Wodór – przyszłość energii odnawialnej?

Wodór jest najobficiej występującym pierwiastkiem chemicznym w przyrodzie. Jak zauważyła Międzynarodowa Agencja Energetyczna, światowe zapotrzebowanie na wodór do wykorzystania jako paliwo potroiło się od 1975 r. i osiągnęło 70 mln ton w 2018 r. Ponadto, zielony wodór jest źródłem czystej energii, które emituje jedynie parę wodną. Tym samym nie pozostawia szkodliwych substancji w powietrzu, w przeciwieństwie do węgla i ropy.

Energia słoneczna i wiatrowa już udowadniają, że mogą zastąpić paliwa kopalne jako główne źródło naszej energii elektrycznej. To, czego nie mogą (jeszcze) zrobić, to zapewnić paliwo na wystarczającą skalę, aby obniżyć emisyjność sektora transportu. 

Wykorzystywanie energetyki wiatrowej i PV do produkcji zielonego wodoru stanowi szansę na realizację założeń polityki energetyczno-klimatycznej UE w Polsce – wiceminister klimatu i środowiska Ireneusz Zyska.

Wodór paliwo przyszłości? 

Postawiony przez Unię Europejską cel osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2050 roku oznacza, że musimy zmienić sposób pozyskiwania energii. Ważną rolę w tym procesie odegra energia słoneczna, wiatrowa oraz produkowany z wykorzystaniem OZE wodór.

Wodór oraz biometan mogą zastąpić paliwa kopalne, węgiel, ropę czy gaz ziemny w sektorach, które są szczególnie narażone na stale rosnące ceny emisji dwutlenku węgla. Mogą one także przyczynić się w znacznym stopniu do budowania gospodarki odpornej na energetyczny kryzys i pozwolić na uniezależnienie się od importu surowców takich jak gaz ziemny i ropa.

Po co nam wodór?

Wodór jest częstym elementem dyskusji na temat klimatu w sektorach trudnych do dekarbonizacji, takich jak transport ciężarowy, samoloty i magazyn energii elektrycznej. Spalany zielony wodór wytwarza energię w postaci ciepła, a produktem ubocznym jest woda. Oznacza to, że energia wytworzona z wodoru nie generuje ocieplającego atmosferę CO2. To czyni go jednym z wielu potencjalnych źródeł energii, które mogą pomóc w zmniejszeniu emisji dwutlenku węgla i spowolnieniu globalnego ocieplenia.

Główne zastosowania wodoru to:

• Ogniwa paliwowe
• Paliwa syntetyczne
• Wytwarzanie energii
• Amoniak/nawóz
• Metale
• Chemikalia
• Ogrzewanie
• Magazynowanie energii

Z czego powstaje wodór?

Wytwarzanie wodoru wymaga energii, ponieważ atomy wodoru nie istnieją samodzielnie — prawie zawsze są przyczepione do innego atomu, często innego pierwiastka. (Na Ziemi wodór występuje szczególnie obficie w postaci wody lub H2O). Stworzenie czystego wodoru wymaga zerwania tych wiązań molekularnych.

Wodór w energetyce

W branży energetycznej ludzie odnoszą się do wodoru za pomocą szeregu kolorów, jako skrótu opisującego sposób jego powstania. Na tej podstawie wyróżniamy wodór:

Powstający na bazie paliw kopalnych:

• Szary – powstaje w procesie reformingu parowego gazu ziemnego lub gazyfikacji węgla. Przy jego produkcji do środowiska uwalniane są gazy cieplarniane.
• Niebieski – wytwarzany jak wodór szary, jednak dwutlenek węgla jest wychwytywany w procesie wytwarzania.
• Turkusowy – powstaje z wykorzystaniem gazu w procesie pirolizy bez emisji dwutlenku węgla.

Powstający na bazie odnawialnych źródeł energii:

• Zielony – w wyniku elektrolizy woda rozbija się na cząsteczki wodoru i tlenu.

Jednym z możliwych sposobów wytwarzania wodoru jest proces zwany elektrolizą, w którym energia elektryczna jest przepuszczana przez substancję, aby wymusić zmianę chemiczną — w tym przypadku rozszczepienie H2O na wodór i tlen. Zielony wodór powstaje wtedy, gdy energia wykorzystywana do zasilania elektrolizy pochodzi ze źródeł odnawialnych, takich jak wiatr, woda czy energia słoneczna.

Jak można wykorzystać zielony wodór?

Wodór można wykorzystać na dwa sposoby. Może być spalany w celu wytworzenia ciepła lub podawany do ogniwa paliwowego w celu wytworzenia energii elektrycznej.

Kilka potencjalnych zastosowań wodoru:

• Wodorowe samochody i ciężarówki zasilane ogniwami paliwowymi
• Kontenerowce napędzane ciekłym amoniakiem wytwarzanym z wodoru
• Rafinerie spalające wodór jako źródło ciepła zamiast węgla
• Turbiny elektryczne zasilane wodorem, które mogą wytwarzać energię elektryczną w okresach szczytowego zapotrzebowania, aby wzmocnić sieć energetyczną
• Jako zamiennik gazu ziemnego do gotowania i ogrzewania w domach.

Zalety i wady zielonego wodoru

To źródło energii ma wady i zalety, o których musimy wiedzieć. Przyjrzyjmy się niektórym z jego najważniejszych zalet:

• Ekologiczny wodór nie emituje szkodliwych gazów ani podczas spalania, ani podczas produkcji, 
• Jest łatwy do przechowywania, co pozwala na jego późniejsze wykorzystanie do innych celów iw czasie innym niż bezpośrednio po jego wytworzeniu. Jak każdy gaz, wodór można sprężać i przechowywać w zbiornikach, a następnie wykorzystać w razie potrzeby. Jednak objętość wodoru jest znacznie większa niż innych węglowodorów, prawie cztery razy więcej niż gazu ziemnego.
• Zielony wodór można przekształcić w energię elektryczną lub gaz syntetyczny i wykorzystać do celów domowych, komercyjnych, przemysłowych lub mobilnych.
• Można go mieszać z gazem ziemnym w proporcjach do 20% i transportować tymi samymi rurami gazowymi i infrastrukturą – zwiększenie tego odsetka wymagałoby zmiany różnych elementów w istniejących sieciach gazowych, aby były kompatybilne.

Zielony wodór ma również negatywne aspekty , o których należy pamiętać:

• Energia ze źródeł odnawialnych, które są kluczowe w wytwarzaniu zielonego wodoru poprzez elektrolizę, jest droższa w produkcji, co z kolei powoduje, że wodór jest droższy w pozyskiwaniu.
• Produkcja wodoru ogólnie, a zielonego wodoru w szczególności wymaga więcej energii niż inne paliwa.
• Wodór jest wysoce lotnym i łatwopalnym pierwiastkiem, dlatego wymagane są szeroko zakrojone środki bezpieczeństwa.

Wytworzenie wodoru i przekształcenie go w użyteczny format wymaga energii — a ta energia niekoniecznie jest odnawialna. Proces ten jest również nieefektywny i kosztowny w porównaniu z innymi formami energii odnawialnej. 

Wodór w Polsce

Według opublikowanego w ubiegłym roku raportu „Zielony wodór z OZE w Polsce”, zapotrzebowanie na ten pierwiastek wzrośnie o 30%. W Polsce jesteśmy na początku drogi w wykorzystywaniu technologii do produkcji wodoru i zielonych gazów. 

Na rozwój energetyki wodorowej ma zostać przeznaczonych kilkanaście miliardów złotych. NFOŚiGW już uruchomił program 600 mln zł „Nowa energia” przeznaczone na rozwój gospodarki wodorowej.  

Jak mówi  Bogusław Regulski, wiceprezes Izby Gospodarczej Ciepłownictwo Polskie: 

Wytworzenie zielonego wodoru i wykorzystanie go w ciepłownictwie systemowym wymaga rozwoju technologii i stworzenia specjalnej infrastruktury. Pojawia się wiele kwestii technicznych do wyjaśnienia, np. w jaki sposób wodór produkować efektywnie, czy i jak można wodór wtłaczać do sieci gazowej, czy trzeba tworzyć wydzielone systemy, czy obecne technologie spalania paliw gazowych sprostają wyzwaniom „wodorowym” czy też  konieczna jest całkowita ich zmiana. Transformacja wodorowa to proces rozłożony na etapy.

Energia z OZE – szansą na bezpieczeństwo energetyczne Polski 

Od kilku lat jesteśmy bombardowani szalejącymi cenami energii. W ostatnim czasie wzrosło także zagrożenie bezpieczeństwa dostaw w związku z sytuacją geopolityczną za naszą wschodnią granicą. 

Budowanie niezależności energetycznej jest dziś dla nas wszystkim priorytetem. Dołącz do transformacji z Columbus!

Szukasz pracy w branży OZE? Dołącz do nas. Zapraszamy na profil Columbus Elite na Facebooku!