ΑΡΘΡΑ
Μεταφορά Υδρογόνου με αγωγούς: Τι ισχύει Είναι πλέον δεδομένο ότι οι παραδοσιακές πηγές ενέργειας, δηλαδή τα ορυκτά καύσιμα όπως ο Άνθρακας, το Πετρέλαιο και το Φυσικό Αέριο, έχουν μειωθεί σημαντικά. Παράλληλα οι επιπτώσεις της χρήσης τους και η παραγωγή αερίων θερμοκηπίου προβληματίζουν όλο και περισσότερο. Για τον λόγο αυτό και για την αντιμετώπιση των προκλήσεων προωθούνται όλο και περισσότερο οι κάθε λογής προσπάθειες ανεύρεσης νέων μορφών ενέργειας με χαμηλές ανθρακούχες εκπομπές. Μια πολλά υποσχόμενη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας είναι το Υδρογόνο, με ξεκάθαρα πλεονεκτήματα που περιλαμβάνουν την παραγωγή καθαρής μορφής ενέργειας, τη μηδενική εκπομπή Διοξειδίου του Άνθρακα, την υψηλής πυκνότητας αποθήκευση ενέργειας κ.λπ. Η ενέργεια που προκύπτει από την καύση Υδρογόνου έχει χαρακτηριστεί ως «η πλέον ιδανική νέα ενέργεια στον 21ο αιώνα» με τεράστιες δυνατότητες εφαρμογών. Ωστόσο, λόγω της πολύ μικρής πυκνότητας και των εύφλεκτων και εκρηκτικών χαρακτηριστικών του Υδρογόνου σε κανονική θερμοκρασία και πίεση, αποτελεί πρόκληση η επίτευξη συνθηκών που να διασφαλίζουν την ασφαλή, αξιόπιστη, οικονομική και αποδοτική μεταφορά του Υδρογόνου. Ιδιαίτερη έμφαση δίδεται πλέον στις διάφορες τεχνολογίες μεταφοράς του Υδρογόνου οι οποίες διακρίνονται στη μεταφορά αερίου Υδρογόνου υψηλής πίεσης, στη μεταφορά υγρού Υδρογόνου χαμηλής θερμοκρασίας, στη μεταφορά στερεού υλικού με Υδρογόνο, στη μεταφορά οργανικού υγρού Υδρογόνου και στη μεταφορά μείγματος Υδρογόνου μέσω αγωγών Φυσικού Αερίου. Εξετάζοντας τους τρόπους μεταφοράς από τη σκοπιά της μεγάλης κλίμακας και της μακροπρόθεσμης ανάπτυξης διαπιστώνουμε ότι η μεταφορά του αερίου Υδρογόνου υψηλής πίεσης και του υγρού Υδρογόνου χαμηλής θερμοκρασίας έχουν υψηλό κόστος και χαμηλή απόδοση. Ως εκ τούτου, δεν μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις για μεγάλης κλίμακας περιφερειακή κάλυψη ενεργειακών αναγκών από Υδρογόνο. Η καλύτερη λύση για πιο οικονομικό, μεγάλης κλίμακας και βιώσιμο ενεργειακό εφοδιασμό είναι η μεταφορά του Υδρογόνου ως μείγμα με Φυσικό Αέριο με τη χρήση, όπου υπάρχει, του υφιστάμενου δικτύου και της υποδομής διανομής Φυσικού Αερίου ή η μεταφορά καθαρού Υδρογόνου εκεί όπου υπάρχει υφιστάμενο δίκτυο μετά από ελαφρά τροποποίηση του υφιστάμενου δικτύου και της υποδομής διανομής Φυσικού Αερίου. Κατά τη μεταφορά Υδρογόνου σε μείγματα Φυσικού Αερίου θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα ακόλουθα: (α) Η συμβατότητα των σωληνώσεων μεταφοράς. Κατά την ανάμειξη η αλληλεπίδραση Υδρογόνου και σωλήνα έχει ως αποτέλεσμα την υποβάθ-
μιση μηχανικών ιδιοτήτων, όπως είναι η πλαστικότητα και η σκληρότητα, επηρεάζοντας έτσι την ασφάλεια των αγωγών. Η επίλυση του προβλήματος συμβατότητας μεταξύ σωλήνων και υδρογονοαναμεμειγμένου Φυσικού Αερίου αποτελεί την πρωταρχική πρόκληση για επιτυχή μεταφορά μέσω αγωγών. Διαπιστώνεται ότι το αναμεμειγμένο με Υδρογόνο Φυσικό Αέριο έχει υψηλή συμβατότητα με παραδοσιακά μη μεταλλικά υλικά. Ωστόσο, είναι εύκολο να προκληθεί ζημιά σε μεταλλικά κατασκευαστικά στοιχεία και εξαρτήματα στο σύστημα μεταφοράς Φυσικού Αερίου, απειλώντας την ασφαλή λειτουργία των αγωγών. Βλάβες μπορεί επίσης να προκληθούν όταν τα άτομα Υδρογόνου εισέρχονται στο μεταλλικό Οι αναλογίες εσωτερικό και συγκεντρώνονται σε σημεία που της ανάμειξης παρουσιάζουν ελαττώματα. Με τη διάχυση ατόμων Υδρογόνου, αυξάνεται η συγκέΥδρογόνου με των ντρωση μορίων Υδρογόνου και ενισχύεται η Φυσικό Αέριο πίεση. Όταν η πίεση υπερβαίνει την κρίσιμη διαφέρουν από τιμή, ενδέχεται να προκληθούν ορισμένες μετατοπίσεις σε τοπικές ζώνες εντός του μετάλχώρα σε χώρα λου προκαλώντας την αστοχία του. Λόγω του μικρού όγκου και της ισχυρής δραστικότητας των ατόμων Υδρογόνου, είναι εύκολο για αυτά να διαλυθούν στο πλέγμα μεταλλικών υλικών και να προκαλέσουν τεράστια ελαττώματα μειώνοντας έτσι σημαντικά την ολκιμότητα και την αντοχή των υλικών σε εφελκυσμό. (β) Λόγος ανάμειξης Υδρογόνου. Η περιεκτικότητα του μείγματος σε Υδρογόνο θα επηρεάσει την ασφάλεια του αγωγού και του εξοπλισμού, την πιθανότητα ατυχημάτων και την καύση του αερίου σε διάφορους βαθμούς. Κατά τον καθορισμό του λόγου ανάμειξης Υδρογόνου θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη πολλοί παράγοντες, όπως το υλικό, οι συνθήκες μεταφοράς, ο εξοπλισμός συστήματος και η ποιότητα του αερίου, ώστε να διασφαλίζεται ότι η περιεκτικότητα των αγωγών Φυσικού Αερίου σε Υδρογόνο δεν υπερβαίνει το Όριο Ασφάλειας. Χαρακτηριστικά παρατίθενται Επιτρεπόμενοι Δείκτες Ανάμειξης Υδρογόνου στους Αγωγούς Φυσικού Αερίου σε διάφορες χώρες π.χ. Γερμανία 2% ή 10%, Γαλλία 6%, Ισπανία 5%, Αυστρία 4% και Φινλανδία 1% που δείχνουν ότι δεν υπάρχει ενιαία προσέγγιση στο θέμα αυτό. Εν κατακλείδι είναι προφανές ότι για την ανάπτυξη δικτύων που χρησιμοποιούν Υδρογόνο θα πρέπει να ληφθούν υπόψη και να αξιολογηθούν διάφοροι παράγοντες που μπορεί να επηρεάσουν την ασφαλή λειτουργία του συστήματος μεταφοράς. Σαφέστατα το μοντέλο ροής ενός μείγματος αερίου Υδρογόνου και Φυσικού Αερίου διαφέρει σημαντικά από το παραδοσιακό μοντέλο μεταφοράς Φυσικού Αερίου. Κανένα εμπόδιο όμως δεν είναι ανυπέρβλητο και η πρόκληση της πράσινης μετάβασης παραμένει ο πρωταρχικός στόχος. Δρ Τασούλα Κυπριανίδου-Λεοντίδου Χημικός Μηχανικός Πηγή: Xiao Tiang and Jingjing Pe i«Study progress on the pipeline transportation safety of hydrogen-blended natural gas», Heliyon, Volume 9, Issue 11, November 2023
28
