Yamanashi, Jepun Menjadi Medan Uji Hidrogen Hijau

Mengapa Yamanashi menjadi makmal hidrogen Jepun

Di kaki Gunung Fuji, Wilayah Yamanashi kini menjadi medan uji sebenar bagi hidrogen hijau. Di seluruh Jepun, hidrogen semakin mendapat perhatian sebagai alternatif kepada bahan api fosil. Di Yamanashi, trend ini amat ketara. Syarikat daripada pengeluar kenderaan dan enjin hinggalah pengeluar minuman, tayar dan peralatan mesin mula menggunakan gas itu sebagai sebahagian daripada campuran tenaga mereka. Wilayah ini menawarkan gabungan sumber boleh baharu yang banyak, infrastruktur penyelidikan dan kerjasama aktif antara sektor awam dengan swasta yang jarang ditemui.

Yamanashi menonjol dengan kadar pancaran suria yang tinggi, tumpuan aset penyelidikan tenaga serta dasar yang menyokong projek dari makmal hingga ke lantai kilang. Kawasan Komekurayama di Kofu menempatkan salah satu kelompok tenaga suria paling matang di Jepun serta sebuah perkampungan penyelidikan sistem tenaga generasi akan datang. Pemimpin wilayah menyokong program perintis hidrogen yang menghubungkan tenaga suria pada waktu siang dengan penyimpanan jangka panjang dan haba industri, sekali gus meletakkan wilayah itu pada kedudukan untuk menguji teknologi dalam keadaan operasi sebenar sebelum memperluas penggunaannya. Yamanashi Hydrogen Energy Society (H2-YES), usaha sama yang menghubungkan wilayah itu dengan beberapa syarikat, membantu menyelaraskan demonstrasi dan mendapatkan pelanggan utama.

Fungsi sebenar sistem Power to Gas di Yamanashi

Power to Gas, yang lazimnya disingkatkan sebagai P2G, menukarkan elektrik daripada sumber boleh baharu kepada hidrogen dengan memisahkan air kepada hidrogen dan oksigen. Pendekatan Yamanashi menggunakan elektrolisis air polimer pepejal. Apabila pengeluaran tenaga suria tinggi, lebihan kuasa disalurkan kepada elektroliser. Hidrogen kemudian boleh dimampatkan atau dicairkan dan disimpan di dalam tangki. Berbeza daripada elektron dalam grid, hidrogen yang disimpan boleh dipindahkan dengan trak, disalurkan melalui paip untuk jarak dekat atau ditukarkan semula kepada elektrik dan haba apabila diperlukan. Ini menjadikan tenaga suria yang tidak menentu sebagai sumber tenaga fleksibel untuk kilang, gudang dan komuniti setempat.

Dengan sokongan Dana Inovasi Hijau kerajaan Jepun dan kerja yang ditugaskan oleh agensi R&D kebangsaan NEDO, teknologi Yamanashi Model P2G dibangunkan bersama oleh Wilayah Yamanashi, Toray Industries, Tokyo Electric Power Company Holdings dan Takaoka Toko. Kemudahan berkapasiti 16 megawatt berasaskan sistem ini sedang dibina di tapak Suntory di Hakushu, wilayah itu. Kemudahan berkenaan dirancang untuk menggunakan elektrik boleh baharu dan air tempatan supaya hidrogen yang dihasilkan tidak mengeluarkan gas rumah hijau ketika digunakan. Butiran projek boleh didapati daripada Suntory dan rakan kongsi wilayah melalui penerangan rasmi ini.

Rancangan hidrogen hijau 16 MW Suntory

Pada September 2022, Suntory Holdings menandatangani perjanjian asas dengan Wilayah Yamanashi untuk menyahkarbonkan Kilang Penyulingan Hakushu dan Kilang Air Hakushu Minami Alps. Teras projek ini ialah kemudahan P2G berkapasiti 16 megawatt yang akan mengelektrolisis air menggunakan elektrik boleh baharu untuk menghasilkan hidrogen hijau di lokasi. Syarikat itu akan menggunakan gas berkenaan sebagai sumber haba bersih untuk operasi kilang dan berhasrat berkongsi bekalan dengan komuniti sekitar.

Operasi dijadualkan bermula pada 2025. Dalam fasa pertama, hidrogen akan digunakan untuk menggerakkan dandang bagi pensterilan haba dan menyokong penyulingan percubaan di Kilang Penyulingan Hakushu. Mulai 2027, Suntory merancang untuk mengendalikan keseluruhan rantaian nilai hidrogen hijau di Jepun, bukan sekadar menghasilkan hidrogen tetapi turut mengedar dan menjualnya. Kerjasama logistik dengan Tomoe Shokai dijangka membolehkan penghantaran di dalam Yamanashi dan ke Tokyo. Syarikat itu sedang mengkaji penggunaan tambahan di kemudahan lain, seperti Kilang Penyulingan Chita di Aichi dan Kilang Takasago di Hyogo.

Usaha ini menyusuli projek hidrogen yang dirancang berkaitan sebuah kilang penyulingan di United Kingdom tetapi tidak diteruskan, sekali gus mendorong sumber dialihkan kepada pelaksanaan di dalam negara. Di Jepun, persekitaran dasar dan perkongsian tempatan di Yamanashi menyediakan laluan jelas untuk membina, mengendalikan dan membuktikan keseluruhan rantaian nilai, daripada tenaga boleh baharu hingga kepada haba dan kuasa yang dijana menggunakan hidrogen.

Kerjasama JERA dan ujian kuasa bebas karbon 24 jam

Pada 22 November 2023, Wilayah Yamanashi menandatangani perjanjian asas dengan JERA, pengeluar kuasa terbesar Jepun berdasarkan bahagian penjanaan, untuk bekerjasama membangunkan rantaian nilai hidrogen serantau. JERA berhasrat menggabungkan sumber boleh baharu dengan kuasa terma sifar pelepasan yang menggunakan hidrogen dan ammonia, serta menjana kira-kira 30 peratus daripada bekalan elektrik negara. Kerjasama itu bertujuan memastikan pengeluaran dan bekalan elektrik bebas karbon serta bahan api berasaskan hidrogen yang stabil, dengan mengintegrasikan sistem P2G wilayah itu bersama rantaian nilai bahan api dan aset kuasa JERA. Maklumat umum tentang kerjasama itu boleh didapati di sini: penerangan kerjasama JERA.

Kemudahan penjanaan kuasa hidrogen baharu dirancang di Gunung Komekura, dengan ujian demonstrasi membekalkan elektrik kepada perniagaan tempatan. Sasarannya ialah membuktikan bekalan kuasa bebas karbon secara berterusan, dengan menggabungkan penjanaan suria dan turbin atau sel bahan api yang menggunakan hidrogen apabila matahari terbenam atau awan melitupi langit. Jika pendekatan ini berjaya pada skala wilayah, ia boleh menjadi pilihan bagi kilang yang memerlukan bekalan kuasa stabil sepanjang masa.

Daripada tenaga suria kepada penyimpanan: perkembangan hab Komekurayama

Pembangunan tenaga suria wilayah itu di Komekurayama bermula dengan perancangan pada awal 1990-an, ketika tapak tersebut dirancang untuk menarik syarikat. Selepas ekonomi gelembung merudum, kawasan itu menjadi tapak bagi jajaran panel suria berskala besar melalui kerjasama dengan Tokyo Electric Power Company. Langkah itu membuka jalan kepada fasa seterusnya. Menjelang 2021, wilayah tersebut melancarkan inisiatif P2G untuk menukarkan lebihan tenaga suria kepada hidrogen menggunakan elektrolisis air polimer pepejal. Sistem awal mencairkan hidrogen, menyimpannya di tapak dalam tangki khas dan menghantarnya menggunakan treler ke lokasi yang memerlukannya, seperti kedai yang menggunakan sel bahan api sebagai bekalan kuasa sokongan dan untuk menangani permintaan puncak.

Langkah seterusnya ialah memperluas sumber bekalan melangkaui satu sumber tenaga suria, dengan mengambil bekalan elektrik boleh baharu yang diperakui daripada campuran grid biasa, termasuk sumber hidro, angin dan geoterma. Apabila hidrogen dihasilkan mengikut permintaan di lokasi penggunaannya, keperluan penyimpanan boleh dikurangkan, kos pengangkutan menurun dan kos hidrogen hijau berpotensi menjadi lebih rendah. Jurutera di Yamanashi turut mengkaji aplikasi industri selain haba dan kuasa, seperti menggunakan hidrogen hijau bagi pembersihan dalam proses pembuatan semikonduktor sebagai ganti helium.

Pengguna hidrogen pada masa ini

Tapak Suntory di Hakushu ialah pelanggan utama di wilayah itu. Hidrogen dirancang untuk pensterilan haba dan sebagai projek perintis bagi penyulingan wiski menggunakan api secara langsung. Selain sektor minuman, sektor tayar mula menguji pengeluaran hidrogen di lokasi untuk haba proses serta gabungan haba dan kuasa, menandakan potensi pasaran industri yang lebih luas bagi gas tersebut.

Pengangkutan juga menunjukkan perkembangan pesat. Kerajaan pusat menyokong penggunaan sel bahan api untuk kenderaan berat, termasuk menyediakan pembiayaan kepada pengeluar kenderaan bagi meningkatkan kapasiti pengeluaran sel bahan api. Beberapa program menyasarkan trak berkuasa hidrogen yang boleh mengisi semula bahan api di depot pada waktu luar puncak, menggunakan hidrogen hijau yang dihasilkan ketika bekalan tenaga boleh baharu banyak. Usaha itu selari dengan komitmen Jepun untuk mencapai neutraliti karbon menjelang 2050 serta keperluan mengurangkan kebergantungan kepada bahan api fosil import.

Kos, manfaat dan kekangan

Elektrolisis menggunakan banyak tenaga. Penghasilan satu kilogram hidrogen lazimnya memerlukan kira-kira 50 hingga 55 kilowatt jam elektrik, selain tenaga tambahan untuk pemampatan atau pencairan. Elektroliser 16 megawatt yang beroperasi pada kuasa penuh sepanjang hari boleh menghasilkan kira-kira 7 hingga 8 tan metrik hidrogen. Pengeluaran sebenar bergantung pada tempoh operasi, masa penyelenggaraan dan jumlah elektrik boleh baharu yang tersedia. Strategi Yamanashi menggabungkan tenaga suria di lokasi, tenaga boleh baharu daripada grid dan penyimpanan supaya kilang boleh beroperasi ketika bekalan elektrik bersih dan murah.

Kos kekal sebagai cabaran utama. Di Jepun, harga elektrik borong dan caj grid boleh menjadi tinggi, sekali gus mengekang projek perintis hidrogen terdahulu. Penggunaan tenaga suria yang mungkin tidak disalurkan ke grid, atau pengalihan operasi ke waktu permintaan rendah, boleh mengurangkan kos bagi setiap kilogram. Peningkatan kecekapan elektroliser dan jumlah pengeluaran yang lebih besar juga membantu menurunkan harga dari semasa ke semasa.

Bekalan air dan keselamatan ialah dua isu praktikal. Elektrolisis menggunakan hampir sembilan liter air bagi setiap kilogram hidrogen yang dihasilkan, selain air tambahan untuk penulenan. Kawasan Hakushu terkenal dengan air bawah tanah berkualiti tinggi yang digunakan dalam minuman, sekali gus menekankan keperluan mengurus dan mengitar semula sumber itu dengan teliti. Pengendalian hidrogen memerlukan protokol ketat bagi pengudaraan, pengesanan kebocoran dan latihan. Kebimbangan masyarakat mungkin timbul berhubung sifat mudah terbakar hidrogen, seperti yang dilihat dalam perbahasan awam mengenai projek yang dicadangkan di luar negara. Oleh itu, libat urus masyarakat dan piawaian reka bentuk yang rapi amat penting.

Bolehkah model Yamanashi diperluas ke luar wilayah itu?

Rangka kerja yang sedang diuji di Yamanashi memang direka pada peringkat serantau. Ia menghubungkan sumber boleh baharu tempatan, elektrolisis, penyimpanan dan pengguna akhir melalui rantaian bekalan yang pendek. Fasa seterusnya merangkumi penghantaran ke Tokyo, yang akan menghubungkan pusat permintaan utama dengan hidrogen hijau yang dihasilkan di pergunungan di barat ibu negara. Kejayaan demonstrasi JERA bagi bekalan elektrik bebas karbon sepanjang masa juga akan memberikan industri contoh bagi mendapatkan bekalan kuasa yang boleh diharap tanpa bahan api fosil. Maklumat lanjut tentang kerjasama itu tersedia dalam penerangan projek JERA.

Usaha ini sudah menarik perhatian antarabangsa. Delegasi dari luar negara telah melawat hab penyelidikan dan projek perintis industri di Yamanashi, manakala beberapa wilayah sedang merancang untuk menubuhkan pusat kecemerlangan hidrogen hijau berdasarkan pengalaman Jepun. Lawatan tersebut merangkumi teknologi daripada kenderaan sel bahan api hingga makmal penyelidikan dan kilang pengeluaran di wilayah itu. Pemindahan pengetahuan ini, bersama sokongan dasar negara, menunjukkan bagaimana tapak uji tempatan boleh mempengaruhi projek yang jauh melangkaui sempadannya.

Perkara Penting

• Wilayah Yamanashi semakin muncul sebagai medan uji hidrogen hijau Jepun, dengan menghubungkan bekalan tenaga suria yang banyak kepada pengeluaran, penyimpanan dan penggunaan hidrogen dalam industri.
• Sistem Yamanashi Model Power to Gas menukarkan elektrik boleh baharu kepada hidrogen menggunakan elektrolisis air polimer pepejal, sekali gus menjadikan tenaga suria yang tidak menentu sebagai sumber tenaga fleksibel.
• Suntory dan wilayah itu sedang membina elektroliser berkapasiti 16 megawatt di Kilang Penyulingan Hakushu dan Kilang Air Hakushu Minami Alps, dengan operasi dijadualkan bermula pada 2025.
• Mulai 2027, Suntory berhasrat mengendalikan keseluruhan rantaian nilai hidrogen, termasuk pengedaran dan jualan tempatan di Yamanashi dan Tokyo melalui kerjasama logistik dengan Tomoe Shokai.
• JERA dan Yamanashi menandatangani kerjasama pada 2023 untuk membangunkan rantaian nilai hidrogen serantau dan menunjukkan bekalan kuasa bebas karbon sepanjang masa, dengan menggabungkan tenaga suria dan penjanaan berasaskan hidrogen.
• Komekurayama berfungsi sebagai hab penyelidikan dan pelaksanaan wilayah itu, berkembang daripada jajaran panel suria berskala besar kepada sistem P2G yang menghasilkan, menyimpan dan mengangkut hidrogen.
• Pengguna industri selain sektor minuman, termasuk pengeluar tayar, sedang menguji hidrogen hijau di lokasi untuk mengurangkan pelepasan daripada haba proses.
• Program nasional Jepun menyokong penggunaan hidrogen untuk kenderaan berat, dengan pembiayaan bagi meningkatkan pengeluaran sel bahan api serta cita-cita membangunkan trak berkuasa hidrogen.
• Elektroliser 16 megawatt boleh menghasilkan kira-kira 7 hingga 8 tan hidrogen sehari pada kuasa penuh, meskipun pengeluaran sebenar bergantung pada cara ia dikendalikan.
• Cabaran utama termasuk kos elektrik dan grid, penggunaan air, penyimpanan dan logistik serta amalan keselamatan yang kukuh dalam pengendalian hidrogen.
• Pendekatan Yamanashi direka untuk dilaksanakan pada peringkat serantau dan ditiru di tempat lain, dengan rancangan membekalkan hidrogen ke Tokyo serta minat yang semakin meningkat daripada delegasi antarabangsa yang mengkaji model tersebut.