W przeciwieństwie do innych źródeł energii zasoby wodoru są praktycznie nieskończone. Dlatego często mówi się o nim jako o paliwie przyszłości, które całkowicie zmieni oblicze energetyki, a w szczególności transportu – także w Polsce, która znajduje się w czołówce największych producentów tego pierwiastka.
Z artykułu dowiesz się:
- W jaki sposób wodór jest wykorzystywany w napędzaniu pojazdów?
- Jakie są rodzaje wodoru w zależności od sposobu jego produkcji?
- Jak wygląda rynek wodoru w Polsce?
Wodór to najbardziej rozpowszechniony pierwiastek zarówno na Ziemi, jak i w Układzie Słonecznym – zbudowane jest z niego aż 75 proc. wszechświata. Co więcej, człowiek potrafi go wyprodukować. Aktualnie wodór jest wykorzystywany przede wszystkim w przemyśle i rafineriach oraz do magazynowania energii, jednak największe nadzieje pokłada się w nim w związku z transportem. Zapotrzebowanie na ten pierwiastek rośnie z roku na rok – w 2020 r. światowe zapotrzebowanie wyniosło 90 mln t, wynika z szacunków Międzynarodowej Agencji Energii. Prognozuje się, że w 2050 r. ma być ponad cztery razy większe i wynieść 400 mln t.
Paliwo doskonałe?
Ogromną zaletą wodoru jako paliwa jest jego wysoka energetyczność. Z 1 kg tego surowca powstaje nawet do 33 kWh energii. To średnio trzy razy więcej, niż z gazu lub ropy. Nic zatem dziwnego, że coraz częściej jest wskazywany jako paliwo przyszłości.
Wodór może napędzać pojazdy na dwa sposoby. W samochodach elektrycznych jest składnikiem ogniw paliwowych. Surowiec jest spalany, na skutek czego w ogniwie wytwarza się prąd, który jest wykorzystywany jako napęd do pojazdów. Akumulator w pojeździe wodorowym jest nawet dziesięciokrotnie lżejszy, niż zwykła bateria litowo-jonowa. To właśnie dlatego istnieje duża potrzeba wykorzystania tej technologii w lotnictwie czy ciężkim transporcie.
Drugim sposobem jest wykorzystanie wodoru jako paliwo w silnikach spalinowych. Nie jest to jednak sam wodór, ale jego mieszanka z niewielką ilością konwencjonalnego paliwa, ponieważ pierwiastek ten w czystej postaci błyskawicznie się spala, dodatkowo powodując przy tym lekki wybuch. Nie stanowi on jednak zagrożenia porównywalnego chociażby z tym zachodzącym przy zapaleniu się silnika benzynowego, ponieważ surowiec spala się bardzo szybko, a płomień skierowany jest jedynie w górę.
Poważnym wyzwaniem związanym z wodorem jest magazynowanie surowca. Pierwiastek nie dość że musi być schłodzony do temperatury -250 stopni Celsjusza, to powinien być przechowywany pod odpowiednim ciśnieniem. To wszystko generuje koszty, które na ten moment są dużą barierą dla rozpowszechniania się tej technologii.
Niekoniecznie bardziej ekologiczny
Czynnikiem, który sprawia, że wodór jest tak pożądanym paliwem, jest jego bezemisyjność. Jedynym „odpadem” jaki produkuje silnik napędzany wodorem, jest woda. Inną kwestią jest jednak sam proces produkcji, podczas którego często dochodzi do emisji szkodliwych dla środowiska substancji. W zależności od sposobu pozyskiwania, pierwiastek określa się za pomocą kolorów. Kolorowe nazewnictwo pomaga sprawnie operować nazwami poszczególnych rodzajów wodoru, w zależności od sposobu produkcji. Dla przykładu, wodór produkowany z energii atomowej nazywany jest różowym, a ten powstający z miksu energetycznego konkretnego kraju – żółtym.
Na chwilę obecną najpopularniejszy na świecie jest wodór szary, czyli produkowany przy użyciu reformingu parowego – procesu polegającego na rozbijaniu cząsteczek metanu cząsteczkami wody, w wyniku czego obok wodoru powstaje również tlenek węgla. Zazwyczaj do tego procesu używa się gazu ziemnego, czego skutkiem ubocznym jest produkcja dwutlenku węgla – i to w znacznych ilościach. Na każdą tonę wyprodukowanego wodoru przypada bowiem 10 t wyemitowanego pobocznie dwutlenku węgla.
Na szczęście możliwe jest wychwycenie dwutlenku węgla na etapie produkcji i składowania go w ziemi. Wodór produkowany tym sposobem nazywamy niebieskim.
Z perspektywy dążenia do transformacji energetycznej, najważniejszy jest wodór zielony, wytwarzany za pomocą elektrolizy wody. Do tego procesu używa się wyłącznie energii z odnawialnych źródeł, takich jak woda, słońce czy wiatr. Poszczególne państwa dążą do zwiększenia produkcji zielonego wodoru, jako bardziej przyjaznego środowisku, niż szary. Nie oznacza to jednak, że wykorzystanie tego ostatniego – mimo jego emisyjności – nie jest dobrym krokiem w kierunku zielonej transformacji.
Polski potencjał
Kraje, które stawiają sobie za cel odejście od paliw kopalnych, coraz więcej inwestują w wodór. Polska nie jest w tej kwestii wyjątkiem – wręcz przeciwnie, mamy w tej dziedzinie potencjał. W 2022 r. byliśmy trzecim producentem tego surowca w Europie (za Niemcami i Holandią) i piątym na świecie. Roczna produkcja wodoru w naszym kraju wyniosła 1,3 mln t, co stanowiło 13 proc. produkcji w Unii Europejskiej. Trzeba jednak zaznaczyć, że w Polsce produkowany jest głównie wodór szary. Jest on wytwarzany – jak również wykorzystywany – w zakładach przemysłowych. Używa się go przede wszystkim w branży chemicznej, przemyśle rafineryjnym, spożywczym i metalurgicznym.
Aby nadążyć w „wyścigu po wodór” na arenie międzynarodowej, Polska powinna zwiększyć swoje inwestycje w tym obszarze, wynika z raportu Polskiego Instytutu Ekonomicznego. W 2022 r. na badanie technologii wodorowych i ogniw paliwowych przeznaczono zaledwie 3,1 proc. wydatków na cele badawcze w dziedzinie energetyki. Dla porównania, w innych krajach członkowskich Międzynarodowej Agencji Energetycznej, odsetek ten wynosił powyżej 12 proc. Jak wskazują autorzy opracowania, Polska powinna zwiększyć ten odsetek do 10 proc., a co więcej – zwiększyć wysiłki na rzecz przejścia na wodór zielony, pochodzący z odnawialnych źródeł energii.
W 2021 r. rząd opublikował Polską Strategię Wodorową do 2030 r. z perspektywą do 2040 r., zgodnie z którą wodór byłby wykorzystywany przede wszystkim jako magazyn energii. Projekt zakłada też dekarbonizację tych sektorów gospodarki, których elektryfikacja jest niemożliwa lub nieopłacalna, czy przekwalifikowanie kadry, zatrudnionej wcześniej np. w sektorze górnictwa.
Mimo, że od opublikowania strategii zmieniła się sytuacja geopolityczna Polski, to potrzeba jej realizacji nie przestaje być aktualna. Wręcz przeciwnie – rozwój technologii wodorowych cały czas zyskuje na znaczeniu.