Utah Államban (USA) a Mitsubishi Power Americas és a Magnum Development cégek közös vállalata, az Aces Delta megkezdte a világon jelenleg a lenagyobbnak számító, földalatti hidrogéntároló kialakítását, amelynek két sókavernája egyenként 150 GWh, azaz együttesen 300 GWh (= 9.000 tonna) hidrogén tárolására lesz képes.
A projekt 504 millió USD hitelgaranciát kapott a US Department of Energy (DOE) ’Loan Programs Office’ szervezeti egységétől a tároló kialakítására, kiépítésére. A tároló egy 840 MW kapacitású hidrogén-kompatibilis, kombinált-ciklusú gázturbinás erőmű mellett helyezkedik majd el. Az erőmű első lépésben 30% zöld hidrogén tartalmú földgáz eleggyel fog működni 2025-től és a tervek szerint 2045-től valósulna meg a 100%-os hidrogénnel történ üzemelés. A kivitelező WSP nevű cég EPCM szerződés (engineering, procurement and construction management contract) keretében építi ki a tárolót. A projekt fejlesztése egyébként már 2019 májusában kezdődött. A fejlesztés hátteréhez tartozik még, hogy a helyszínen jelenleg üzemelő (Intermountain Power Plant, IPP nevű) szénerőművet 2025-ben leszerelik, és ennek helyébe lép az említett, modern és hidrogéntoleráns gázturbinás egység. (A Mitsubishi és egyéb jelentős cégek hidrogéntoleráns gázturbinás fejlesztési terveiről Hidrogén Hírlevelünk 2020/1 lapszámában írtunk.)
A sókavernák (salt caverns) az egyik legjobb geológiai hidrogéntárolási megoldást jelentik, mivel jó gáztömörséggel rendelkeznek, alacsony a hidrogén szennyeződésének kockázata a tárolás során, jelentős töltési és kitárolási sebesség valósítható meg (azaz jó rugalmasságot tud biztosítani a tároló), nem mellékesen pedig – ha egyelőre csak elvétve is, de – létezik néhány ilyen tároló a világon, azaz vannak „kiindulási” tapasztalatok. A fő nehézséget az jelenti, hogy ilyen tárolók nyilván csak a megfelelő geológiai adottságokkal, sóformációkkal rendelkező helyeken alakíthatók ki – lásd később.
A tárolókavernák és az erőmű alkotják majd az ún. „Fejlett tisztaenergia-tároló központot” (Advanced Clean Energy Storage hub), amelyet – az Aces Delta közleménye alapján – egy 220 MW-os elektrolízis üzem segítségével töltenek majd fel hidrogénnel; másként fogalmazva ilyen módon tárolják a megújuló energiát. A jövőbeni, teljes kiépítettség esetén akár 100 t/nap zöld hidrogén is előállítható, illetve letárolható lesz.
„Utah állam középső része ideális helyszín a projekt szempontjából, Utah pedig vállalkozásbarát állam az ilyen jellegű projektek számára” – emelte ki Craig Broussard, a Magnum vezérigazgatója. „A Magnumnak az Intermountain Power Project szomszédságában lévő telephelye úgy helyezkedik el, hogy teljes mértékben ki tudja használni a meglévő regionális elektromos hálózati csatlakozási kapcsolatokat, a teljesen kiépített közlekedési infrastruktúrát, a bőséges nap- és szélerőmű termelési kapacitásokat, a jelenleg a szénről való átállásban lévő szakképzett munkaerőt, és nem utolsó sorban a helyszín geológiai adottságaiból adódó, egyedülálló sóformáció nyújtotta lehetőségeket, mely utóbbi teszi lehetővé a sókavernák kialakítását a hidrogéntárolás céljából”. A Magnum Development tulajdonában vannak egyébként további kavernák (szintén geológiai sóformációkban) az Egyesült Államok nyugati részén, amelyek egy része jelenleg folyékony üzemanyag tárolására szolgál.
Általánosan tekintve, jelenleg négy sókavernás hidrogéntároló működik a világon. Az elsőt 1972-ben helyezte üzembe a Sabic Petrochemicals cég a nagy-britanniai Teesside-ban. A maradék három pedig mind az USA-ban, Texasban[1] található. Ezek közül a legfiatalabbat és egyben legnagyobb kapacitásút Spindletop-ban, 2016-ban helyezték üzembe; ennek tárolókapacitása majdnem eléri a most tervezett új rekorderét – lásd a következő táblázatban. Ezeken és a fent említett Utah helyszínen kívül több pilot projekt is kidolgozás alatt áll e téren: pl. Hollandiában (Zuidwending), ahol az első tárolókaverna 2026-ban lép üzembe. Németországban (Rüdersdorf) az EWE nevű cég egy kisléptékű sókavernás tárolót tervez megvalósítani 2022-től. További pilot projektek vannak a fejlesztés különböző fázisaiban Svédországban, Franciaországban, Nagy-Britanniában. Természetesen nagyon sok vizsgálatra van még szükség, hogy a sókavernás, nagyléptékű hidrogéntárolás az ipari gyakorlat részévé, kereskedelmi jellegű megoldássá váljon, de a szándékok komolyságát az is bizonyítja, hogy a Nemzetközi Energia Ügynökség (IEA) önálló TCP-t (Technology Collaboration Programme) hoz létre a földalatti hidrogéntárolás területén, hogy vizsgálják ennek műszaki, gazdasági és társadalmi vonatkozásait.
- táblázat: Működő és tervezett földalatti hidrogéntároló projektek. Forrás: IEA, 2021.
Projekt neve | Ország | Üzembe helyezés | Tárolókapacitás (GWh) | Típus | Státusz | Üzemeltető |
Teeside | Nagy-Britannia | 1972 | 27 | sókaverna | működő | Sabic |
Clemens Dome | USA | 1983 | 82 | sókaverna | működő | Conoco Philips |
Moss Bluff | USA | 2007 | 125 | sókaverna | működő | Praxair |
Spindleton | USA | 2016 | 278 | sókaverna | működő | Air Liquide |
Underground Sun Storage | Ausztria | 2016 | 10% H2 blend | kimerült gázmező | demó | RAG |
HyChino | Argentina | 2016 | 10% H2 blend | kimerült gázmező | demó | HyChino, BRGM |
HyStock | Hollandia | 2021 | – | sókaverna | pilot | EneryStock |
HYBRIT | Svédország | 2022 | – | sziklakaverna | pilot | Vattenfall, SSAB, LKAB |
Rüdersdorf | Németország | 2022 | 0,2 | sókaverna | építés | EWE |
HyPster | Franciaország | 2023 | 0,07-1,5 | sókaverna | mérnöki tanulm. | Storengy |
HyGéo | Franciaország | 2024 | 1,5 | sókaverna | megval. tan. | HDF, Teréga |
HySecure | Nagy-Britannia | 2020′ közepe | 40 | sókaverna | megval. tan. (I.) | Storengy, Inovvn |
Energiepark Bad Lauchstädt | Németország | – | 150 | sókaverna | megval. tan. | Uniper, ONTRAS… |
Advanced Clean Energy Storage | USA | 2026 | 2 x 150 | sókaverna | építés | Mitsubishi Power Magnum Develop. |
A sókavernák mesterségesen kialakított felszín alatti képződmények, amelyeket sórétegekben (deposits) vagy sódómokban alakítanak ki, kontrollált vízbesajtolással és kitermeléssel, lényegében „kioldva” a megfelelő üreget. Az így kialakított tároló meglehetősen gáztömör (permeabilitása csekély), ami a hidrogén elszivárgását akadályozza, kémiailag inert, nedvességet nem tartalmazó[2] tárolási környezetet jelent és viszonylag nagy nyomáson üzemeltethető. Ha a sóréteg a fedő rétegek miatt rétegterhelést kap, a só megpróbál „szökni” és áttöri a felette lévő réteget, diapírokat (sódóm) létrehozva; ez utóbbi a következő ábrán a bal oldali rajzon látható. A sóréteg feletti fedőkőzet vastagsága jellemzően 30-1.800 m, ami leggyakrabban gneisz, dolomitpala, agyag-szulfát vagy iszapkő. Maga a sóréteg halit, üledékes kőzet; lényegében nátrium-klorid (NaCl).
A sókavernák működési nyomása kb. 40 – 240 bar tartományba esik, de jellemzően ~100 bar körüli. Az egyes, már működő és hidrogéntárolásra használt sókavernák főbb tulajdonságait, köztük a nyomásértéket a következő táblázat foglalja össze.
2. táblázat: A működő sókavernák főbb méret és működési nyomásértékei. Forrás: A. Małachowska, N. Łukasik, J. Mioduska, J. G˛ebicki (2022)
Teesside (UK) | Clemens (US) | Moss Bluff (US) | Spindletop (US) | |
Sóformáció | sóréteg | sódóm | sódóm | sódóm |
Térfogat (m3) | 210.000 (3×70.000) | 580.000 | 566.000 | 906.000 |
Átlagos kaverna mélység (m) | 365 | 1.000 | 1.200 | 1.340 |
Nyomás(tartomány) (bar) | 45 | 70-137 | 55-152 | 68-202 |
2020 végén világszinten 661 földalatti gáztárolót tartottak nyilván, amelyek kb 15%-a volt valamilyen sóformációban. (A maradék, nagyobb részben főkét kimerült gáz- és olajmezők vannak.) A következő térkép mutatja a sóformációk elhelyezkedését Európában. E tekintetben Németország rendelkezik a legnagyobb tárolási potenciállal, ha a szárazföldi és tenger alatti sóformációkat is tekintjük. Az országon belül Észak-Rajna-Vesztfália régió rendelkezik a legjobb adottságokkal; a sókavernák elméleti tárolási potenciálja itt 26,5 TWh (8,8 mrd m3H2). Az észak-németországi területeken húzódó Paleozoikus Permi sólerakódás Dánia és Lengyelország területére is átnyúlik. Térségünkben pedig még Ukrajnában és Romániában is található ilyen sóformáció, egy kisebb kiterjedésű pedig Ausztriában.
Források:
https://www.pv-magazine.com/2022/08/04/worlds-largest-underground-hydrogen-storage-project/
https://www.iea.org/programmes/technology-collaboration-programme
https://power.mhi.com/regions/amer/news/20210511.html
International Energy Agency: Global Hydrogen Review 2021
A. Małachowska, N. Łukasik, J. Mioduska, J. G˛ebicki (2022): Hydrogen Storage in Geological Formations—The Potential of Salt Caverns. Energies 2022, 15, 5038.
Jegyzetek:
[1] Texasban nagyon jelentős (GW léptékű) megújuló energiára alapozott zöld hidrogén projektek állnak tervezés alatt, amelyről korábbi cikkünk itt olvasható.
[2] A bányászati (kioldásos) módszer miatt természetesen mindig marad valamennyi víz (sólé) a tárolóban, így a kitárolt hidrogén esetében némi szárítás (víztelenítés) általában szükséges lehet.