Zasoby wodne kluczowe przy produkcji zielonego wodoru – jak Kanada dąży do zeroemisyjności? 

Ogólnoświatowa walka z dwutlenkiem węgla trwa i cały czas posuwa się naprzód za pośrednictwem coraz to nowszych inwestycji w transformacje energetyczne wielu państw. Tym razem swoje plany ogłosiła Kanada, a dokładniej prowincja Quebec, czyli największa i zaraz po Ontario najbardziej zaludniona prowincja w kraju. To właśnie tam, w regionie Mauricie, ma powstać elektrolizer do produkcji zielonego wodoru oraz elektrownia słoneczno-wiatrowa, której zadaniem będzie zapewnienie energii elektrycznej potrzebnej do zasilenia elektrolizera. Całością zajmie się spółka TESCanada H2, której celem jest doprowadzenie do zeroemisyjności sektora energetycznego prowincji Quebec, której większość energii elektrycznej już w tej chwili jest pozyskiwana ze źródeł odnawialnych. 

Quebec znajduje się na bardzo rozległym terenie, którego uformowanie jest surowe, mocno pofałdowane i poprzecinane tysiącami cieków wodnych. Z tego powodu większość powierzchni pozostaje niezamieszkana, a cała ludność koncentruje się Nizinie Lauretyńskiej, która rozciąga się wzdłuż rzeki Świętego Wawrzyńca. To właśnie rzeka stanowi w tym rejonie główne źródło energii, ponieważ znajdują się tam aż 4 potężne elektrownie wodne. Region jest więc głównie zasilany przy pomocy OZE, choć nie całkowicie. 

Trudności związane z rzeźbą terenu

Tamtejsza charakterystyka terenu nie ułatwia zaopatrywania wszystkich mieszkańców w energię elektryczną oraz często wymusza dostarczanie pewnych surowców drogą dalekodystansowego transportu, który odpowiada za aż 10% emisji CO₂ w regionie. To właśnie dekarbonizacja transportu jest głównym celem rozwijania produkcji zielonego wodoru w Quebecu. Szacuje się, że przeznaczone na to zostanie około ⅓ całego wyprodukowanego paliwa. Reszta ma zostać użyta między innymi do produkcji e-NG, czyli zrównoważonego gazu ziemnego, będącego syntetycznym metanem zdolnym zastąpić tradycyjny gaz pochodzenia kopalnego. 

Dodatkowo wodór będzie w stanie zapewnić w prowincji istotne wsparcie dla hydroelektrowni w okresach wzmożonego zapotrzebowania na energię elektryczną. Finalnie eksperci z TESCanada szacują, że ich projekt, który ma rozpocząć pracę w 2028 roku, pozwoli na wyprodukowanie 70 tys. ton zielonego wodoru. Przełoży się to na ograniczenie emisji dwutlenku węgla o 800 tys. ton rocznie. W rezultacie projekt zapewni osiągnięcie 3% całkowitych celów redukcji emisji szkodliwych substancji w całej prowincji, które zaplanowano na 2030 rok. Będzie to już druga taka inwestycja w Quebec, ponieważ w 2021 roku w mieście Bécancour swoją pracę rozpoczął inny elektrolizer zdolny do produkcji ponad 8 ton wodoru dziennie. 

Rola zielonego wodoru

Rząd kanadyjski wierzy, że zielony wodór jest kluczem do rozwiązania problemów związanych z emisjami w sektorach, gdzie ciężko tego dokonać innymi sposobami. Wodór jest bardzo dobrym nośnikiem energii i może być wykorzystywany do zasilania ogniw paliwowych, które można przykładowo stosować w samochodach, ale nie tylko. Ogniwa pozwalają na przetworzenie energii chemicznej wodoru w energię elektryczną przy emitowaniu jedynie wody w całym procesie. Problem leży jednak nie w miejscu wykorzystania tego paliwa a tam, gdzie jest ono wytwarzane. Wodór bardzo rzadko występuje w postaci wolnej na naszej planecie, więc należy go pozyskiwać ze źródeł takich jak ropa, gaz ziemny, węgiel czy woda, których jest składnikiem. 

W zależności od źródła pochodzenia wodoru, wyróżnia się jego kolory, gdzie najbardziej pożądanym jest wodór zielony. Ten wytwarzany jest dzięki elektrolizie wody, czyli reakcji rozdzielenia cząstek wody na wodór i tlen, przy wykorzystaniu źródeł odnawialnych do zasilenia całego procesu, który wymaga sporych ilości energii. Właśnie dlatego wraz z elektrolizerem w Mauricie ma powstać dedykowana mu elektrownia o mocy 1 GW, która będzie czerpać energię ze słońca i wiatru. Jest to więc bardzo drogie przedsięwzięcie, na które przeznaczono 4 miliardy dolarów. Dodatkowo będzie ono wymagało zaopatrzenia w ogromne ilości wody, co nie będzie jednak problemem dzięki umiejscowieniu całości na terenie bardzo zasobnym w wodę. Możliwości produkcji ekologicznego wodoru w Quebecu są więc ogromne i napawają optymizmem, a także mogą służyć za dobry przykład dla innych państw. 

Polska vs. Kanada - warunki do produkcji zielonego wodoru

Krajem, który może zwrócić uwagę na poczynania Kanadyjczyków, jest również Polska, będąca największym producentem szarego wodoru w europie. W tym miejscu trzeba jednak podkreślić szarego, a nie zielonego. Niestety, nasza produkcja nie jest równie bezemisyjna co ta, która rozwija się w Kanadzie. Wszystko za sprawą źródła pozyskiwania wodoru, jakim jest parowy reforming metanu oraz tego, że procesy produkcji zasilane są dzięki elektrowniom węglowym. Ten sposób produkcji generuje bardzo duże ilości CO₂ wydzielanego do atmosfery, więc dlaczego nadal trwa? 

Problemem na drodze Rzeczypospolitej do wprowadzenia ekologicznych metod produkcji wodoru mogą być koszta, jakie wiążą się z wprowadzaniem tego typu metod. Innym, być może bardziej znaczącym problemem jest w tym przypadku ilość wody, którą należałoby zapewnić do produkcji zielonego wodoru. Zasoby wodne w Polsce są relatywnie niewielkie, a do tego cechuje je zmienność sezonowa, co bardzo ogranicza możliwości rozwoju technologii produkcji wodoru w naszym kraju, szczególnie ze względu na to, że woda potrzebna do produkcji zielonego wodoru musi być bardzo czysta. Czasami nawet woda nadająca się do picia nie spełnia norm dopuszczających do użycia jej w procesie pirolizy. 

Bariery rozwoju

Oczyszczanie wody jest więc kolejnym aspektem produkcji zielonego wodoru, który jeszcze bardziej zwiększa koszty takiego przedsięwzięcia. To wszystko jest dowodem na to, że choć wodór jest często nazywany paliwem przyszłości, to również ma swoje wady i często stawia inżynierów przed sporymi wyzwaniami związanymi z jego produkcją. Warto więc spoglądać na koncepcje takie jak przedstawili Kanadyjczycy i próbować je naśladować, ale trzeba pamiętać przy tym o racjonalnej analizie możliwości, jakimi dysponuje dany region, aby nie wywołać w nim nieoczekiwanych szkód. Mimo to przejście Polski na zielony wodór nie jest wcale nierealne, a może się po prostu okazać bardziej skomplikowane i prawdopodobnie dłużej trwające od dynamicznie postępującego aktualnie zwalczania wodorem emisji CO₂ w Kanadzie.

Źródła: renewableenergymagazine.com, tes-h2.com, h2wielkopolska.pl, sejm.gov.pl, gov.pl

Materiał został przygotowany przez Koło Naukowe Odnawialnych Źródeł Energii “Grzała”
Szymon Chlipała