Wodór – przyszłościowa niezbędność

Adam Lewandowski, Michał Wieczorowski, Jacek Bogusławski, Wojciech Prus

Świat, w tym Europa, jest w okresie głębokiego kryzysu energetycznego. W tym okresie szczególnego znaczenia nabierają wszelkiego rodzaju nowe technologie energetyczne, a zwłaszcza te, które gwarantują nieinwazyjne zastosowanie alternatywnych źródeł energii (OZE). Ogromne znaczenie, jak i wiarę w ich zastosowanie, przywiązuje się do wszelkiego rodzaju technologii wodorowych.

Komisja Europejska 8 lipca 2020 r. opublikowała Strategię wodorową dla neutralnej klimatycznie Europy. Jej głównym celem jest stymulacja rozwoju sektora zielonego wodoru tak, aby do 2050 r. był on w pełni zeroemisyjnym i ogólnodostępnym źródłem energii w UE. 2 listopada 2021 r. Rada Ministrów podjęła uchwałę ws. przyjęcia Polskiej strategii wodorowej do roku 2030 z perspektywą do 2040 r. Ma być ona strategicznym dokumentem, który określa główne cele rozwoju gospodarki wodorowej w Polsce oraz kierunki działań potrzebnych do jej osiągnięcia. Konsekwencją tych działań były  prace Samorządu Województwa Wielkopolskiego – najbardziej aktywnego w tym zakresie regionu Polski – nad projektem Strategii Rozwoju Wielkopolski Wodorowej do 2030 roku. Strategia została przyjęta i jest realizowana w ramach projektu budowa systemu wsparcia wysokiej jakości projektów B+R+I, w szczególności rozwijających technologie nisko i zeroemisyjne, ze istotnym uwzględnieniem wodoru. Podkreślić również należy znaczenie zapisów Raportu Draghiego z września 2024 roku, które jednoznacznie wskazują na potrzebę zmian w zakresie transformacji energetycznej, zwłaszcza dekarbonizacji jako procesu gwarantującego rozwój energetyki.   

Obecnie Polska jest jednym z producentów tego gazu, jednak niestety nie jest to wodór bezemisyjny. W polskiej strategii zaznaczono, że ma ona na celu opracowanie programów wsparcia budowy gospodarki wodorowej, która obejmuje wyłącznie wodór niskoemisyjny, tj. ze źródeł odnawialnych oraz powstałych przy wykorzystaniu technologii bezemisyjnych (tzw. zielony wodór).

Powyższe dokumenty wyznaczają sześć celów:

– wdrożenie technologii wodorowych w energetyce i ciepłownictwie,

– wykorzystanie wodoru jako paliwa alternatywnego w transporcie,

– wsparcie dekarbonizacji przemysłu,

– produkcję wodoru w nowych instalacjach,

– sprawny i bezpieczny przesył,

– dystrybucję i magazynowanie wodoru oraz stworzenie stabilnego otoczenia regulacyjnego.

Wskaźnikami osiągnięcia celów w 2030 r. ma być m.in. użytkowanie 800-1000 nowych autobusów wodorowych, powstanie co najmniej 5 dolin wodorowych, 2-3 pierwszych osiedli mieszkaniowych ocieplanych energią wodorową (przykład Śremu) oraz minimalnie 32 stacji tankowania i bunkrowania wodoru¹. Te cele są już realizowane, czego przykładem są autobusy wodorowe kursujące w polskich miastach i to nie tylko tych dużych.

Wodór jest paliwem produkowanym dla przemysłu, transportu i energetyki. Aby stanowić środek do osiągnięcia zrównoważonego rozwoju i dekarbonizacji gospodarki Unii Europejskiej, musi sprostać założeniom zielonej taksonomii. Stanowi ona, że niskoemisyjny surowiec nie może się cechować emisyjnością większą niż 3 kg ekwiwalentu CO₂ przypadające na 1 kg wyprodukowanego wodoru. Dotychczas szeroko zaimplementowane technologie produkcji wodoru cechuje o wiele wyższa emisyjność. Spośród nich najpowszechniejsza to reforming parowy gazu ziemnego, którego poziom emisji szacuje się na 8-10 kg CO²e na każdy otrzymany kilogram wodoru. Pozostałe technologie, takie jak reforming autotermiczny czy zgazowanie paliw kopalnych, cechuje emisyjność na podobnym poziomie, a ewentualne różnice mogą wynikać ze zużycia energii podczas przygotowania surowców. Metodą produkcji zielonego, ekologicznego wodoru jest elektroliza, której jedynymi produktami (przy założeniu udziału czystej energii elektrycznej) są tlen oraz wodór. Aktualnie tą technologią otrzymuje się niespełna 2% światowego zapotrzebowania, z czego elektroliza przy udziale OZE odpowiada za niewielki ułamek 0,1%. Pozostała część wykorzystuje energię z sieci.

Wodór jest najobficiej występującym pierwiastkiem chemicznym na ziemi, ale nie jest swobodnie dostępny w środowisku (np. w zbiornikach), ale zawsze łączy się z innymi pierwiastkami (np. w wodzie, H2O czy metanie, CH4). W związku z tym, aby mógł być wykorzystany w zastosowaniach energetycznych, musi najpierw zostać uwolniony, to znaczy oddzielony od pozostałych elementów. Aby dokonać tej separacji i uzyskać wolny wodór, konieczne jest przeprowadzenie pewnych procesów i na to zużywana jest energia. To definiuje wodór jako nośnik energii, a nie energię pierwotną lub paliwo. Zielony wodór jest nośnikiem energii, a nie głównym źródłem energii. Innymi słowy, wodór jest substancją, która może magazynować energię, która to energia może być następnie uwalniana w kontrolowany sposób gdzie indziej. Zatem, może być porównywalny z bateriami litowymi, które przechowują energię elektryczną, a nie paliwa kopalne, takie jak gaz ziemny.

Technologie wodorowe w praktyce działalności przedsiębiorstw

Energetyka wodorowa stanowi jeden z podstawowych filarów realizacji Europejskiego Zielonego Ładu (Green Deal), który zakłada osiągnięcie przez Europę neutralności klimatycznej do 2050 r. W tym celu w 2020 r. opracowana została przez Komisję Europejską Strategia Wodorowa UE, która za główny cel uznaje rozwój odnawialnego, zielonego wodoru, wytwarzanego w procesie elektrolizy przy wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii, przy założeniu, że w celu zapewnienia rozwoju rynku wodorowego, w krótkim i średnim okresie należy dopuścić wykorzystanie także innych niskoemisyjnych form wodoru (pozyskiwanego z paliw kopalnych w połączeniu z technologią sekwestracji dwutlenku węgla lub w procesie elektrolizy przy wykorzystaniu źródeł energii innych niż odnawialne). Niskoemisyjny wodór miałby być rozwiązaniem przejściowym, gdyż docelowo (po 2050 r.) wykorzystywany ma być wyłącznie zeroemisyjny wodór.

Decydując się na wybór wodoru, jako źródła energii podjęta została kluczowa decyzja, tj. wskazanie rodzaju wodoru szczególnie, gdy owe wskazanie generuje dalsze decyzje inwestycyjne, a istnieje cały szereg następujących podrodzajów:

• Wodór zielony (wodór odnawialny) – wytwarzany w procesie elektrolizy wody z wykorzystaniem energii odnawialnej.
• Wodór żółty – jest to podtyp wodoru zielonego ponieważ wytwarzany jest w procesie elektrolizy wody z wykorzystaniem energii słonecznej,
• Wodór fioletowy – wytwarzany w procesie elektrolizy wody z wykorzystaniem energii elektrycznej produkowanej w elektrowniach atomowych,
• Wodór szary – wytwarzany w procesie reformingu gazu ziemnego lub innych węglowodorów powstałych w procesie rafinacji ropy naftowej,
• Wodór niebieski – wytwarzany w procesach wykorzystujących paliwa kopalne, uzupełnione o technologie wychwytywania, składowania lub przetwarzania CO₂,
• Wodór brązowy – wytwarzany w procesie gazyfikacji węgla brunatnego,
• Wodór czarny – wytwarzany w procesie gazyfikacji węgla kamiennego,
• Wodór turkusowy – wytwarzany w procesie pirolizy metanu lub przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych,
• Wodór biały – pochodzący z naturalnych źródeł geologicznych.

Spośród w/w rodzajów wodoru wybrany został tzw. zielony wodór/żółty wodór. Oznacza to, że docelowo w kotle wodorowym wykorzystywany będzie wodór produkowany w procesie elektrolizy zasilanym energią z instalacji fotowoltaicznych. Rozważana jest również decyzja o zamontowaniu pionowych turbin wiatrowych na dachach budynków. Zastosowanie energii słonecznej i turbin wiatrowych zagwarantuje zeroemisyjność w całym łańcuchu produkcji i dystrybucji ciepła na osiedlu.

Wsparciem tych działań zajmuje się nowo powstała Polska Izba Wodoru. Jej założycielskie Walne Zgromadzenie odbyło się w grudniu 2024 roku (rys.1). Izba ma zasięg ogólnopolski, a w swoich działaniach współpracuje ściśle zarówno z jednostkami krajowymi i międzynarodowymi jak i regionalnymi – w tym z Samorządem Województwa Wielkopolskiego. Przy podejmowaniu decyzji o powstaniu Polskiej Izby Wodoru nie bez znaczenia był fakt chęci ochrony środowiska i wpisanie się w dekarbonizację, czyli drogę do osiągnięcia celów zrównoważonego rozwoju określonego w porozumieniu paryskim. W tym dokumencie określono jako główny cel znaczne obniżenie emisji dwutlenku węgla (CO₂). Do głównych zadań Polskiej Izby Wodoru można między innymi zaliczyć:

1) wyrażanie opinii o projektach rozwiązań odnoszących się do funkcjonowania gospodarki w szczególności w zakresie, w jakim dotyczą one prowadzenia działalności gospodarczej oraz branży wodorowej,

2) ocena wdrażania i funkcjonowania przepisów prawnych dotyczących prowadzenia działalności gospodarczej oraz branży wodorowej,

3) dążenie do stworzenia płaszczyzny równoprawnej współpracy wszystkich podmiotów sektora, których działalność bezpośrednio i/lub pośrednio związana jest z wodorem,

4) przyczynianie się do optymalizacji warunków prowadzenia działalności gospodarczej w sektorze dotyczącym wodoru,

5) ochrona i wspieranie interesów zrzeszonych podmiotów gospodarczych w szczególności wobec organów administracji państwowej i samorządowej,

6) współpraca z organami państwowymi w zakresie kształtowania ram prawnych prowadzenia działalności gospodarczej w sektorze dotyczącym wodoru, w tym także polityki celnej i podatkowej,

7) ochrona interesów zrzeszonych podmiotów przed działaniami monopolistycznymi, nieuczciwą konkurencją oraz wszelkimi działaniami mogącymi naruszać zasady wolnego rynku oraz dobrych obyczajów w obrocie gospodarczym,

8) promowanie współpracy branży wodorowej z jednostkami samorządu terytorialnego i jednostkami naukowymi, w tym uczelniami.

Zainteresowane podmioty gospodarcze, uczelnie, stowarzyszenia i fundacje zapraszamy do współpracy w ramach działalności Polskiej Izby Wodoru – również do wstąpienia w szeregi członków Izby, co ułatwi transformację energetyczną naszej, polskiej gospodarki.

Przypisy do tekstu:
[1] Polska strategia wodorowa do roku 2030 z perspektywą do 2040 r., 2021.