Zielony wodór – paliwo przyszłości?!

Do tematów kryzysowych należą także elektrownie węglowe, oszczędzanie energii, grzechy przemysłu motoryzacyjnego i walka z zanieczyszczonym powietrzem. Zanieczyszczone powietrze… najczęściej mówimy teraz o smogu, jego wpływie na nasze zdrowie i proponowanych rozwiązaniach, dzięki którym smog przestaje dziś, lub przestanie jutro unosić się nad naszymi głowami. Szczegółowo analizujemy zapisy Zielonego Nowego Ładu – najważniejszego w ostatnich dekadach projektu ekologicznego w Europie. Pytamy, czy dzięki niemu droga od gospodarki opartej na węglu do gospodarki z większym udziałem odnawialnych źródeł energii rzeczywiście będzie szybsza? Czy wiatraki i panele fotowoltaiczne stanowią receptę na lepszy, zdrowszy świat, w którym będziemy mogli oddychać pełną piersią?

Energia z wodoru?

Jesteśmy świadkami, gdy kolejne kraje i kolejne koncerny dołączają do wyścigu po nowe paliwo – po wodór. Wielka Brytania wodorem zaczyna ogrzewać domy, w Niemczech na tory wyjeżdżają pociągi na wodór, w Holandii powstała pierwsza Europejska Dolina Wodorowa.

Polski rząd także zapowiada udział w tym „technologicznym, strategicznym wyścigu” i nawet informuje, że opracował własną strategię wodorową.

– Znajdujemy się w historycznym momencie tworzenia nowej gałęzi gospodarki – mówił w styczniu 2019 r. minister klimatu i środowiska Michał Kurtyka, oficjalnie przekazując do konsultacji publicznych projekt tzw. Polskiej Strategii Wodorowej. Dokument przedstawiający założenia niskoemisyjnej gospodarki wodorowej do roku 2030 (z perspektywą do 2040 r.) odnosi się do trzech sektorów wykorzystania wodoru: energetyki, transportu i przemysłu, a także do jego produkcji, dystrybucji oraz koniecznych zmian prawnych.

Wróćmy do Wielkiej Brytanii: „...650 gospodarstw domowych w angielskiej miejscowości Winlaton wykorzysta wodór do ogrzewania domów. Wodór będzie tam przesyłany istniejącą infrastrukturą gazową...”.

Informacja ta bardzo zaciekawiła moją znajomą chemiczkę. Uważa, że to wielce, najdelikatniej mówiąc, ambitny projekt. Dlaczego? Otóż:

• cząsteczka wodoru H₂ jest wielokrotnie mniejsza niż cząsteczka metanu CH₄. Zbiornik czy rurociąg bezpieczny dla metanu nie musi być wystarczająco szczelny dla wodoru;
• wodór jest aktywny chemicznie. Reaguje z wieloma materiałami, z którymi metan nie reaguje. Potrafi nawet „wypłukiwać” węgiel ze stali, powodując jej tzw. korozję wodorową;
• do spalenia jednego litra wodoru (w fazie gazowej) potrzeba 0,5 litra tlenu. Do spalenia jednego litra metanu – 2 litry tlenu. Mniej więcej w takich proporcjach kształtuje się wydajność energetyczna. Z tego wynika, ostrożnie licząc, że aby dostarczyć taką samą ilość ciepła, trzeba będzie przesłać 3–4 razy więcej gazu. Tymi samymi rurami?! Czyli trzeba podwyższyć ciśnienie, itd.;
• skoro przy przejściu z LPG na gaz ziemny trzeba zmieniać piece, a przynajmniej palniki w piecach, to przy przejściu na wodór najpewniej też.
• dalej: „czysty” wodór to ten, który jest produkowany przez elektrolizę wody prądem pochodzącym ze źródeł zeroemisyjnych (wiatr, fotowoltaika). Znajoma chemiczka zastanawia się, czy nie taniej byłoby zbudować elektrownie zasilane takim czystym wodorem, a do domów przesyłać prąd, który mógłby również napędzać pompy ciepła, co dodatkowo poprawiłoby wskaźniki. Jej zdaniem, właśnie taki eksperyment mógłby pokazać, jak wyglądają koszty jednej i drugiej opcji w praktyce.

Idźmy dalej. We Francji 80% energii elektrycznej produkuje się obecnie w elektrowniach atomowych, które łatwo mogą wyrównać nierówności w produkcji prądu przez wiatr i słońce, mogą również produkować „czysty” (z punktu widzenia emisji CO2) wodór. W takich warunkach zastosowanie wodoru w transporcie może dać dobre rezultaty. W Niemczech natomiast, gdzie eko aktywiści zafascynowani rosyjskim gazem doprowadzili do zamknięcia elektrowni atomowych, będzie trudniej. W Polsce jest jeszcze gorzej, bo lobby antyatomowe nakłada się dodatkowo na lobby węglowe.

Komisja Europejska pod hasłem Zielonego Ładu chce wstrzymać wsparcie dla nowej infrastruktury gazowej. Oznacza to, że Polska nie dostanie wsparcia na kolejny gazoport (k. Gdańska). Komisja Europejska podjęła decyzję, aby zmienić zasady wsparcia dla transeuropejskich sieci energetycznych (TEN-E), aby w ten sposób przyczynić się do zwiększonej redukcji emisji CO2 do 2030 r. oraz osiągnięcia neutralności klimatycznej przez UE w 2050 r.

Szefowie rządów państw UE w zeszłym roku na szczycie podjęli decyzję o redukcji do 2030 r. emisji CO2 o 55 proc. w stosunku do 1990 r. Wcześniej UE planowała w tym okresie zmniejszyć emisje CO2 o 40 proc. – Nadszedł obecnie czas, by inwestować w infrastrukturę energetyczną przyszłości. Zmienione przepisy dotyczące TEN-E umożliwią włączenie do naszego systemu energetycznego czystych technologii, w tym morskich farm wiatrowych oraz wodoru. Aby osiągnąć cel Zielonego Ładu, jakim jest neutralność klimatyczna do 2050 r., musimy dokonać teraz aktualizacji i modernizacji – stwierdził Frans Timmermans, wiceprzewodniczący KE ds. Europejskiego Zielonego Ładu.

To złoty środek?

Czy zielony wodór to złoty środek na dekarbonizację? Jeszcze kilka lat temu koncepcja rozwoju zielonego wodoru miała tyle samo zwolenników, co przeciwników. Dziś jest złotym środkiem na dekarbonizację przemysłu, energetyki, transportu i budownictwa. Złotym środkiem, który ma zastąpić gaz ziemny. Postrzeganie wodoru zaczęło się zmieniać wraz z rozwojem odnawialnych źródeł energii (OZE), które dają szansę na produkcję tzw. zielonego wodoru.

Komisja Europejska rozpoczęła prace nad wodorową strategią, która ma wyznaczyć kierunki rozwoju gospodarki wodorowej. Niskoemisyjny wodór ma znaleźć zastosowanie w chemii oraz w branży rafineryjnej i petrochemicznej. Ponadto, będzie wykorzystywany w produkcji stali oraz cementu. Istotna będzie także sama metoda produkcji tego paliwa, co jest jednym z głównych tematów dyskusji nad przyszłością gospodarki wodorowej. Nie ulega wątpliwości, że jej rozwój i rola w procesie osiągnięcia neutralności energetycznej przez Unię Europejską będzie zależała zarówno od kosztów produkcji, jak i metody otrzymywania.

Zielony wodór i niebieski wodór

Dziś wyprodukowanie wodoru jest stosunkowo drogie. To koronny kontrargument jego sceptyków. Produkcja z wykorzystaniem paliw kopalnych generuje dwutlenek węgla, dlatego naukowcy twierdzą, że ważną rolę w gospodarce wodorowej będzie odgrywał:

• niebieski wodór, uzyskiwany w procesie tzw. reformingu parowego z gazu ziemnego, połączony z technologią wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS), oraz tenże
• zielony wodór, uzyskiwany w procesie elektrolizy. Woda jest rozkładana na wodór i tlen za pomocą energii elektrycznej wytwarzanej z OZE.

Analitycy przewidują, że zielony wodór będzie konkurencyjny dla niebieskiego dopiero ok. 2040 roku. Dlatego tak istotne jest wsparcie rozwoju tej technologii.

Zielony wodór i jego wady

Dzisiaj największe wady produkcji zielonego wodoru to jej koszt i energochłonność. Dlatego elektroliza w większej skali powinna być rozwijana wraz z usługami magazynowania wodoru oraz produkcją energii z OZE, w celu zmniejszenia kosztów operacyjnych.

Optymalny kosztowo będzie także transport dużych ilości H2 istniejącymi lub nowo wybudowanymi gazociągami. W lipcu ub.r. grupa dwunastu przedsiębiorstw infrastruktury gazowej z UE (Enagás, Energinet, Fluxys Belgium, Gasunie, GRTgaz, NET4GAS, OGE, ONTRAS, Snam, Swedegas – Nordion Energi, Teréga, Guidehouse) przedstawiła plan rozwoju sieci rurociągów do transportu wodoru o łącznej długości 23 tysięcy km. Warto dodać, że możliwość tłoczenia wodoru istniejącą infrastrukturą do przesyłu gazu bada również polski operator Gaz-System.

Zielony wodór, a plany europejskie

W celu osiągnięcia neutralności energetycznej do 2050 roku Europa musi przejść przez transformację sektora energetycznego, który odpowiada za ok. 75 proc. emisji gazów cieplarnianych w UE. W realizacji tego celu ma pomóc strategia na rzecz integracji systemu energetycznego oraz właśnie strategia wodorowa.

– 75 proc. emisji gazów cieplarnianych w UE pochodzi z procesów produkcji energii, więc by osiągnąć cele wyznaczone na 2030 i 2050 r. potrzebujemy zmiany paradygmatu. System energetyczny UE musi zostać lepiej zintegrowany, musi być bardziej elastyczny i zdolny do stosowania najbardziej ekologicznych i najbardziej opłacalnych rozwiązań. Kluczową rolę w tym zakresie odegra wodór, ponieważ spadające ceny energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych i ciągłe innowacje powodują, że jest najbardziej opłacalnym rozwiązaniem przy budowie gospodarki neutralnej dla klimatu – wyjaśniała Komisarz ds. energii Kadri Simson.

W założeniu tej strategii wodór ma być źródłem energii dla sektorów, których elektryfikacja jest problematyczna. Po drugie, wodór może zrównoważyć funkcjonowanie odnawialnych źródeł energii, mocno zależnych od pogody. Po trzecie, niskoemisyjne technologie wodorowe są potrzebne do szybkiej redukcji emisji w perspektywie krótko- i średnioterminowej. Strategia wodorowa UE zakłada instalację w latach 2020–2024 elektrolizerów zasilanych energią z OZE o łącznej mocy co najmniej 6 GW, które będą zdolne wyprodukować ok. miliona ton zielonego wodoru. W latach 2025–2030 moc elektrolizerów ma osiągnąć 40 GW umożliwiając produkcję wodoru na poziomie do 10 mln ton. Po 2030 roku technologie produkcji zielonego wodoru powinny być już rozwinięte na tyle, by mogły być wdrażane na dużą skalę praktycznie we wszystkich sektorach gospodarki.

Strategia wodorowa w Polsce

W Polsce można także dostrzec starania na rzecz wykorzystania w gospodarce wodoru, w tym zielonego. Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo (PGNiG) przedstawiło w 2020 r. polską strategię wodorową. W ramach programu polski gigant gazowy rozpoczął badania nad możliwością magazynowania i transportu wodoru przy wykorzystaniu sieci gazu ziemnego. W ramach projektu o nazwie InGrid (Power to Gas) w oddziale spółki w Odolanowie powstanie instalacja, w której w 2022 roku ma się rozpocząć produkcja „zielonego wodoru”. PGNiG chce w tym celu wykorzystać energię elektryczną wytwarzaną przez panele fotowoltaiczne.

Stopniowo powstają też pierwsze dokumenty i regulacje, dotyczące sektora wodoru. Przypomnijmy, minister klimatu i środowiska Michał Kurtyka poinformował już w lipcu ub.r. o rozpoczęciu prac nad polską strategią wodorową, której celem jest „stworzenie łańcucha wartości dla niskoemisyjnych technologii wodorowych, wzmocnienie roli wodoru w bilansie energetycznym Polski, wdrożenie wodoru jako paliwa transportowego oraz przygotowanie regulacji dla rozwoju paliwa przyszłości w Polsce”. Założenia bardzo ambitne!

W tym samym czasie podpisano także list intencyjny o ustanowieniu partnerstwa na rzecz budowy gospodarki wodorowej i zawarcia sektorowego porozumienia wodorowego. Sygnatariuszami dokumentu byli minister klimatu oraz Stowarzyszenie Polski Wodór. Jak czytamy w liście, sygnatariusze uznają, że „rozwój technologii wodorowych jest jednym z kluczowych elementów umożliwiających przeprowadzenie procesu transformacji gospodarki w kierunku nisko- i zeroemisyjnym.

Wykorzystanie krajowego potencjału naukowo-badawczego i gospodarczego przyczyni się do rozwoju nowych kompetencji, budowy nowych sektorów gospodarki, a także do wzmocnienia konkurencyjności polskich firm na rynkach międzynarodowych”.

Według doniesień medialnych, 28 sierpnia 2020 r. zainaugurowano nawet działalność Międzyresortowego Zespołu ds. Gospodarki Wodorowej, którego koordynatorem został nowo powołany pełnomocnik rządu ds. gospodarki wodorowej, jednocześnie szef gabinetu politycznego premiera Krzysztof Kubów. – Wodór to „biała plama”, daje to możliwości skorzystania na dzień dobry z tego, co mamy dzisiaj na rynku. Dla Polski to ogromna szansa, abyśmy nadgonili czas względem Europy Zachodniej. Chcemy do tego podejść odpowiedzialnie i mamy świadomość, że czeka nas dużo ciężkiej pracy. Będzie to kolejny filar polskiej gospodarki, który przyniesie ogromne profity – powiedział na dzień dobry K. Kubów.

Paliwo przyszłości bez przyszłości?

Na zakończenie kubełek zimnej wody! Polska należy do największych producentów wodoru w Europie, ale wodoru jako paliwa w Polsce wciąż nie da się praktycznie kupić. Ministerstwo Klimatu chce rozdać (przepraszam: przeznaczyć) 300 mln zł na projekty związane z wykorzystaniem wodoru w naszym transporcie drogowym, kolejowym i wodnym. Jednak wśród ekspertów mnożą się wątpliwości, czy „rzeczywiście zastosowanie wodoru jako nośnika energii ma sens i uzasadnienie”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!