Japānā govju mēsli tiek uzlūkoti kā potenciāli tīra nākotnes degviela, kas darbinās automašīnas un traktorus.
Hokaido ir otrā lielākā Japānā, kas veido 20% no valsts sauszemes. Tā ir arī mājvieta vairāk nekā miljonam govju, kas ražo vairāk nekā pusi no valsts piena un piena produktu.
Kāda ferma Hokaido pārvērš lopu kūtsmēslus par ūdeņradi. Kad tas tiek sadedzināts, ūdeņradis neizdala oglekli, padarot to par pievilcīgu alternatīvu fosilajam kurināmajam. Pastāv plašas cerības, ka nākotnē to varētu izmantot kā ilgtspējīgu kurināmo māju apsildīšanai un automašīnu, vilcienu, lidmašīnu un kuģu darbināšanai.
Taču mūsdienās visizplatītākais ūdeņraža iegūšanas veids ir metāna izmantošana – fosilais kurināmais, kas tiek izvadīts no dziļi pazemes, kas nozīmē, ka tas joprojām ir saistīts ar ievērojamām oglekļa emisijām. Ūdeņradi var ražot arī, sadalot ūdeni, izmantojot elektrību, taču tas var būt dārgi un rada zemu oglekļa emisiju tikai tad, ja tiek izmantoti atjaunojamie elektroenerģijas avoti.
Tomēr Shikaoi ūdeņraža ferma izmanto citu avotu – atkritumu produktu, kuru Hokaido netrūkst. Hokaido ik gadu tiek saražoti aptuveni 20 miljoni tonnu govju kūtsmēslu. Ja tie netiek pareizi apstrādāti, tas var radīt ievērojamas metāna emisijas, kā arī ietekmēt ūdens kvalitāti, ja tie var noplūst strautos un upēs. Vai tā vietā tos var izmantot kā ilgtspējīgas enerģijas avotu.
“Šis projekts ūdeņraža ražošanai no kūtsmēsliem radās Japānā un ir unikāls šai vietai,” saka Maiko Abe no Air Water, kas ir viens no vairākiem uzņēmumiem, kas iesaistīti ūdeņraža fermas projektā. “Šikaoi veido 30% no Hokaido govju atkritumiem un urīna, tāpēc tai ir liels atjaunojamās enerģijas potenciāls.”
Projektu 2015. gadā uzsāka Japānas Vides ministrija, un tā mērķis ir lauksaimniecības blakusproduktus pārveidot par ūdeņradi, lai aprites ekonomikā apgādātu vietējo lauku kopienu. Govju ekskrementi un urīns tiek savākti no vietējām piena lopkopības fermām, pirms tie tiek ievadīti anaerobajā bioreaktorā centrālajā iekārtā. Šeit baktērijas sadala organiskos atkritumus, lai iegūtu biogāzi un šķidro mēslojumu. Pēc tam biogāze tiek attīrīta metānā, ko izmanto ūdeņraža ražošanai.
Tagad rūpnīcas ūdeņraža ražošanas jauda ir 70 kubikmetri (18 500 galoni), un uz vietas ir degvielas uzpildes stacija, kas dienā var uzpildīt aptuveni 28 transportlīdzekļus, kas aprīkoti ar ūdeņraža degvielas šūnām, saka Abe.
Rūpnīcas degvielas uzpildes stacija ir īpaši izstrādāta, lai tajā varētu novietot lauksaimniecības transportlīdzekļus, piemēram, traktorus un autoiekrāvējus. Šos lauksaimniecības transportlīdzekļus ir grūti elektrificēt ar akumulatoriem to izmēra un veiktā darba veida dēļ. Ar ūdeņradi darbināmi transportlīdzekļi tiek izmantoti ap fermu objektiem, samazinot emisijas, kas citādi radītos, izmantojot citus degvielas avotus.
No liellopiem iegūtais ūdeņradis tiek glabāts arī tvertnēs, kuras tiek transportētas, lai nodrošinātu elektroenerģiju un siltumu citām apkārtnes iekārtām, tostarp vietējai stores zivjaudzētavai un tuvējam Obihiro zoodārzam.
Bet ūdeņradis nav bez problēmām. Tas ir jāuzglabā augstspiediena tvertnēs kā gāze, un tā zemās molekulmasas dēļ var būt pakļauta noplūdei. Tas var arī sabojāt metāla uzglabāšanas konteinerus, atstājot tos trauslus, tāpēc, rīkojoties ar tiem, ir jāveic papildu drošības pasākumi.
Ūdeņradi var uzglabāt arī kā šķidrumu, atdzesējot to līdz kriogēnai temperatūrai, kas zemāka par –253°C (-423F), taču tas var būt energoietilpīgs un prasa lielu papildu infrastruktūras apjomu.
Vienkārši sakot, ūdeņradis kā visvieglākā gāze Visumā aizņem vairāk vietas kilogramu uz kilogramu nekā benzīns. Tas nozīmē, ka ūdeņradim ir nepieciešams daudz vairāk uzglabāšanas vietas salīdzinājumā ar fosilo kurināmo, piemēram, benzīnu, dīzeļdegvielu. Tas nozīmē arī to, ka tā ražošanai un uzglabāšanai plašā mērogā var būt nepieciešams liels enerģijas un infrastruktūras daudzums.
Taču bez šiem šķēršļiem ūdeņraža fermas projekts Hokaido saskaras arī ar citām problēmām, kas raksturīgas Japānas ziemeļu klimatam.
Hokaido ziemas zem nulles līmeņa nozīmē, ka ir nepieciešamas jaunas tehnoloģijas, lai stabili ražotu ūdeņradi bez neliela ūdens tvaiku daudzuma metāna sasalšanas procesā.
Pašlaik ūdeņraža ražošanai un uzglabāšanai nepieciešamā elektroenerģija nāk no valsts elektrotīkla. Taču Abe saka, ka ir potenciāls pāriet uz zaļo enerģiju, ņemot vērā Hokaido daudzsološo jūras, vēja un ģeotermālo potenciālu, tādējādi samazinot šīs elektroenerģijas oglekļa emisijas.
Tomēr joprojām pastāv citi izaicinājumi. Ūdeņraža augstās izmaksas salīdzinājumā ar fosilo kurināmo un zemais pieprasījums nozīmē, ka darbības paplašināšana ir sarežģīta.
Lai veicinātu ūdeņraža transportlīdzekļu ieviešanu šajā reģionā, rūpnīca subsidē ūdeņraža cenas, kas atbilst benzīna izmaksām. Ūdeņraža degvielas uzpildes stacijas tiek veidotas arī lielākajās Hokaido pilsētās, piemēram, Saporo un Murorānā.
Tomēr, tā kā mērogs joprojām ir neliels un ražošanas izmaksas ir augstas, atliek noskaidrot, cik plaši šī nozare var būt. Ir arī citi veidi, kā ražot degvielu no govju atkritumiem, piemēram, vienkārši izmantojot no kūtsmēsliem iegūto biogāzi kā degvielu, nepārvēršot to par ūdeņradi.
Japāna ir pasaules līderis ūdeņraža transportlīdzekļu ražošanā un ir ieguldījusi ievērojamus līdzekļus šīs tehnoloģijas attīstībā. Taču pagaidām ar akumulatoru darbināmi elektriskie transportlīdzekļi joprojām ir lētāki nekā ar ūdeņradi darbināmi.
Lai gan maz ticams, ka tikai govju kūtsmēsli vien kādreiz apmierinās Japānas pieprasījumu pēc ūdeņraža, tas varētu sniegt ievērojamu ieguldījumu, un Shikaoi veido aprites ekonomikas modeli, kas, cerams, parādīs, kā izmaksas var samazināties līdz ar apjomradītiem ietaupījumiem.