Wodór wytwarzany przy udziale OZE uznawany jest za przyszłość energetyki. Ma pozwolić na magazynowanie energii z fotowoltaiki i farm wiatrowych, a docelowo zastąpić H2 wytwarzany z paliw kopalnych. Na razie proces produkcji zielonego wodoru jest kosztowny, ale tańsze technologie pojawiają się szybciej, niż przewidywały prognozy.
300 milionów złotych – tyle Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiG) przeznaczył na innowacje wodorowe w ramach tegorocznej edycji programu „Nowa Energia”. Nie chodzi jednak o wodór produkowany z paliw kopalnych, ale jego „zieloną” odmianę, wytwarzaną przy użyciu OZE. Zgodnie z założeniami „Nowej Energii” NFOŚiG zamierza wspierać przede wszystkim przedsięwzięcia „mające na celu rozwój technologii i produkcji bezemisyjnego wodoru” oraz technologii przesyłania wodoru, jego magazynowania i wykorzystania w transporcie.
Polska strategia wodorowa: wodór z OZE zamiast z węgla
Czym podyktowana jest ta inicjatywa? Wodór, w jego zielonej wersji, uznawany jest za przyszłość energetyki i efektywny sposób na magazynowanie energii wytwarzanej przez OZE. Według prezesa NFOŚiGW, prof. Macieja Chorowskiego polski przemysł musi budować kompetencje w tej dziedzinie, bo rola wodoru będzie rosnąć w skali globalnej, a najlepsze rozwiązania wytworzone nad Wisłą mogą zostać umiędzynarodowione.
Program NFOŚiGW wpisuje się w założenia projektu „Polskiej Strategii Wodorowej do roku 2030 z perspektywą do 2040 r.”. To dokument opracowany przez Ministerstwo Klimatu i Środowiska (MKiŚ) i udostępniony do konsultacji publicznych 14 stycznia tego roku. Określa on ambitne i – jak twierdzą autorzy – realne cele z zakresu rozwoju krajowych kompetencji i technologii na rzecz budowy niskoemisyjnej gospodarki wodorowej.
Czytaj także: Wodór – przyszłość transportu? Nowy raport sugeruje użycie go w kolei i komunikacji miejskiej
Pojęcie niskoemisyjności jest tu kluczowe. Na całym świecie wodór wytwarzany jest głównie z paliw kopalnych: w 76 proc. z gazu ziemnego, w 23 proc. z węgla, a w 1 proc. z ropy i elektrolizy wody. W Polsce paliwo to powstaje głównie w przemyśle nawozów azotowych: uzyskuje się je w procesie reformingu parowego metanu i półspalania metanu. Główni producenci wodoru nad Wisłą to Grupa Azoty, PKN Orlen i Grupa Lotos. W skali kontynentu jesteśmy wodorową potęgą. Nasza produkcja pokrywa ok. 10 proc. europejskiej konsumpcji. Więcej wodoru produkują tylko Niemcy i Holandia.
Zielony wodór może ograniczyć emisję gazów cieplarnianych
Problem w tym, że zarówno wodór „błękitny”, wytwarzany z gazu, jak i „szary”, produkowany przy użyciu węgla, skutkują emisjami dwutlenku węgla. W pierwszym przypadku wynoszą one 9 kg CO2 na kilogram produktu, w drugim – aż 20 kg. Kluczem do redukcji emisji jest więc zmniejszenie zależności od paliw kopalnych i oparcie produkcji wodoru na OZE. Według szacunków Goldman Sachs technologie wodorowe mogą doprowadzić do ograniczenia antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych nawet o 45 proc.
Takie cele przyświecają nie tylko projektowi MKiŚ i programowi NFOŚiGW. Są również zgodne z założeniami „wcielonymi” w lipcu 2020 r. do Europejskiego Zielonego Ładu. To zbiór inicjatyw ogłoszony w 2019 r. przez Komisję Europejską i zorientowany na osiągnięcie neutralności klimatycznej w Europie do roku 2050. Do realizacji tego planu niezbędna jest gruntowna transformacja sektora energetycznego, który odpowiada za ok. 75 proc. emisji gazów cieplarnianych w krajach UE.
Wodór zielony, ale z węgla? To możliwe dzięki sekwestracji CO2
Cele i założenia brzmią obiecująco, problemem są jednak koszty. Zastąpienie „błękitnego” i „szarego” H2 jego „zielonym” wariantem nie jest łatwym zadaniem. Wodór jest co prawda najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi, ale praktycznie nie występuje w stanie wolnym. Jego „ekstrakcja” wymaga sporych nakładów energii, co czyni przedsięwzięcie kosztownym i ogranicza jego opłacalność. Czy OZE dostarczają odpowiedzi na to wyzwanie?
Dane na ten temat nie są jednoznaczne. Międzynarodowa Agencja Energii (IEA) w raporcie z 2019 r. uznała, że realizacja optymalnego kosztowo scenariusza związanego z produkcją wodoru za pomocą elektrolizy z wykorzystaniem wyłącznie nadwyżek mocy z OZE jest mało prawdopodobna. Według prognoz rządu Australii – kraju, który bardzo intensywnie rozwija plany wodorowe – w krótkim terminie najtańszym i najbardziej realistycznym sposobem produkcji zielonego wodoru jest wytwarzanie go przy użyciu gazu (m.in. pochodzącego z gazyfikacji węgla) z zastosowaniem sekwestracji dwutlenku węgla, czyli jego wychwytywania ze spalin. Przewidywania te oparte są na „mapie drogowej” opracowanej przez CSIRO, krajową naukową agencję badawczą Australii.
Chińskie elektrolizery szansą na szybszą realizację strategii wodorowej?
Okazuje się jednak, że mogą one być nieaktualne. Wszystko za sprawą technologii z Chin. Pod koniec zeszłego roku producenci z Państwa Środka poinformowali o opracowaniu systemu do produkcji wodoru z OZE, którego kosztochłonność jest o 80 proc. niższa od tej zakładanej w szacunkach Australijczyków. Dane potwierdza także agencja BloombergNEF, która wyliczyła, że do 2030 r. koszt produkcji kilograma „zielonego” wodoru może spaść poniżej 2 dolarów. W efekcie paliwo to stałoby się konkurencyjne względem gazu ziemnego.
Czytaj także: Naukowcy sprawdzili, czy ekogroszek jest “eko”. Emisje pyłów przekraczały normę nawet 43-krotnie
Zaskakujące postępy Chińczyków na polu technologii wodorowych potwierdza również Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej (IRENA). W raporcie jeszcze z 2019 r. organizacja poinformowała, że elektrolizery oferowane przez chińskich producentów osiągają ceny, które prognozowane były dopiero na rok 2040 w ramach optymistycznych scenariuszy.
Australia chce być liderem na rynku zielonego wodoru
Na razie Chiny, największy producent wodoru na świecie, w wytwarzaniu tego gazu polegają głównie na paliwach kopalnych. Na światowego lidera energetyki zielonowodorowej pozycjonuje się natomiast Australia, która jeszcze w 2014 r. zaproponowała stworzenie na zachodzie kraju Asian Renewable Energy Hub (AREH) – największej na świecie elektrowni opartej o źródła odnawialne. Hub miałby składać się z 1,6 tys. turbin wiatrowych oraz instalacji fotowoltaicznych zajmujących powierzchnię 78 kilometrów kwadratowych. Generatory zasilałyby elektrolizery produkujące zielony wodór. Pozwoliłoby to Australii przetwarzanie i eksport „surowca”, którym dysponuje w największej obfitości – światła słonecznego.
Obecnie największą instalacją na świecie dysponują Japończycy. W zeszłym roku w mieście Nama uruchomiono elektrolizer o mocy 10 MW. Urządzenie wytwarza wodór z udziałem energii generowanej przez pobliską elektrownię fotowoltaiczną o mocy 20 MW. Nad strategią wodorową intensywnie pracują również Niemcy, którzy zamierzają przeznaczyć na ten cel 9 miliardów euro. Do 2030 r. chcą wybudować elektrolizery o mocy 5 tys. MW. W całej Europie do tego czasu łączna moc urządzeń do elektrolizy ma wynieść 40 tys. MW.
Instalacje wodorowe powstają również w Polsce
Udziały w tej infrastrukturze będzie miała również Polska. Pod koniec grudnia 2020 r. Grupa Lotos uruchomiła program inwestycyjny, w ramach którego zamierza zbudować wielkoskalową instalację do produkcji zielonego wodoru. Z nadwyżki energetycznej z OZE wodór chce wytwarzać również PGNiG, które obecnie produkuje to paliwo z gazu ziemnego. Podobne projekty powstają praktycznie na całym świecie. Pytanie, jak szybko zielony wodór zastąpi paliwa kopalne – i czy stanie się to szybciej czy później, niż przewidują obecne prognozy.
Grafika: Alexander Kirch/Shutterstock
