ניתוח כלכלי של ייצור מימן ירוק על ידי אלקטרוליזה ממקורות אנרגיה מתחדשים

יותר ויותר מדינות מתחילות להציב יעדים אסטרטגיים לאנרגיית מימן, וחלק מההשקעות נוטות לפיתוח טכנולוגיית מימן ירוקה. האיחוד האירופי וסין מובילים את הפיתוח הזה, ומחפשים יתרונות ראשונים בטכנולוגיה ובתשתית. בינתיים, יפן, דרום קוריאה, צרפת, גרמניה, הולנד, ניו זילנד ואוסטרליה פרסמו כולן אסטרטגיות אנרגית מימן ופיתחו תוכניות פיילוט מאז 2017. בשנת 2021, האיחוד האירופי פרסם דרישה אסטרטגית לאנרגיית מימן, והציע להגדיל את יכולת ההפעלה של ייצור מימן בתאים אלקטרוליטיים עד 6GW עד 2024 על ידי הסתמכות על אנרגיית רוח ושמש, ועד 40GW עד 2030, הקיבולת של ייצור המימן באיחוד האירופי יוגדל ל-40GW ב-40GW נוספים מחוץ לאיחוד האירופי.

כמו בכל הטכנולוגיות החדשות, מימן ירוק עובר ממחקר ופיתוח ראשוניים לפיתוח תעשייתי מיינסטרים, וכתוצאה מכך עלויות יחידה נמוכות יותר ויעילות מוגברת בתכנון, בנייה והתקנה. מימן ירוק LCOH מורכב משלושה מרכיבים: עלות תא אלקטרוליטי, מחיר חשמל מתחדש ועלויות תפעול אחרות. באופן כללי, עלות התא האלקטרוליטי מהווה כ-20% ~ 25% מהמימן הירוק LCOH, ואת החלק הגדול ביותר של חשמל (70% ~ 75%). עלויות התפעול קטנות יחסית, בדרך כלל פחות מ-5%.

מבחינה בינלאומית, המחיר של אנרגיה מתחדשת (בעיקר שמש ורוח בקנה מידה של שירותים) ירד באופן משמעותי במהלך 30 השנים האחרונות, ועלות האנרגיה השוויונית שלה (LCOE) קרובה כעת לזו של כוח פחם (30-50 דולר ל-MWh) , מה שהופך את האנרגיה המתחדשת לתחרותית יותר בעתיד. עלויות האנרגיה המתחדשת ממשיכות לרדת ב-10% בשנה, ובסביבות 2030 עלויות האנרגיה המתחדשת יגיעו לכ-20 דולר ל-MWh. לא ניתן להפחית משמעותית את עלויות התפעול, אך ניתן להוזיל את עלויות יחידת התאים וצפויה עקומת עלויות למידה דומה לתאים כמו לאנרגיה סולארית או רוח.

PV סולארי פותח בשנות ה-70 והמחיר של LCoEs PV סולאריים בשנת 2010 היה בסביבות 500 $/MWh. LCOE PV סולארי ירד משמעותית מאז 2010 והוא עומד כיום על 30 עד 50 דולר ל-MWh. בהתחשב בכך שטכנולוגיית התאים האלקטרוליטיים דומה לרף התעשייתי לייצור תאים פוטו-וולטאיים סולאריים, בין השנים 2020-2030, טכנולוגיית התאים האלקטרוליטיים צפויה ללכת במסלול דומה לזה של תאים פוטו-וולטאיים סולאריים במונחים של עלות יחידה. במקביל, LCOE עבור רוח ירד משמעותית בעשור האחרון, אך בכמות קטנה יותר (כ-50% מהחוף ו-60% על החוף).

ארצנו משתמשת במקורות אנרגיה מתחדשים (כגון אנרגיית רוח, פוטו, אנרגיה הידרו) לייצור מימן אלקטרוליטי במים, כאשר מחיר החשמל נשלט ב-0.25 יואן/קוט"ש מתחת, לעלות ייצור המימן יש יעילות כלכלית יחסית (15.3 ~ 20.9 יואן/ק"ג) . אינדיקטורים טכניים וכלכליים של אלקטרוליזה אלקלית וייצור מימן אלקטרוליזה PEM מוצגים בטבלה 1.

שיטת חישוב העלות של ייצור מימן אלקטרוליטי מוצגת במשוואות (1) ו-(2). LCOE= עלות קבועה/(כמות ייצור מימן x חיים) + עלות תפעול (1) עלות תפעול = צריכת חשמל בייצור מימן x מחיר חשמל + מחיר מים + עלות תחזוקת ציוד (2) נטילת פרויקטים של אלקטרוליזה אלקלית ואלקטרוליזה PEM (1000 Nm3/h ) כדוגמה, נניח שכל מחזור החיים של הפרויקטים הוא 20 שנה וחיי הפעולה הם 9×104 שעות. העלות הקבועה של תא אלקטרוליטי בחבילה, מכשיר לטיהור מימן, עמלת חומר, עמלת בנייה אזרחית, עמלת שירות התקנה ופריטים אחרים מחושבת ב-0.3 יואן/קוט"ש עבור אלקטרוליזה. השוואת העלויות מוצגת בטבלה 2.

בהשוואה לשיטות ייצור מימן אחרות, אם מחיר החשמל של אנרגיה מתחדשת נמוך מ-0.25 יואן/קוט"ש, ניתן להוזיל את עלות המימן הירוק לכ-15 יואן/ק"ג, שמתחיל להיות בעל יתרון. בהקשר של ניטרליות פחמן, עם הפחתת עלויות ייצור חשמל באנרגיה מתחדשת, פיתוח בקנה מידה גדול של פרויקטים לייצור מימן, הפחתת צריכת האנרגיה של תאים אלקטרוליטיים ועלויות ההשקעה, והנחיית מס פחמן ומדיניות אחרת, הדרך של הפחתת עלויות המימן הירוק תתברר בהדרגה. יחד עם זאת, מכיוון שהפקת מימן ממקורות אנרגיה מסורתיים יתערבב עם זיהומים קשורים רבים כגון פחמן, גופרית וכלור, ועלות הטיהור המרוכז ו-CCUS, עלות הייצור בפועל עשויה לעלות על 20 יואן/ק"ג.