEM technológia, de mindkettő költsége csökkent az elmúlt években.
Hatékonyság: Az alkáli és PEM elektrolizálók hasonló hatékonysággal működnek, és rugalmasan működhetnek megújuló energiával összekapcsolva. A SOEC rendszerek magasabb elektromos hatásfokot érnek el, különösen a hulladékhő hasznosításával.
Innováció: Az új katalizátorbevonatok és membránmentes elektrolízis technológiák fejlesztése folyamatban van, amelyek lehetővé teszik az irídium és platinacsoportba tartozó fémek használatának csökkentését, és növelhetik a rendszerek élettartamát.
Piaci kitekintés – telepített kapacitások jelenleg és 2030-ra várható adatok
- 2022 végére a hidrogén elektrolizálók globálisan telepített kapacitása megközelítette a 700 MW-ot, ami 20%-os növekedést jelent az előző évhez képest. 2022-ben 120 MW összkapacitású üzem kezdte meg működését. Ez csak nagyjából fele a 2021-ben tapasztalt új kapacitásbővítéseknek; 2021 azonban kivételes év volt, amikor egyetlen 150 MW kapacitású projektet helyeztek üzembe Kínában.
- A 2023-ban üzembe helyezett legnagyobb elektrolízisüzemek listáját valószínűleg ismét Kína vezeti majd: a Sinopec 260 MW-os erőműve 2023 júliusában kezdte meg működését, és több mint 550 MW-os projektek vannak építés alatt.
- A jelenleg legalább FID-t elért vagy építés alatt álló projektek alapján a beépített globális kapacitás 2023 végére megháromszorozódhat, összesen több, mint 2 GW-ra nőhet (ami körülbelül 0,2 Mt hidrogéntermelésnek felel meg), feltéve, hogy valamennyi projekt a tervek szerint valósul meg, bár számos projekt csúszásban van.
- 2022 végére a beépített elektrolizáló kapacitás 60%-át az alkáli technológia teszik ki, ezt követik a protoncserélő membrános (PEM) elektrolizáló mintegy 30%-kal.
- A bejelentések alapján ez a helyzet a következő években várhatóan változni fog. A PEM elektrolizálók piaci részesedése növekedni fog az alkáli elektrolizálókkal szemben, bár számos jövőbeli projekt még nem döntötte el vagy nem hozta nyilvánosságra, hogy melyik technológiát fogja alkalmazni.
- A szilárdoxid-elektrolízáló (SOEC) ma a beépített kapacitás kevesebb mint 1%-át teszi ki. A földrajzi megoszlást tekintve Kína és Európa a 2022 végi beépített kapacitás egyharmadát, míg az Egyesült Államok és Kanada együttes részesedése 10%-ot tesz ki.
- A bejelentett projektek alapján a globális telepített elektrolízis-kapacitás 2030-ra elérheti a 175 GW-ot, ami 30%-os növekedést jelent a 2022. évi Global Hydrogen Review jelentésekhez képest. A 2030-as kapacitás 420 GW-ra nő, ha a fejlesztés korai szakaszában lévő projekteket is figyelembe vesszük. A 2030-ra kitűzött kapacitások több, mint fele korai fejlesztési fázisban vannak.
- A 2030-ra várható beépített kapacitás egyharmada Európába kerülhet, majd Latin-Amerika és Ausztrália következik egyenként 20%-kal. A Kínában a közelmúltban elért eredmények és az Egyesült Államokban az inflációcsökkentő törvény (IRA) hatása azonban valószínűleg megváltoztatja ezt a képet, és ez a két ország várhatóan nagyobb részt fog kitenni a teljes beépített kapacitásból, mint ami a ma bejelentett projektekből látható.
- Az összes bejelentett projekt megvalósulása még mindig nagyon bizonytalan, mivel a bejelentett projektek kapacitásának kevesebb mint 4%-a érte el az FID fázist vagy van építés alatt. A bejelentett kapacitások közel 40%-a már elkészítette a megvalósíthatósági vizsgálatot vagy épp kidolgozás alatt áll.
- Az elmúlt év bejelentett projektjei alapján elmondható, hogy a piac nagyméretű (>1GW) projektek felé fordul. Míg az elektrolízisüzemek átlagos mérete ma körülbelül 12 MW, néhány éven belül több száz MW-ra, 2030-ra pedig 1 GW-ra nőhet, és a 2030-ra bejelentett kapacitások több mint 75%-át a GW-méretű projektek teszik ki.
Piaci kitekintés – elektrolizáló gyártó kapacitások alakulása
- 2022 végére az elektrolizáló gyártók által meghirdetett rendelkezésre álló gyártókapacitás elérte a 14 GW/év értéket, amelynek fele Kínában van, a gyorsan növekvő belföldi piac kiszolgálására, további egyötöde pedig Európában.
- A gyárak eddigi tényleges termelése azonban ennél jóval alacsonyabb: becslések szerint 2022-ben alig több mint 1 GW/év lehetett az output a zöld H2 projektek üzembe helyezését figyelembe véve és a klóralkáli elektrolízisek piaca alapján, amelyek továbbra is dominálják a gyári termelést.
- Ennek ellenére úgy tűnik, hogy elegendő kapacitás áll rendelkezésre a 2023-ra tervezett, építés alatt álló 1,1 GW-os és a 2024-re tervezett 5 GW-os projektek megvalósításához. Tekintettel a jelenlegi termelés és a gyártók által bejelentett gyártási kapacitások közötti nagy különbségre, az is megvalósíthatónak tűnik, hogy a gyártók két-három éven belül több gigawattal növelhetik a termelésüket, ha megrendeléseket kapnak az észak-amerikai és európai pénzügyi ösztönzőket kihasználni kívánó projektektől.
- A globális gyártási kapacitások háromnegyede ma alkáli elektrolizálók gyártására specializált - ennek 70%-a Kínában található. A globális PEM elektrolizáló gyártási kapacitás jelenleg 2GW/év, a SOEC pedig 1,5 GW/év. E két technológia gyártási kapacitásának egy részét azonban - a technológiai hasonlóságok miatt - ugyanazon üzemekben üzemanyagcellák gyártására használják, ami azt jelenti, hogy az elektrolizálókra használt kapacitás alacsonyabb lehet.
- A vállalatok bejelentései alapján a globális elektrolizáló gyártási kapacitás 2030-ra elérheti a 155 GW/év értéket. A gyártási kapacitás egynegyede Kínában, egy-egy ötöde az Egyesült Államokban és Európában, 6%-a pedig Indiában lesz.
- A 2030-ig tervezett bővítési helyszínek 20%-át azonban nem közölték, ami azt jelenti, hogy a földrajzi eloszlás változhat a helyi kereslet és a helyi gazdasági ösztönzők hatására.
- 2030-ra a PEM-gyártási kapacitás a globális kapacitás közel egynegyedére nőhet, miközben az alkáli elektrolízisek aránya csökken, bár még mindig meghatározó, 54%-os lesz.
- A bejelentett gyártókapacitásnak mindössze 8%-a érte el az FID fázist vagy van építés alatt.
- Az összes bejelentett gyártási kapacitás mintegy 30%-a a már meglévő üzemek bővítése, vagy a későbbiekben épülő, konkrét célév nélkül bejelentett új gyártóüzemek bővítése.
- Mivel a meglévő üzemek tervezett bővítései gyakran rövidebb átfutási idővel rendelkeznek, mint egy újonnan épülő üzem építése, a vállalatoknak több időt hagynak arra, hogy a kereslet jövőbeli alakulása alapján döntsenek e tervek megvalósításáról. Ez további bizonytalanságot jelent azzal kapcsolatban, hogy a bejelentett bővítések végül megvalósulnak-e.
- Ha a gyártók valamennyi bejelentése időben és a vállalt méretben megvalósul, akkor az elektrolizáló gyártó létesítmények potenciális teljesítménye elegendő lenne ahhoz, hogy 2030-ig valamennyi bejelentett projektet megvalósíthassanak
- Ha csak a bejelentett, FID-t elért vagy építés alatt álló (azaz lekötött) kapacitásokat vesszük figyelembe, akkor a potenciális kibocsátás nem csak az FID-t elért gyártási projektek kielégítésére lenne elegendő, hanem 2030-ra a jelenleg megvalósíthatósági vizsgálat alatt álló gyártási projektek elektrolízáló keresletét is fedezni tudná.
- A lekötött H2 projektek és a gyártási kapacitás közötti egyensúlytalanság azonban azt jelentheti, hogy ha a 2030-ra vonatkozó, jelenleg megvalósíthatósági tanulmány szakaszában lévő H2 projektek a tervezettnél lassabban haladnak, ez 2030-ban az elkötelezett gyártási kapacitások alacsony kihasználtságát eredményezheti.
Zöldhidrogén-előállító technológiák gazdasági adatai
- Az elektrolizálók telepítési költsége az elmúlt években jelentősen megnőtt az anyag- és munkaerőköltségek emelkedése miatt. Egy telepített elektrolizáló beruházásigénye (beleértve a berendezéseket, a gázkezelést, rendszerintegrációt, valamint a mérnöki, beszerzési és kivitelezési költségeket) 1 700 USD/kW és 2 000 USD/kW között mozog (AEL és PEM esetében), ami a 2021-ben megfigyelt tőkeköltség-tartományhoz képest éves szinten mintegy 9%-os növekedést jelent. Európában egyes projektfejlesztők még ennél is magasabb, egyes esetekben akár 40%-os inflációs értékeket figyeltek meg.
- A Kínában gyártott alkáli elektrolizálók CAPEX tekintetében sokkal olcsóbbak, mint az Európában vagy Észak-Amerikában gyártottak: egy telepített elektrolizáló esetében 750 – 1300 USD/kW körül mozognak, de egyes források szerint akár 350 USD/kW is lehet. A költségszám a kínai műszaki szabványokat és feltételeket tükrözi. Export esetében a kínai elektrolizálóknak a más országok szabványainak való megfelelés érdekében történő kiigazítása magasabb költségeket eredményezhet.
- Az elektrolizálók CAPEX-költségének inflációja a hidrogén előállítás önköltségében (LCOH) 20%-os költségnövekedést jelenthet (feltételezve, hogy minden más paraméter változatlan marad), mivel ma a CAPEX jelenti a fő költségtényezőt a hidrogén árában. A közelmúltbeli infláció és a munkaerőköltségek növekedése jelentős hatással volt a fejlesztés alatt álló projektekre, amelyek első költségbecsléseit több esetben felfelé módosították (pl. NEOM vagy Bad Lauchstädt Energy Park).
- A jelenlegi bejelentésekben előirányzott, a következő évtizedre tervezett elektrolizáló kapacitásfelfutás alapján a tőkeköltség a méretgazdaságosság és a tömegtermelés miatt csökkenhet. A bejelentett projektek kapacitásnövelése miatt az elektrolizálók költsége 2023-hoz képest 2025-re 50%-kal, 2030-ra pedig 60%-kal csökkenhet, és 720-810 USD/kW-ra tehető.
A dokumentum teljes terjedelemben letölthető itt.