Wodór to pierwiastek, którego jest najwięcej we wszechświecie. Jego niewykorzystywanie to strata, która może okazać się kluczowa w walce o redukcję światowej emisji. Kluczem jest jednak dojście do jego ekologicznego wytwarzania.

Potencjał wykorzystywania wodoru jako paliwa transportowego zaczyna być coraz głośniej komentowany. Sugeruje się, że wartość rynku związanego z tym pierwiastkiem może wzrosnąć trzykrotnie do 2050 roku – wynika z raportu Bain&Company. Spadające ceny jego produkcji oraz rosnące ceny uprawnień do emisji CO₂ sprawią, że spółki energetyczne, wydobywcze i przemysłowe inwestują w rozwój technologii wodorowych, badając m.in. możliwości jego wykorzystywania np. w transporcie ciężkim.

Chiny wodorową potęgą

Obecna światowa produkcja wodoru wynosi około 115 milionów ton. Do państw najbardziej zaawansowanych na drodze do „gospodarki wodorowej” należą m.in. Stany Zjednoczone, Japonia, Chiny, Niemcy oraz Australia. Państwo Środka w tym przypadku odpowiada za aż 1/3 produkcji globalnej. W Chinach działa prawie tysiąc węglowych gazyfikatorów, które odpowiadają za 5 proc. zapotrzebowania na węgiel w tym kraju. W Chinach stosuje się również gazowy reforming. Różnicą w stosunku do reszty świata jest jednak fakt, że wodór z gazyfikacji węgla jest w azjatyckim mocarstwi o 20 proc. tańszy niż otrzymywany w wyniku reformingu metanu. Może się to okazać kluczowe, zwłaszcza przy założeniu, iż do 2040 r. technologie wodorowe mają tworzyć 10 proc. systemu energetycznego kraju. Założenia poczynione dla chińskiej gospodarki, potwierdzają również branżowi eksperci, którzy zakładają, że wodór może stać się jednym z istotniejszych czynników w krajowym miksie energetycznym.

Wodór poza zastosowaniem w miksie energetycznym, ma też duży potencjał w branży transportowej. Sama produkcja w USA pozwoliłaby obecnie na zasilanie 47 milionów samochodów pasażerskich rocznie. – Rynek wodoru rozwija się w szybkim tempie. Jeszcze rok temu większość firm dopiero rozpoczynała analizy wykorzystania tego źródła energii. Dziś przedsiębiorstwa przystępują do opracowywania strategii wodorowych, obserwując zmieniające się trendy i nowe rozwiązania – uważa Maciej Rebajn, starszy menedżer w Bain & Company.

Polski potencjał

W wodorowym wyścigu również Polska odgrywa znaczącą rolę. Obecnie jesteśmy trzecim największym producentem wodoru w Unii Europejskiej. Zdolności w tym zakresie przekraczają 1,3 mln ton. Wyprzedzają nas jedynie Niemcy i Holandia. – Niewielu z nas zdaje sobie sprawę, że Polska jest trzecim co do wielkości graczem na europejskim rynku produkcji wodoru. Mamy więc w kraju kompetencje i potencjał do szerokiego wdrożenia ambitnego planu transformacji energetycznej także w oparciu o zielony wodór – powiedział Marcin Lewenstein z EIT InnoEnergy Central Europe.

Trzeba jednak jasno podkreślić, że nasz kraj, choć produkcyjnie jest silny, to zdecydowanie gorzej wygląda sytuacja w przypadku wodoru handlowego. „Większość wodoru, znajdującego się w obrocie na polskim rynku, pochodzi albo z nadwyżek mocy w jednostkach wytwarzania w zakładach chemicznych i rafineriach, albo jest wodorem odpadowym, albo jest importowana z zagranicy – głównie z Niemiec i Czech” – podano w „Clean Hydrogen Monitor 2020”. Większość wodoru w Polsce jest zużywana na cele produkcji amoniaku lub w petrochemiach. Aktualnie na rynku handluje się przede wszystkim wodorem technicznym wykorzystywanym do procesów chemicznych (np. redukcja wodorem). Przykład może stanowić PKN Orlen, który wytwarza wodór na potrzeby przemysłu rafineryjnego, petrochemicznego i chemicznego głównie w technologii SMR (Steam Methane Reformer) z gazu ziemnego i praktycznie w całości wykorzystuje się go do procesów produkcyjnych.

Produkcja zielonego wodoru

Problemem wodoru to nie jego dostępność ale też ekologiczność. Obecnie wytwarzany jest tak zwanym wodorem szarym, gdzie przy produkcji emitowane są znaczące pokłady m.in. CO2. Ponadto musi on być oczyszczany. Optymalna czystość wodoru przemysłowego wynosi 95-99 proc. Nie jest ona jednak wystarczająca, by używać go w układach napędowych pojazdów wodorowych. By mogłyby być one stosowane, konieczne jest jego doczyszczenie. To z kolei wymaga znaczących nakładów energii, która nie zawsze powstaje w ekologiczny sposób.

Tak zwany zielony wodór stanowi obecnie mniej niż 1 proc. To znacząca przeszkoda, która może okazać się głównym problemem do rozwiązania, by jego popularność w końcu wzrosła. Obecnie na świecie najwięcej zielonego wodoru produkuje Australia – 28,9 GW. Wyróżnia się również Niderlandy (13,3 GW) i Belgię (7 GW). Znaczące projekty wodorowe wdrażają także Chiny (5,2 GW), Wielka Brytania (4,2 GW), Arabia Saudyjska (4 GW) i Dania (3,7 GW). Jest to jednak kropla w morzu potrzeb. Według „Green Hydrogen Initiative” w 2050 roku zapotrzebowanie tylko transportu na zielony wodór będzie wynosiło 665 TWh (17 milionów ton). Oznacza to znaczącą potrzebę zwiększenia produkcji.

Według źródeł naukowych w 2026 roku, główną rolę w produkcji nadal będzie ulokowana w obszarze Azji i Pacyfiku. Następnie w Europie, Północnej Ameryce oraz Ameryce Łacińskiej, Afryce i Bliskim Wschodzie. Rozwój tego sektora jest jednak nader istotny, gdyż jego potencjał zwłaszcza w transporcie ciężkim może okazać się kluczowy. – Technologia wodorowa wydaje się realną alternatywą dla konwencjonalnych jednostek napędowych, szczególnie w transporcie profesjonalnym, ale by tak się stało, do rozwiązania pozostaje szereg barier. Zasadniczą kwestią jest wytwarzanie wodoru. By ten pierwiastek stał się paliwem trakcyjnym przyszłości, niezbędny jest „zielony” proces jego produkcji, czyli przy wykorzystaniu energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych, a te jak wiadomo wciąż nie są dominujące w globalnym i krajowym miksie energetycznym. Kolejna przeszkoda, to praktycznie nieistniejąca (zwłaszcza w Polsce) infrastruktura ładowania oraz koszty, które są wypadkową braku urynkowienia tej technologii – komentuje prof. dr hab. inż. Marcin Ślęzak, dyrektor Instytutu Transportu Samochodowego

Źródło: researchgate.net

Maciej Gis