Jak powstrzymać zmiany klimatyczne? Przede wszystkim konieczna jest redukcja emisji gazów cieplarnianych, m.in. dwutlenku węgla. Stąd olbrzymia presja na transformację energetyczną – zastąpienie energetyki wysokoemisyjnej – odnawialną. To jednak długotrwały i bardzo kosztowny proces. Jeszcze do niedawna produkcja energii z OZE była droższa niż z tradycyjnych źródeł, stąd państwowe dotacje i preferencje. Ponadto wiatr czy słońce – przynajmniej do czasu wynalezienia efektywnych ekonomicznie magazynów energii – są źródłami wymagającymi wsparcia poprzez bilansowanie źródeł energii.

Paliwo przyszłości

Wartość opałowa wodoru jest niemal trzykrotnie większa niż benzyny. Nie zawiera węgla ani siarki, nie są więc emitowane CO, CO2, SOx lub sadza oraz inne cząstki stałe. Co więcej, jest stabilnym źródłem energii, w przeciwieństwie do wiatraków czy paneli, których praca jest uzależniona od warunków atmosferycznych. Inaczej niż inne źródła, wodór może służyć do magazynowania energii – w uproszczeniu, energia wytworzona w niestabilnych źródłach jest na drodze elektrolizy zamieniana w tlen i wodór, który potem może tę energię „oddać”.

Skoro jest paliwem stosunkowo łatwo dostępnym, bardzo efektywnym i czystym, dlaczego świat – mówiąc obrazowo – nie jest napędzany wodorem? Powody są takie same jak w przypadku większości nowych przełomowych rozwiązań – chodzi o technologie i pieniądze.

Pozyskiwanie wodoru jest wciąż dość energochłonne i skomplikowane, wyzwaniem jest też jego magazynowanie – a to w sumie sprawia, że komercyjne wykorzystanie go jako paliwa było wyzwaniem.

Reklama

Dziś większość wytwarzanego na świecie wodoru powstaje w procesie reformingu parowego metanu, czyli reakcji katalitycznej z parą wodną, która odbywa się przy temperaturze około 800 stopni Celsjusza. Postęp technologiczny sprawia jednak, że pozyskiwanie i wykorzystywanie wodoru z innych źródeł staje się coraz bardziej opłacalne.

Przełamywanie barier

Prace nad wykorzystaniem wodoru jako paliwa transportowego rozpoczęto w latach 90. ubiegłego wieku. Może być on stosowany na dwa sposoby: jako paliwo, które ulega spalaniu w komorze silnika, lub do zasilania ogniwa wodorowego, wytwarzającego energię elektryczną napędzającą silnik elektryczny.

Widać już pierwsze komercyjne zastosowania. Liczba samochodów elektrycznych napędzanych takimi ogniwami w 2018 r. sięgnęła na świecie 11,2 tys., z czego połowa jeździ po drogach w Stanach Zjednoczonych. Na rynku jest ok. 60 modeli aut z ogniwami paliwowymi. Do tej pory jednak na rozpoczęcie produkcji masowej zdecydowały się tylko Hyundai (w 2013 r.) i Toyota (w 2014 r.). Warto zaznaczyć, że japońska marka, która wprowadziła model Mirai, wyprodukowała w pierwszym roku 700 egzemplarzy, a w przyszłym zakładała zwiększenie tej liczby do 3500 sztuk.

Źródło nieznane

Polska nie pozostaje w tej dziedzinie w ogonie. Solaris we wrześniu 2019 r. zaprezentował swój najnowszy produkt Urbino 12 Hydrogen. Autobus można szybko zatankować, a jego zasięg to ok. 350 km. Pojazd jest testowany w kilku europejskich krajach, a 12 egzemplarzy zostało kupionych przez włoskie miasto Bolzano.

Producenci liczą na szybki rozwój tej technologii. Hydrogen Council (Rada Wodorowa) została powołana do życia na początku 2017 r. podczas Światowego Forum Ekonomicznego w Davos. Skupia ponad 100 firm przemysłowych, 68 organizacji badawczych oraz 13 stowarzyszeń. Jej celem jest promocja wodoru, jako paliwa w szeroko pojętym sektorze energetycznym. Ze wspólnego raportu Hydrogen Council i McKinseya wynika, że w 2030 r. wodór może napędzać 10–15 mln samochodów osobowych oraz 500 tys. pojazdów ciężarowych. Do 2050 r. gaz zasili nawet 400 mln samochodów osobowych, 15 mln autobusów (po 25 proc. ogólnej liczby) oraz 5 mln ciężarówek (30 proc.). Poza pojazdami drogowymi z wodoru korzystać mają również statki pasażerskie i towarowe oraz pociągi i samoloty.

Wodór ma też swoje miejsce w europejskich planach. Zakładają one m.in. powstanie 200-300 stacji tankowania wodoru w dużych, europejskich miastach oraz na sieci dróg TEN-T, które docelowo miałyby obsługiwać ok. 5 tys. samochodów osobowych oraz ok. 500 autobusów wyposażonych w ogniwa paliwowe.

Swoje wodorowe plany ma też Jastrzębska Spółka Węglowa (JSW), która pod koniec ubiegłego roku przystąpiła do Europejskiego Stowarzyszenia Wodoru i Ogniw Paliwowych Hydrogen Europe. Obecnie grupa JSW pracuje nad uruchomieniem pierwszej instalacji separacji wodoru, który jest produktem ubocznym w procesie wytwarzania koksu. Według planów spółki, wodór wyprodukowany w Koksowni Przyjaźń w Dąbrowie Górniczej może w przyszłości zasilać setki bezemisyjnych autobusów, wożących pasażerów w Górnośląsko-Zagłębiowskiej Metropolii.

Nie tylko samochody

Zastosowanie wodoru jako paliwa nie sprowadza się jedynie do transportu. Coraz częściej – chociaż przeważnie w kombinacji z innymi źródłami OZE, lub jako związki wodoru – jest też wykorzystywany w innych dziedzinach.

Wodór może np. posłużyć także do zasilania całych budynków. W Londynie przy 20 Fenchurch Street znajduje się wieżowiec, w którym za zasilanie całości odpowiadają zainstalowane na dachu panele fotowoltaiczne oraz ogniwa paliwowe zasilane wodorem, które są w stanie wygenerować 300 kW. Ich zastosowanie pozwoliło na ograniczenie emisji CO2 o 270 ton rocznie.

Chociaż czysty wodór zasadniczo nie stanowi dziś paliwa w produkcji energii, istnieją wyjątki, choć na małą skalę. Na przykład, turbina gazowa pracująca w układzie kombinowanym o mocy 12 MW we Włoszech wykorzystuje wodór z pobliskiego kompleksu petrochemicznego, natomiast w japońskim Kobe, turbina gazowa zasilana wodorem dostarcza ciepło i elektryczność (1,1 MWe) do lokalnych gospodarstw domowych. W planach Korei Południowej uwzględniono wykorzystanie wodoru w sektorze energetycznym. Określono docelową moc zainstalowanych ogniw paliwowych na 1,5 GW do 2022 r. i 15 GW do 2040 r.

Na razie to raczej wyjątki. Są jednak już pierwsze kraje, które jasno określają swoje wodorowe strategie. Np. Japonia dąży do osiągnięcia 1 GW mocy opartej na wodorze do 2030 r. (co odpowiada rocznemu zużyciu wodoru w ilości 0,3 Mt) oraz do 15–30 GW w dłuższej perspektywie (co odpowiada rocznemu zużyciu wodoru w ilości 15–30 Mt).

W Japonii, Holandii i Australii prowadzone są badania i projekty pilotażowe mające na celu wprowadzenie wodoru i amoniaku jako paliw do turbin gazowych i elektrowni węglowych.

Nie stoimy na uboczu

Polska ma potężny wodorowy potencjał. Już teraz jest jednym z największych światowych producentów tego gazu, wytwarzając rocznie milion ton pierwiastka. Taka ilość wystarczałaby do zasilenia 5 mln samochodów w skali roku.

30 września 2019 r. minister energii podpisał dwa rozporządzenia wykonawcze, dzięki którym możliwe będzie finansowanie ze środków z Funduszu Niskoemisyjnego Transportu budowy instalacji produkcji wodoru, stacji tankowania, a nawet zakupu pojazdów wodorowych. Grupa Orlen, która jest obecnie największym producentem wodoru w Polsce i jednym z największych w Europie, planuje wybudowanie na terenie włocławskich zakładów Anwil hubu wodorowego. Docelowo będzie mógł on wytwarzać do 600 kg, doczyszczonego do czystości paliwowej, wodoru na godzinę. W ramach inwestycji powstanie instalacja produkująca wodór w jakości paliwa transportowego, infrastruktura logistyczna, a także stacje tankowania. Paliwo, na pierwszym etapie dystrybucji, będzie przeznaczone przede wszystkim dla transportu publicznego i towarowego. Koncern podpisał już kilka porozumień z samorządami, będącymi potencjalnymi odbiorcami wodoru. To m.in. listy intencyjne o współpracy na rzecz rozwoju transportu publicznego zasilanego wodorem z Górnośląsko-Zagłębiowską Metropolią, Krakowskim Holdingiem Komunalnym i Miejskim Przedsiębiorstwem Komunikacyjnym w Krakowie oraz Miastem Płock. Porozumienia z kolejnymi samorządami są w trakcie uzgodnień. Koncern podpisał również list intencyjny z bydgoską firmą PESA na budowę lokomotywy zasilanej wodorem, która będzie wykorzystywana do celów logistycznych przez PKN Orlen.

Do końca sierpnia koncern ogłosi postępowanie przetargowe na realizację hubu. W pierwszym etapie moce produkcyjne instalacji będą wynosiły ok. 170 kg na godzinę, jednak jej konstrukcja modułowa pozwoli na elastyczne zwiększanie możliwości wraz ze wzrostem popytu.

Nie jest to pierwsze spotkanie płockiego koncernu z technologią wodorową. Kierowcy samochodów osobowych mogą już zatankować wodór na dwóch stacjach Grupy Orlen w Niemczech, natomiast w czerwcu 2021 r. taka możliwość pojawi się również na trzech stacjach paliw w Czechach.

W ubiegłym roku marszałek województwa wielkopolskiego powołał Wielkopolską Platformę Wodorową skupiającą samorządowców, biznes i ludzi nauki, których zadaniem jest wspierać i opiniować projekty dotyczące technologii wodorowych. Znalazł się wśród nich m.in. projekt konińskiego PKS-u obejmujący przebudowę taboru na zasilanie wodorowe.

Polskie firmy włączają się w światowy trend na tyle wcześnie, że nie będą za kilka lat musiały gonić światowej czołówki. Jeżeli wodór rzeczywiście jest paliwem przyszłości, to krok w przyszłość robimy już teraz.

ADS

partner

Źródło nieznane