Wodór – paliwo przyszłości? Rola “czystego” wodoru w procesie dekarbonizacji gospodarki

Konieczność transformacji w kierunku gospodarki zasobooszczędnej i neutralnej klimatycznie skłania państwa członkowskie do coraz to nowych poszukiwań alternatywnych, przyjaznych środowisku źródeł energii. Regularny wzrost znaczenia odnawialnych źródeł energii wynika nie tylko z troski o planetę, ale przede wszystkim z ambitnych celów osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2050 roku, narzuconych krajom UE przez Europejski Zielony Ład. Jednym ze sposobów wypełnienia celów klimatycznych ma być rozwój technologii produkcji i wykorzystania wodoru. 

Zapraszamy do lektury artykułu Polskiej Izby Przemysłu Chemicznego pt. “Zielony wodór. Chemiczna „cegiełka” dla transformacji energetycznej UE”. Tekst ukazał się w najnowszym numerze dwumiesięcznika Nowa Energia. 

Jakie znaczenie ma kolor wodoru?

Wodór, w zależności od źródła pochodzenia, sposobu wytwarzania oraz związanej z tym emisji C02, jest definiowany poprzez przypisanie mu różnych kolorów. Najbardziej pożądanym, z punktu widzenia polityki klimatycznej i ochrony środowiska jest zeroemisyjny wodór zielony, pozyskiwany z odnawialnych źródeł energii. Obecnie, najczęściej występującym wodorem na świecie jest wodór szary, otrzymywany w procesie reformingu metanu lub zgazowania węgla. Ze względu na to, że do jego produkcji wykorzystuje się paliwa kopalne, emisyjność szarego wodoru jest bardzo wysoka. Kolejnym rodzajem jest wodór niebieski, produkowany przy wykorzystaniu nieodnawialnych źródeł energii i surowców, z jednoczesnym zastosowaniem wychwytu C02. W najczęściej spotykanej klasyfikacji wyróżnia się także wodór różowy, purpurowy i czerwony. Do tej produkcji wykorzystuje się energię jądrową zasilającą proces elektrolizy wody. Jest to zeroemisyjny i jeden z najtańszych sposobów pozyskiwania wodoru, z którym w dalszej perspektywie wiązane są duże nadzieje.

Czym jest zielony wodór i jak go pozyskać?

Wodór może być użyty zarówno jako surowiec i paliwo, jak również nośnik czy magazyn energii . Co najważniejsze, jego wytwarzanie i stosowanie nie powoduje emisji CO2, a zanieczyszczenie powietrza jest minimalne. Tzw. zielony wodór powstaje na skutek elektrolizy wody przy wykorzystaniu energii odnawialnej. Metoda ta pozwala na zmianę energii elektrycznej w energię chemiczną paliwa. Cały proces następuje w urządzeniach zwanych elektrolizerami, których łączna moc w UE do 2024 r. ma wynosić co najmniej 6 GW i pozwalać na produkcję ok. 1 mln t wodoru rocznie. Proces wytwarzania zielonego wodoru może zachodzić również poprzez procesy biologiczne (m.in. biofotolizę, ciemną fermentację, fotofermentację), a także reforming parowy i pirolizę biometanu . Atrakcyjność zielonego wodoru” wynika przede wszystkim z faktu, że jest to czysta, przenośna, pochodząca w 100% z odnawialnych źródeł – energia. Jedynym emitowanym przy produkcji zielonego wodoru odpadem jest woda. Do jego wytworzenia wykorzystuje się niewyczerpujące się zasoby naturalne jak wiatr czy energia słoneczna, a jego lekkość sprawia, że zbiorniki z wodorem są łatwe w obsłudze. Zielony wodór znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu. Stanowi dużą nadzieję dla branży chemicznej, transportowej, rafineryjnej, stalowej oraz energetycznej.

Zielony wodór szansą na dekarbonizację energetyki?

Zgodnie z raportem Międzynarodowej Agencji Energii, zatytułowanym World Energy Outlook 2023, do 2030 roku sektor energetyczny ma przejść znaczącą transformację, a wydatki państw na inwestycje związane z czystą energią, powinny potroić się w stosunku do roku 2022. Wodór już dziś nazywany jest „paliwem przyszłości” i wiąże się z nim duże nadzieje na odejście od paliw kopalnych. Szacuje się, że w ciągu najbliższych pięciu lat liczba projektów dotyczących czystego wodoru na świecie podwoi się i osiągnie dodatkowe 48 GW. Już teraz trwają prace nad 326 projektami dotyczącymi czystego wodoru, z czego 310 skupionych jest na zielonym wodorze. Choć wodór jest jednym z kluczowych elementów w planie Unii Europejskiej w zakresie osiągnięcia neutralności klimatycznej, to jednak wysokie koszty i brak wsparcia ze strony rządów hamują rozwój inwestycji w tym zakresie. W opublikowanym niedawno raporcie Międzynarodowej Agencji Energii Global Hydrogen Review 2023, stwierdzono, że przed globalnym rynkiem wodoru stoją wyzwania, którym należy sprostać w stosunkowo krótkim czasie. Potencjalna roczna produkcja niskoemisyjnego wodoru może wzrosnąć do 38 Mt w 2030 r., pod warunkiem, że wszystkie zgłoszone do tej pory projekty zostaną zrealizowane. To wymaga jednak dużego wsparcia finansowego dla inwestorów . Rosnące koszty inwestycji i sprzętu coraz bardziej zagrażają realizacji projektów wodorowych. Wysoka inflacja, gwałtownie wzrastające ceny energii elektrycznej, a także zakłócenia łańcucha dostaw spowodowane przedłużającą się wojną na Ukrainie oraz eskalacją konfliktu na Bliskim Wschodzie, powodują impas na rynku zielonego wodoru. Wzrost kosztów kapitału o 3% może spowodować zwiększenie kosztów całego przedsięwzięcia aż o 1/3 (a w przypadku niektórych projektów nawet o 50%); to z kolei może doprowadzić do nieopłacalności inwestycji. Zagrożenie dla rozwoju technologii zielonego wodoru stanowi także nieuczciwa konkurencja pozaeuropejska, w szczególności chińska. W 2022 roku Chiny odpowiadały za produkcję 30% światowej mocy elektrolizerów. W 2023 roku natomiast, Państwo Środka pobiło rekord, uruchamiając instalację o mocy 260 MW .

Zachęcamy do lektury całego artykułu. Tekst dostępny jest na łamach czasopisma Nowa Energia, nr 1(92)/2024.