Zielony wodór może stać się częścią naszej codzienności w dość niedługim czasie. W teorii może pozwolić na samowystarczalność energetyczną danego kraju – i zmniejszyć wpływy eksporterów ropy czy gazu.
- Jeśli dane państwo produkuje zielony wodór z energii wiatrowej czy paneli fotowoltaicznych, to de facto potrzebuje tylko swojego terytorium, na którym postawi farmę wiatrową albo farmę fotowoltaiczną i technologii. W ten sposób może produkować nie tylko energię elektryczną, ale też paliwo motoryzacyjne, co potencjalnie całkowicie uniezależnia je od importu ropy naftowej czy gazu ziemnego, oczywiście w idealnym scenariuszu, po przestawieniu znaczącej części lub całej gospodarki na wodór – zauważa ekspert Maciej Giers z Esperis Consulting.
Polska stawia na paliwo przyszłości – wodór. Rząd przedstawi strategię jego wykorzystania w gospodarce
- Jeśliby się miało okazać, że wodór naprawdę będzie paliwem przyszłości, to za jakiś czas możemy się znaleźć w całkowicie innej rzeczywistości, w której kraje, które dzisiaj uważamy za potęgi energetyczne, eksporterów energii, choć dalej nimi będą, to stracą dominującą pozycję, bo część państw będzie się w stanie od nich uniezależnić dzięki tym nowym technologiom - zauważa.
Duży potencjał wodoru
Jakie zalety ma wodór? Jak mówi ekspert, spala się bezemisyjnie, pozwoli na magazynowanie energii lepiej niż baterie. W transporcie 4kg paliwa pozwala na przejechanie 500-600 km – stanowi konkurencję dla zasilania elektrycznego. Nie chodzi jednak o to, by wodór spalać: tworzone są specjalne inteligentne technologie - zauważa analityk. – Na przykład ogniwa paliwowe: mały akumulator, o bardzo prostej budowie, który w środku ma specjalną membranę. To fascynująca technologia: membrana jest folią perforowaną punkcikami tak małymi, że przechodzi przez nie proton atomu, ale nie elektron. W efekcie w wyniku rozpadu jądra wodoru, wytwarzają się różne bieguny elektryczne i jest wytwarzany prąd elektryczny – wyjaśnia. Warto podkreślić, że wodór z założenia nie ma być spalany, ale ma być wykorzystywany w bardziej inteligentny sposób – dodaje Maciej Giers.
Problemem są wciąż koszty produkcji wodoru, a także fakt, że przy transformacji energii traci się przy niektórych procesach produkcyjnych niemal 80 procent potencjału wyjściowego.
Wyzwania dla Polski
Jak wygląda wodorowy stan rzeczy w Polsce? - Wbrew pozorom Polska nie jest nieznaczącym graczem, nawet na rynku unijnym, bo w UE produkuje się 9,8 mln ton wodoru rocznie, z czego Polska produkuje ponad 1 mln ton, czyli odpowiadamy na pewno za jedną dziesiątą - kilkanaście procent produkcji – zauważa Maciej Giers.
W Polsce produkujemy głównie, jak zaznacza ekspert – wodór szary. Jednak trwają prace nad strategią, dotyczącą koloru zielonego. A w technologie wodorowe, jak zaznacza ekspert, inwestują znaczące polskie spółki, takie jak PGNiG, Lotos, Jastrzębska Spółka Węglowa.
Ale w kontraście do perspektyw rozwojowych - w Polsce wciąż nie zgadza się kolor – przynajmniej jeśli patrzeć na kierunek, w którym, jak mówi analityk, zmierzać chce Unia Europejska, prezentująca właśnie swoją strategię wodorową, a także takie kraje jak np. Niemcy, które niedawno przedstawiły swoją własną strategię wodorową.
Więcej o perspektywach wodorowej energii, o rozmaitych kolorach wodoru, o jego potencjale, zastosowaniach, o umowie podpisanej przez Niemcy z jednym z krajów Północnej Afryki, o tym, dlaczego wodór zielony już w 2030 roku może wkroczyć w nasze życie codzienne i jak wygląda jego produkcja w Polsce: w tekście wywiadu.
***
PolskieRadio24.pl: W sferze energetyki wiele słychać o zielonym wodorze. Co jest zielony wodór?
Maciej Giers, ekspert ds. energetycznych w Esperis Consulting: O wodorze jako źródle energii mówi się już od dekad. Od kilku dziesięcioleci istnieją ogniwa paliwowe, napędzane wodorem. W ostatnim czasie wodór zyskał jednak bardzo na popularności.
Wodór to najprostszy pierwiastek we wszechświecie, najbardziej powszechny. A przez tę swoją prostotę ma wiele ciekawych właściwości chemicznych i fizycznych, to czyni go jednym z najefektywniejszych paliw. By nie zagłębiać się w technikalia, powiedzmy tylko, że ma bardzo wysokie ciepło spalania, czyli z relatywnie małej jego ilości jesteśmy w stanie wyprodukować dużo energii.
Warto wspomnieć o kolorach wodoru. Choć wodór to zawsze ten sam pierwiastek, o wzorze chemicznym H2, to wodór wodorowi nierówny.
Może być kolorowy.
Kolorowy - w cudzysłowie. Jak wynika z ostatnich szacunków Komisji Europejskiej, obecnie na świecie produkuje się, 74 mln ton wodoru, z czego 95%, a nawet więcej, to tak zwany wodór szary i ewentualnie niebieski.
Kolory wodoru oznaczają sposób, w jaki został on wyprodukowany. Wodór szary i niebieski, a także odmiana turkusowa – są wyprodukowane z paliw kopalnych, głównie gazu, metanu. Poprzez różne procesy chemiczne z gazu ziemnego otrzymuje się wodór.
Drugą metodą jest elektroliza wody - przez wodę przepuszczamy prąd o dużym napięciu i wówczas rozpada się ona na wodór i pozostałe substancje. W ten sposób można produkować tak zwany wodór fioletowy – o czym mówi coraz głośniej Federacja Rosyjska – z użyciem prądu wyprodukowanego z nadwyżek energii jądrowej. Elektroliza wody jest dokonywana wówczas przy pomocy prądu, wyprodukowanego z energii jądrowej.
Ideałem, do którego dążymy, a przynajmniej chce dążyć Komisja Europejska, jest tak zwany wodór zielony, czyli produkowany z odnawialnych źródeł energii, czyli energii wiatru albo paneli fotowoltaicznych.
Wyżej wymienione to główne kolory wodoru.
Szary, niebieski, turkusowy, fioletowy i zielony…
Wodór jest nie tylko paliwem - od dziesięcioleci jest też surowcem, globalnie produkujemy kilkadziesiąt milionów ton wodoru. Jest surowcem w różnych procesach przemysłowych, przede wszystkim w produkcji nawozów, amoniaku, jest też chłodziwem do reaktorów jądrowych. Zastosowań jest bardzo dużo.
A obecnie największy nacisk kładzie się na motoryzację, samochody napędzane wodorem. Pojawia się jednak też większy akcent na wykorzystanie wodoru w ciepłownictwie czy produkcji energii jądrowej.
Wyobraźnię pobudzają samochody wodorowe.
W samochodach wodorowych wodór nie jest tym paliwem, które stricte jest spalane. Istnieje możliwość tłoczenia wodoru i mieszania z gazem ziemnym w gazociągach – w takiej postaci może zostać spalony w elektrowni. Są jednak o wiele ciekawsze metody. To są na przykład ogniwa paliwowe, o których teraz wiele się mówi. Na czym to polega? Mamy mały akumulator, o bardzo prostej budowie, który w środku ma specjalną membranę. To fascynująca technologia: membrana jest folią perforowaną otworami tak małymi, że przechodzi przez nie proton atomu, ale nie elektron. W efekcie w wyniku rozpadu jądra wodoru, wytwarzają się różne bieguny elektryczne i jest wytwarzany prąd elektryczny.
Jakie są najbardziej perspektywiczne zastosowania wodoru i w jakich krajach jest on już popularny?
Różnie to wygląda w skali globalnej. Warto wskazać na Japonię i Stany Zjednoczone jako kraje, w których produkcja lub prace nad technologiami wodorowymi są bardzo zaawansowane. W Japonii masową produkcją aut wodorowych zainteresowani są najwięksi – to Mitsubishi, Honda i tak dalej. Mnóstwo jest teraz marek japońskich, które starają się postawić na motoryzację napędzaną wodorem.
Widać tu pewną animozję między lobbingiem na rzecz aut elektrycznych i wodorowych. Każde z nich ma swoje plusy i minusy. Plusem wodoru, już nie tylko w kontekście motoryzacji, jest to, że pozwala się uniezależnić od importu paliw. Dlatego Japonia zdecydowała się na przestawienie części gospodarki na wodór, wytwarzany z rodzimych źródeł.
Jeśli dane państwo produkuje zielony wodór z energii wiatrowej czy paneli fotowoltaicznych, to de facto potrzebuje tylko swojego terytorium, na którym postawi farmę wiatrową albo farmę fotowoltaiczną i technologii.W ten sposób może produkować nie tylko energię elektryczną, ale też paliwo motoryzacyjne, co potencjalnie całkowicie uniezależnia je od importu ropy naftowej czy gazu ziemnego Oczywiście w idealnym scenariuszu, po przestawieniu znaczącej części lub całej gospodarki na wodór.
Jeśliby się miało okazać, że wodór naprawdę będzie paliwem przyszłości, to za jakiś czas możemy się znaleźć w całkowicie innej rzeczywistości, w której kraje, które dzisiaj uważamy za potęgi energetyczne, eksporterów energii, choć dalej nimi będą, to stracą dominującą pozycję, bo część państw będzie się w stanie od nich uniezależnić dzięki tym nowym technologiom.
Czy to już się dzieje, czy to pieśń przyszłości?
Na razie ten proces raczkuje. Na przykład w Polsce w przyszłym roku otworzą się dwie stacje tankowania wodoru, w Gdańsku i w Warszawie. To mało, by przekonać do zakupu samochodu wodorowego.
Za to inaczej jest w niektórych krajach Unii Europejskiej. W Niemczech takich aut jest kilkaset, ale w krótkim okresie liczba ta ma wzrosnąć do kilku tysięcy, a może nawet kilkudzięsieciu. Sieć stacji też stawać się będzie o wiele gęstsza.
Jakie są jeszcze inne zastosowania wodoru?
Istotne jest zastosowanie wodoru w przemyśle stalowym - są technologie, które pozwalają wyeliminować węgiel koksujący z procesu metalurgicznego i zastąpić go wodorem. To jest wciąż pilotaż, gdyby jednak miało się okazać, że będzie to technologia wiodąca, byłaby to olbrzymia konkurencja nie tylko dla branży paliwowej (mniej aut na benzynę, więcej na wodór), ale też dla producentów węgla.
Dlaczego teraz o wodorze tyle się mówi?
Ma to związek z polityką klimatyczną. Chodzi o cele unijne, ale także zobowiązania wielu państw świata w ramach porozumienia paryskiego do redukcji emisji. Wodór jest paliwem nieemisyjnym – czy ze spalenia wodoru, czy wykorzystania go w ogniwach paliwowych – w efekcie tak naprawdę powstaje para wodna, ewentualnie woda destylowana.
Samo wykorzystanie wodoru nie pociąga za sobą żadnych emisji.
Potencjał jest zatem duży: czyste produkty spalania, możliwość uzyskania samowystarczalności od eksporterów paliw, ropy, od węgla. Nasuwa się teraz pytanie, czy da się go wyprodukować wystarczająco dużo i jakimi kosztami?
Koszty są tutaj dość problematyczne. Oficjalna strategia wodorowa Unii jakiś czas temu wyciekła do mediów. Komisja Europejska zwraca uwagę w niej uwagę na problem, że ceny wodoru trzeba obniżyć, gdyż w obecnym układzie może nie być konkurencyjny.
Zaznaczono, że może brakować zachęty do jego stosowania. Jeśli tak jak chociażby w Polsce, w całym kraju miałyby być dwie stacje do tankowania wodoru, w Warszawie i w Gdańsku, to nikt nie kupi samochodu. Mamy wtedy błędne koło: nikt nie wybuduje stacji, bo nie ma kto tankować. KE próbuje zatem w skali UE przełamać owe błędne koło. Przygotowano pakiet regulacji. Będzie on, co prawda, prawdopodobnie procedowany dopiero w przyszłym roku. Pierwsze pakiety legislacyjne UE mogą się pojawić w czerwcu 2021 roku – takie przynajmniej są założenia.
Unia Europejska obecnie zaczyna wyraźnie mówić o subsydiowaniu rynku wodoru. Wyraźnie wskazuje na to, że teraz jest na to odpowiedni czas - kryzys gospodarczy – okazja, żeby nie wracać do starych nawyków, tylko pójść w nowym kierunku.
Zielony wodór ma to do siebie, że tworzy bardzo długi łańcuch dostaw. Bo potencjalnie, by wyprodukować wodór, musi powstać wiatrak albo farma wiatrowa. Następnie trzeba dostarczyć technologię do jego magazynowania, zaawansowane technologicznie zbiorniki, trzeba dostarczyć ogniwa paliwowe i tak dalej.
A propos zastosowania i potencjału wodoru, to jeśli chcemy coraz bardziej iść w kierunku odnawialnych źródeł energii – to trzeba mieć na uwadze, że mają one to do siebie, iż produkują energię wtedy kiedy wieje wiatr albo świeci słońce. A kiedy nie świeci, nie wieje – produkcji nie ma. To powoduje ryzyko niezbilansowania, nadwyżek i niedoborów.
W wodorze upatruje się zaś roli magazynu energii. Z tym jednak wiążę się problem strat energii przy jej transformacji. Niektóre badania pokazują, że w przypadku niektórych technologii na zielony wodór, do momentu zużycia go w silniku samochodu, pozostaje jedynie 17 procent początkowego potencjału energetycznego.
To zatem jedna z wad wodoru.
Tak. Jeśli wrócić do Komisji Europejskiej: sygnałem, że KE zamierza poważnie traktować to źródło energii, jest propozycja, by euro stało się walutą międzynarodowego obrotu wodorem, czyli Unia Europejska miałaby się stać hubem wodorowym i punktem odniesienia dla rynku globalnego. A czy jest to możliwe, to już inna kwestia.
Zaproponowano też, żeby regulacje UE odnoszące się do wodoru, były tożsame z tym, co mamy obecnie na rynku gazu ziemnego. Chodzi o swobodny przesył transgraniczny, rozdzielenie właściciela infrastruktury od właściciela surowca tzw. unbundling. Chodzi o to, by rynek wodoru opierał się na unijnych zasadach konkurencji. 1 lipca prezydencję w Radzie UE przejęły Niemcy – z pewnością wywarły wpływ na kształtowanie unijnej polityki.
Dlaczego dla Niemiec wodór jest ważny?
Sądzę, że przez tzw. Energiewende Niemcy będą mieli duże moce farm wiatrowych. Są też krajem znaczącym, jeśli chodzi o rynek gazu ziemnego. W czerwcu Niemcy opracowały swoją strategię wodorową. Zakłada ona, że promowany i subsydiowany będzie wodór zielony. Nie będzie jednak wykluczany wodór z gazu ziemnego. Także Norwegia, Dania mają duże zasoby gazu ziemnego i duże moce energii wiatrowej.
Wodór jest zagrożeniem dla węgla i ropy naftowej, ale nie wydaje się, że szybko wyprze z rynku UE gaz ziemny. 75% kosztów produkcji wodoru to koszty prądu, surowca używanego do jego produkcji, czyli wodór będzie tani, jeżeli będzie tani prąd i tani gaz. Obecnie ceny gazu spadają, ceny prądu także powinny spadać.
Wodór może być konkurencją dla ropy naftowej?
Jeśli mówić o motoryzacji, jeśli wodór miałby się stać znaczącym paliwem, to w Japonii zakłada się, że mógłby wyprzeć od 2 do 20% samochodów na benzynę. To nie dominujący udział w rynku, jednak zakłada on mniejsze zapotrzebowanie na paliwa, benzyny.
Zaś w nawiązaniu do idei suwerenności energetycznej, produkcji energii na potrzeby danego kraju, to wodór jest najtańszy z definicji w miejscu produkcji. Koszt wyprodukowania wodoru jest relatywnie niewielki w porównaniu do jego transportu.
Na bliższe odległości można wtłoczyć wodór do gazociągów z gazem ziemnym. Przeprowadza się takie działania pilotażowo w Europie, nasz polski Gaz System podawał, że może przesyłać co najwyżej 10 procent wodoru zmieszanego z 90 procent metanu przez swój system przesyłowy.
Wydaje się więc, że przesył wodoru mógłby funkcjonować na rynku europejskim. Jest jednak problem z transportem wodoru na dalsze odległości. Wodór musiałby być sprężony, co jest obecnie drogie, albo transportowany w formie innego związku chemicznego, amoniaku albo metylocykloheksanu, co z kolei wymaga przeprowadzenia kolejnych procesów chemicznych, by go odzyskać.
Wydaje się, że dla rozwoju rynku unijnego kluczowa będzie produkcja własna, ewentualnie w państwach ościennych. Myślę tu m.in. o Norwegii, która produkuje prawie 100% energii ze źródeł odnawialnych, ale ma też znaczące złoża gazu.
W grę wchodzą też Północna Afryka i Bliski Wschód. Na przykład Niemcy podpisali umowę o produkcji zielonego wodoru z Marokiem. Północ Afryki, czyli Egipt, Maroko, Algieria ma świetne nasłonecznienie, doskonałe warunki do fotowoltaiki. Można tam produkować dużo i tanio. W krótkiej perspektywie byłbym jednak sceptyczny, jeśli chodzi o rynek globalny.
Być może to się zmieni w dłuższej perspektywie. W tym roku doszło do pierwszego importu wodoru do Japonii z Brunei. Krajem, który bardzo się nastawia na eksport wodoru, jest Australia. Powstały dokumenty strategiczne, wyliczenia, a zgodnie z tymi szacunkami cena wodoru australijskiego na rynek azjatycki byłaby droższa o 4 centy od katarskiego. Odległość wciąż jest kluczowa.
Chiny, które mają potencjał, żeby być połową globalnego rynku wodoru, Japonia, Korea, Singapur – mogą być centrum w tym zakresie.
Europa wydaje się przy obecnych kosztach i przy obecnych zdolnościach technologicznych trochę za daleko, żeby tam eksportować bądź importować wodór w konkurencyjnej cenie. Jednak rynek wodoru jest w zalążku, dłuższe prognozowanie jest trudne.
Kiedy zaczniemy postrzegać wodór jako część naszej codzienności, jako jedną z alternatyw energetycznych? Zapewne to zależy gdzie, w którym kraju?
W Japonii poczyniono wiele kroków na rzecz wdrożenia tego nowego źródła energii.
Z perspektywy Unii Europejskiej jesteśmy zobligowani celem osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2050 roku, z celem pośrednim w 2030 roku. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, sądzę, że w 2030 roku ów wodór będzie musiał być istotniejszą niż obecnie częścią miksu energetycznego Unii.
Z dokumentów unijnych wynika, że patrzy się na niego jak na najbardziej perspektywiczne paliwo alternatywne w transporcie. Transport odpowiada za znaczący udział emisji, musi się przetransformować. Wiele krajów, na przykład Szwecja, ma również swoje własne cele pośrednie zakładane na rok 2030, obliczone na redukcję emisji, z dużym naciskiem na transport.
A wodór zaś ma duże ciepło spalania, relatywnie mała ilość pozwoli przejechać większą liczbę kilometrów. Cztery kilogramy wodoru starczają na około 500-600 km. Baterie litowo-jonowe w samochodach elektrycznych ważą kilkaset kilogramów. A tu w mamy samochód, który z 4 kg paliwa przejedzie kilkaset kilometrów.
W kontekście transportu wodór może być poważnym wyzwaniem dla Polski - bo jesteśmy znaczącym graczem na rynku transportowym. Pytanie, co będzie, jeśli Niemcy Holandia, inne kraje tranzytowe, wprowadzą preferencyjne warunki na autostradach dla ciężarówek napędzanych wodorem, a polscy przedsiębiorcy, polska flota, jeszcze by się nie przestawiły na ten tryb.
Myślę, że sygnały wysyłane przez Komisję Europejską, fakt, że kolejne państwa Niemcy, Norwegia przyjmują strategie wodorowe, powinno być ważnym znakiem nie tylko dla administracji, która zgodnie z deklaracjami Ministerstwa Klimatu pracuje nad strategią, ale także dla polskich przedsiębiorców. To może być sygnał, że pewna era się kończy i trzeba pomyśleć, co dalej.
Mogą przyjąć się technologie metalurgiczne z wykorzystaniem wodoru.
Co jeszcze można powiedzieć o Polsce, jeśli chodzi o wodór?
Wbrew pozorom Polska nie jest nieznaczącym graczem, nawet na rynku unijnym, bo w UE produkuje się 9,8 mln ton wodoru rocznie, z czego Polska produkuje ponad 1 mln ton, czyli odpowiadamy na pewno za jedną dziesiątą, może nawet kilkanaście procent produkcji. W 2018 roku było to około 14%. Te programy są rozwijane. Orlen niedawno ogłosił, że we Włocławku chce stworzyć hub wodorowy, który będzie mógł produkować dodatkowo 1 mln ton, docelowo nawet 5 mln ton wodoru.
Także Lotos w Gdańsku na swój program wodorowy. Podpisał listy intencyjne z Gdynią i Władysławowem, by autobusy miejskie były napędzane wodorem produkowanym przez Lotos w zakładach w Gdańsku.
Wodór produkują też Jastrzębska Spółka Węglowa i Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo
W przypadku polskiego wodoru problem polega na tym, że do końca nie zgadza się nam kolor. A jak pokazuje strategia UE, promowany będzie właśnie kolor wodoru. Obecnie jednym zielonym produktem wodorowym w Polsce jest program PGNiG. W Odolanowie planowana jest produkcja wodoru z farm fotowoltaicznych. Reszta jest produkowana z paliw kopalnych.
To swego rodzaju sygnał alarmowy. Zrobiliśmy krok w dobrą stronę, ale może potrzeba zrobić dwa kroki? Przeskoczyć być może ten etap produkcji z gazu ziemnego i paliw kopalnych i przejść odważnym krokiem do produkcji z odnawialnych źródeł energii. To zapewne będzie główny trend.
W następnych latach mają powstać farmy wiatrowe na Bałtyku. Będą to duże moce. Może warto pójść w tę stronę. Także Orlen działa na tym polu.
Byłaby to strategia zachowania rynku. Jeśli auta wodorowe miałoby wypierać paliwa tradycyjne, to ważne, aby polskie koncerny branży oil & gas mogły się w tym odnaleźć.
***
Z Maciejem Giersem, ekspertem ds. energetyki, rozmawiała Agnieszka Marcela Kamińska, PolskieRadio24.pl
PAP
