Czym jest i jak powstaje zielony wodór?

---

Zielony wodór – co to jest i jakie ma znaczenie?

Wodór stanowi jeden z najczęściej występujących na świecie pierwiastków. Występuje w wodzie oraz węglowodorach i coraz częściej bywa postrzegany jako alternatywa dla konwencjonalnych źródeł energii. Cechuje się wysoką wartością energetyczną i może być wykorzystany nie tylko jako źródło energii, ale też jej magazyn.

Obecne technologie pozwalają na pozyskiwanie wodoru na wiele różnych sposobów¹. Wodór konwencjonalny (określony jako szary) pozyskuje się z paliw nieodnawialnych w wyniku:

• reformingu gazu ziemnego;

• zgazowania pokładów węgla;

• separację z gazu koksowniczego.

Choć wydajny pod względem energetycznym, szary wodór cechuje się bardzo wysokim śladem węglowym i negatywnym wpływem na środowisko.

Obok wodoru szarego wyróżnia się również niebieski, czyli powstały ze źródeł nieodnawialnych, ale niskoemisyjnych. Do jego produkcji wykorzystuje się m.in. takie technologie, jak reforming parowy węglowodorów z sekwestracją dwutlenku węgla (ang. Carbon Capture and Storage, CCS), zgazowanie węgla z CCS czy elektrolizę z wykorzystaniem energii eklektycznej pochodzącej ze źródeł tradycyjnych – węglowych – z CCS.

Wreszcie istnieje też wodór zielony. Jest on najbardziej ekologiczny ze wszystkich typów syntetycznie produkowanego pierwiastka, ponieważ do jego wytworzenia wykorzystuje się wyłącznie odnawialne źródła energii. W efekcie jego zasoby są nieograniczone, a produkcja nie wpływa na środowisko naturalne i nie prowadzi do zanieczyszczenia powietrza.

Zielony wodór jak powstaje – procesy produkcji i technologie

Aby zielony wodór mógł powstać, niezbędne jest zaangażowanie procesów wykorzystujących energię odnawialną. W literaturze² wskazuje się na dwie technologie, które temu służą:

• produkcja wodoru z biomasy;

• produkcja wodoru za pomocą elektrolizy.

Produkcja wodoru z biomasy polega na zgazowaniu odpadów biologicznych, np. trawy lub słomy. Powstała w ten sposób mieszanina może zostać przekształcona w wodór za pomocą reforminu parowego. Oprócz pożądanego wodoru w procesie powstają gazy resztkowe, które można wykorzystać do zasilania urządzeń elektrycznych poprzez umieszczenie mieszanki w turbinie gazowej. Równie ekologiczny proces zakłada pozyskiwanie wodoru poprzez fotosyntezę z alg i innych mikroorganizmów. W praktyce jednak wyłącznie elektroliza nadaje się do wykorzystania na przemysłową skalę, ponieważ aktualnie nie ma infrastruktury pozwalającej na wytwarzanie biometanu w dużej ilości.

Jak w takim razie działa elektroliza do pozyskiwania wodoru? W urządzeniu określanym jako elektrolizer dochodzi do rozbicia wody na wodór i tlen. Wodór przemieszcza się do bieguna naładowanego ujemnie, tlen zaś – do bieguna dodatniego. W zależności od rodzaju elektrolizy wykorzystuje się elektrolit alkaliczny w postaci roztworu wody oraz wodorotlenku potasu albo membranę PEM (ang. Proton Exchange Membrane). Aby cała technologia była ekologiczna, elektrolizer musi być zasilany energią odnawialną pochodzącą ze słońca (fotowoltaika) albo siły wiatrów (elektrownie wiatrowe).

Zielony wodór w Polsce – aktualny stan i perspektywy rozwoju

Niestety obecnie zaledwie około 5% całkowitej światowej produkcji wodoru „ma kolor” zielony. Przytłaczająca większość tej energii to wodór szary, a więc nieekologiczny. Nie oznacza to jednak, że na przestrzeni kilku kilkunastu lat ta proporcja nie ulegnie zmianie. Już teraz w Polsce realizowanych jest wiele inicjatyw, które mają na celu implementację zielonego wodoru do życia codziennego.

Warto zwrócić uwagę, chociażby na Klaster Technologii Wodorowych (siedziba koordynatora znajduje się w Gdańsku) pracujący nad wykorzystaniem zielonego wodoru w transporcie czy projekt Noble Tank zakładający produkcję zbiorników ciśnieniowych do przechowywania wodoru. To jednak nie wszystko.

Projekt NeptHyne to morska elektrownia wiatrowa, która ma produkować wodór na potrzeby energetyki oraz zasilania statków. Jeszcze inną inicjatywą jest IPCEI BlackHorse (projekt Polski, Słowacji i Węgier), która zakłada m.in. budowę 270 stacji tankowania wodoru w obszarze Transeuropejskiej Sieci Transportowej czy produkcję 40 elektrolizerów, które będą produkowały ekologiczne paliwo.

Na uwagę zasługuje też projekt Hydrogen Eagle, w którym bierze udział PKN Orlen. Zakłada on budowę 9 niskoemisysyjnych hubów wodorowych na terytorium Polski, w Czechach i na Słowacji działających w oparciu o energię odnawialną. Mają to być całe centra infrastruktury przeznaczonej do produkcji i dystrybucji energii wodorowej. PKN Orlen ma w tym celu wykorzystać swoją morską farmę wiatrową Baltic Power, która zacznie powstawać jeszcze w tym roku. Wśród mniejszych sukcesów warto wymienić:

• uruchomienie autobusów wodorowych w Świdniku przy współpracy z PAK-PCE, a także zakupienie loty wodorowych autobusów w Poznaniu;

• utworzenie sieci stacji ładowania wodoru H2 PAK-PCE. 30 stacji ma zostać rozmieszczone w największych, polskich miastach;

• oddanie do użytku pierwszej wodorowej lokomotywy we współpracy z zakładami PESA oraz PKN Orlen.

Oczywiście są to jedynie przykłady, ale obrazują one, że rozwój technologii wodorowych trwa i są one implementowane zarówno odgórnie z myślą o krajowym bezpieczeństwie energetycznym, jak i oddolnie, na poziomie poszczególnych jednostek samorządu terytorialnego. Firma, która weźmie udział w tym wyścigu może wiele zyskać!

Zielony wodór z OZE w Polsce – potencjał i wyzwania

Potencjał leżący w zielonym wodorze jest ogromny i będzie odczuwalny na wielu płaszczyznach. Kraje, które wdrożą te technologie do swojej energetyki, spełnią unijne wymagania dotyczące ochrony środowiska i zrównoważonego rozwoju. Z kolei firmy stosujące rozwiązania bazujące na zielonym wodorze obniżą koszty pozyskania energii elektrycznej, położą kamień milowy dla swojej strategii ESG. Ustabilizują też swój wizerunek jako rzetelnego i odpowiedzialnego uczestnika rynku i partnera handlowego.

Wdrożenie technologii wodorowych wiąże się z całym szeregiem wyzwań, z którymi zarówno producenci, dostawcy, jak i korzystający muszą sobie poradzić. Do przykładowych problemów należy zaliczyć³:

• dostępność materiałów niezbędnych do produkcji elektrolizerów (m.in. platyna oraz iryd);

• optymalizacja mocy produkcyjnych elektrolizerów tak, aby były one w stanie zaspokoić potrzeby rynku;

• skoordynowanie ze sobą rozwoju poszczególnych elementów infrastruktury – w końcu po co produkować wodór, jeśli będzie brakowało pojazdów, które go wykorzystają?;

• dopracowanie poszczególnych elementów technologii wodorowych tak, aby były w pełni bezpieczne do komercyjnego zastosowania.

Z pewnością minie jeszcze sporo czasu, zanim na każdej stacji w Polsce będzie można zatankować wodór i jeszcze więcej, zanim takie pojazdy pojawią się w każdym gospodarstwie domowym. Niemniej jednak rozwój technologii pozyskiwania i wykorzystania zielonego wodoru stwarza zupełnie nowe perspektywy dla dynamicznie rozwijających się firm, które chcą bazować na energii odnawialnej.

 

1. Zielony wodór z OZE w Polsce. Wykorzystanie energetyki wiatrowej i PV do produkcji zielonego wodoru jako szansa na realizację założeń Polityki Klimatyczno-Energetycznej UE w Polsce; Dolnośląski Instytut Studiów Energetycznych 2021 http://psew.pl/wp-content/uploads/2021/12/Raport-Zielony-Wodor-z-OZE-77MB.pdf dostęp: 10.07.2024 r

2. Jureczka Sz. i in.; Wodór. Informacje i właściwości. Paliwa przyszłości; Eunomia 1 (104)/2023.

3. Polski Wodór. Zdążymy na czas? 4CF The Futures Literacy Company https://4cf.pl/wp-content/uploads/pdf/4cf_raport_wodor.pdf; dostęp: 10.07.2024 r.