Zielony Wodór dla początkujących

Często słyszymy, że Polska jest liderem w światowej i europejskiej produkcji wodoru. To tylko część prawdy. Wodór produkowany do tej pory w Polsce pochodził z reakcji wyodrębnienia wodoru z węgla lub gazu, które poza aspektami politycznymi nie pozostają obojętne dla środowiska. To tak, jakby powiedzieć, że OZE nie ma sensu, bo w Polsce nie brakuje prądu.

Czym właściwie jest wodór?

Aby zrozumieć, dlaczego wodór może być tak cennym elementem transformacji energetycznej, warto przyjrzeć się jego cząsteczkom. „H” to symbol chemiczny wodoru, wywodzący się z łacińskiego „hydrogenium”. Wodór jest pierwszym pierwiastkiem w układzie okresowym i jest składnikiem prawie wszystkich związków organicznych.

Dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu razem tworzą podstawę całego życia na Ziemi – wodę czyli H2O. Wodór jest łatwopalny i można go wykorzystać jako źródło energii w podobny sposób jak gaz ziemny lub metan. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, w procesie spalania powstaje jedynie para wodna, a nie szkodliwe dla środowiska produkty odpadowe, takie jak tlenki siarki, węgiel, tlenek węgla lub dwutlenek węgla.

Jak można wyprodukować wodór?

W procesie elektrolizy powstaje przyjazny dla klimatu tzw. „zielony” wodór. Podczas elektrolizy woda jest rozdzielana na wodór i tlen za pomocą energii elektrycznej. Aby uzyskać jeden kilogram wodoru należy zużyć około 50-60 kWh energii elektrycznej i 8-10 litrów wody. Energia zgromadzona w wodorze może być wykorzystana bezpośrednio jako paliwo, lub użyta do ponownego wyprodukowania energii. Warto także zauważyć, że w procesie elektrolizy wydziela się dużo ciepła.

Wodór można również wytwarzać z gazu ziemnego i metanu: za pomocą reformingu parowego i pirolizy metanu gaz ziemny lub metan jest rozdzielany na wodór i stały węgiel lub dwutlenek węgla. Jest to dzisiaj najbardziej powszechna forma produkcji tego pierwiastka, a Polska jest jednym z największych producentów wodoru w Europie. Jednak ze względu na powstające odpady procesy te są szkodliwe dla środowiska. Elektroliza jest lepszą alternatywą. Jest to bardziej złożone niż inne procesy przemysłowe produkcji wodoru z paliw kopalnych. Jeżeli jednak wykorzystywana energia elektryczna pochodzi z odnawialnych źródeł energii, elektroliza jest procesem produkcyjnym neutralnym dla klimatu, w którym wykorzystuje się wyłącznie wodę czyli docelowo tlen i wodór.

Istnieją więc różne procesy wytwarzania wodoru. Można wyodrębnić go z surowców kopalnych jak dzieje się to dotychczas. Jednak zdecydowana większość gazu i coraz większa część węgla trafia do nas z Rosji, która dzięki temu bogaci się i prowadzi między innymi wojnę na Ukrainie i hybrydową walkę z krajami NATO.  Rozwijająca się bardzo dynamicznie obecnie czysta technologia, z dużą pewnością będzie podstawą kolejnej rewolucji w energetyce po epoce pary, epoce powszechnej elektryfikacji czy niedawnej rewolucji OZE oraz obecnej sztucznej inteligencji. Podstawą jest tu energia z OZE oraz inteligentne sieci i magazyny energii.

Wodór to świetny magazyn energii

Kiedy świeci słońce i wieje wiatr, a zużycie energii jest niskie, od czasu do czasu w obszarze sieci znajduje się dużo energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych. Czasem nawet więcej, niż ludzie i firmy w regionie są w stanie skonsumować. Aby w pełni wykorzystać tę nadwyżkę i płynnie zintegrować ją z systemem energetycznym, technologia wodorowa oferuje obiecujące rozwiązania. Zwłaszcza, że takie sytuacje będą coraz częściej, a niedługo staną się normą.

Nadwyżkę energii elektrycznej, ale też energię z OZE w ogóle, można wykorzystać do przyjaznej dla klimatu produkcji zielonego wodoru. Prąd w urządzeniach nazywanych hydrolizerami służy do rozbicia cząsteczki wody na tlen i wodór. Wodór z kolei można magazynować, transportować istniejącą siecią gazu ziemnego i w razie potrzeby ponownie wykorzystać, na przykład w przemyśle czy transporcie jako paliwo lub surowiec. A wszystko to bez wytwarzania szkodliwych gazów cieplarnianych lub produktów ubocznych, takich jak dwutlenek węgla czy węgiel. Wodór jest zatem prawdziwym, długoterminowym magazynem energii potrzebnym do transformacji energetycznej – a wodór wyprodukowany dzięki energii z OZE jest także przyjazny dla klimatu.

Wodór ukształtuje przyszłość

 Strategia rozwoju gospodarki wodorowej i bycie pionierem w tej dziedzinie wymaga odwagi. Projekty wodorowe na świecie są badane i wdrażanie od kilkunastu lat. Dzięki wieloletniej pionierskiej pracy to głównie kraje unijne, a przed wszystkim Niemcy oraz gospodarki azjatyckie czyli Japonia, Korea i Chiny się jedną z głównych sił tworzących gospodarkę wodorową. Rząd oraz uczelnie i jednostki badawczo-rozwojowe razem z silnymi partnerami przemysłowymi i startupami tworzą perspektywę dla źródła energii przyszłości. Transformacja energetyczna może zakończyć się sukcesem jedynie przy wystarczającej produkcji, nowoczesnej infrastrukturze i różnorodnym wykorzystaniu, ale przede wszystkim dzięki świetnie wyszkolonej kadrze, która może czerpać z dotychczasowych doświadczeń pionierów.

Wodór – klucz do transformacji energetycznej

Wodór stanie się już w niedalekiej przyszłości jednym z centralnych źródeł energii, dzięki czemu możliwe będzie osiągnięcie celów transformacji energetycznej i neutralności klimatycznej. Możliwe zastosowania wodoru są bardzo różnorodne. Odpowiednie obszary obejmują obecnie mobilność z wykorzystaniem ogniw paliwowych lub paliw syntetycznych, ale wodór jest obecnie wykorzystywany również do magazynowania energii.

Instytut IRENA zebrał dane statystyczne dotyczące tego, jak będzie rozwijać się produkcja wodoru na świecie do roku 2050. To są prognozy. Od 2015 do 2018 roku wyprodukowano około 1,8 mln ton niebieskiego i zielonego wodoru, do 2030 roku w scenariuszu PE będzie to około 19 mln ton. Planowany scenariusz energetyczny opisuje scenariusz referencyjny oparty na istniejących krajowych strategiach energetycznych. W 2050 r. wyprodukowanych zostanie około 65 milionów ton wodoru produkowanego w sposób zrównoważony, czyli bez śladu węglowego i tylko z OZE. Już w 2030 roku większość wodoru będzie produkowana z energii zielonej. To jasno pokazuje, że wodór jest niezbędnym elementem na drodze do neutralności klimatycznej.

Badanie przeprowadzone przez Greenpeace, które analizuje koszty produkcji wodoru w Niemczech, pokazuje podobny rozwój sytuacji. Koszty podawane są w ct/kWh wodoru i różnicowane w zależności od koloru wodoru. Jeśli w 2019 r. utrzymamy się na poziomie 16,5 ct/kWh, w 2030 r. cena spadnie do 12 ct/kWh. Badanie kończy się kształtowaniem się cen w roku 2050, gdzie cena za kilowatogodzinę wodoru kształtuje się na poziomie około 9 centów. Obydwa badania stanowią wkład w podejście grup energetycznych i przemysłu. Cała gospodarka postrzega wodór jako jedno z najważniejszych źródeł energii przyszłości. 

Wykorzystaj wodór jako źródło energii

Zależną od pogody energię elektryczną pochodzącą z odnawialnych źródeł energii, takich jak słońce i wiatr, można przekształcić w wodór, który można magazynować jako źródło energii, które można również wykorzystać do różnych celów, od mobilności po ogrzewanie.

System energetyczny w Polsce już dzisiaj jedną czwartą energii produkuje z OZE, a raz po raz, głównie w weekendy produkuje więcej energii, niż ludzie i firmy są w stanie faktycznie zużyć. W tym przypadku elektrolizery wodoru mogą pomóc jako elastyczni odbiorcy w absorpcji szczytów wytwarzania – jeśli w sieci jest za dużo energii elektrycznej z energii słonecznej i wiatrowej, elektrolizery pracują z pełną prędkością i wyłączają się, gdy zużycie energii wzrośnie. Jednak wraz ze wzrostem ilości energii z OZE oraz stopniowym odchodzeniem od coraz droższej energii ze źródeł kopalnych, elektrolizery jako magazyny energii będą coraz powszechniejszym obrazem.

Wodór – źródło energii przyszłości?

W przypadku wykorzystania energii elektrycznej do produkcji wodoru powstaje źródło energii, które można wykorzystać w transporcie, przemyśle, elektrowniach lub jako energię cieplną. Oddzielne obszary energetyki nagle łączą się ze sobą. Technicznym terminem na to jest łączenie sektorów. Ze względu na tę wszechstronność wodór jest często nazywany źródłem energii przyszłości.

Dzięki łączeniu sektorów energia ze źródeł odnawialnych trafia także do takich obszarów, jak transport i przemysł, w których obecnie nadal w dużej mierze dominują paliwa kopalne, takie jak ropa naftowa i gaz ziemny. Jednak globalne cele w zakresie ochrony klimatu można osiągnąć tylko wtedy, gdy możliwe będzie stopniowe zazielenianie obszarów, które nadal pozostają w tyle pod względem ochrony klimatu. Dodatkowo w polskiej rzeczywistości ropa i gaz mają dodatkowo znaczenie strategiczne. Większość krajów europejskich zmuszona jest do importu paliw kopalnych głównie z Rosji. Tak więc gospodarka wodorowa to także kwestia niezależności i bezpieczeństwa. Wodór i jego produkcja otwiera możliwości dla lokalnych wspólnot i inwestorów. 

Wodór można wykorzystać w przemyśle oraz w transporcie. Wodór jest też składnikiem nawozów sztucznych i trafia do nich w postaci amoniaku. Zwłaszcza w sektorze transportu ciężarowego i kolejowego zastosowanie wodoru w ogniwach paliwowych rozwiązuje problem dużej masy baterii, składu chemicznego baterii oraz ich recyklingu.

Wodór daje szansę każdemu

Dzięki staraniom Studium Wodoru każdy z nas może związać swoją przyszłość z wodorem dzięki doświadczeniom niemieckich profesorów i menedżerów oraz wejść na najwyższy stopień kompetencji. Studium to wyjazdy studyjne do obiektów w Niemczech, wykłady i case study, spotkania z mentorami gospodarki wodorowej, networking z absolwentami wcześniejszych kursów w Niemczech oraz indywidualny projekt, który każdy z uczestników wykona przez pół roku trwania kursu. Zapytaj o szczegóły i zostań pionierem wodoru w Polsce. Szczegółowe informacje są dostępne na stronie internetowej: www.studiumwodoru.pl