Pierwsze eksperymenty z wykorzystaniem wodoru w sieci [ANALIZA]

29 października 2020, 16:00
gazociąg pixabay
Fot. Pixabay

W związku z wyzwaniami klimatycznymi stojącymi przed Unią Europejską określonymi w ramach Europejskiego Zielonego Ładu technologie wykorzystania wodoru stała się jedną z największych nadziei przeprowadzenia transformacji energetycznej. Można powiedzieć, że mimo faktu, że wodór jako źródło energii znane jest od dekad, obecnie przeżywa swoje „momentum”.

W planach budżetowych Komisji Europejskiej środki na badania nad wykorzystaniem tego gazu wzrosły dwukrotnie w porównaniu do wcześniejszych ustaleń KE – do 650 mln euro. Komisja chce przeznaczyć przez najbliższą dekadę aż 10 mld euro na „redukcję ryzyka dużych i skomplikowanych projektów wodorowych”.

Ponadto, oddzielny fundusz zarządzany przez Europejski Bank Inwestycyjny będzie przyznawać granty na inwestycję w wodorową infrastrukturę. Ma on mieć rocznie do dyspozycji 10 mld euro.
Nie jest to jednak temat zupełnie nowy. Już w 1983 kanadyjski rząd uruchomił program „Rozwój technologii ogniw paliwowych z membraną do wymiany protonów”. W 2015 roku powstał inny projekt „Program rozwoju infrastruktury stacji ładowania wodorem”, który ma za zadanie budowę kolejnych stacji tankowania wodoru. Do 2017 roku rząd Kanady zainwestował ponad 4 mld dolarów wspierając badania, rozwój i budowę infrastruktury dla tego typu pojazdów.

Dekadę później rząd Japonii zainicjował program wodorowy o budżecie 100 mln $ na rozwój i badania możliwości wykorzystania wodoru jako paliwa transportowego.

Podobne programy w ciągu ostatnich dwóch dekad powstały również w USA, Niemczech i Francji. Po pomysłach wykorzystania gazu w transporcie pojawiły się koncepcje użycia go w energetyce. Problem leżał w fakcie, że aby wyprodukować wodór, z którego później można by produkować energię elektryczną, potrzeba również źródła energii. Przez dekady jedną opcją było wykorzystanie do tejże produkcji paliw konwencjonalnych, wysokoemisyjnych.

Wraz z rozwojem odnawialnych źródeł energii powstała szansa na wytwarzanie tzw. zielonego wodoru, który nie byłby obciążony emisjami gazów cieplarnianych. Główne rozróżnienie pod kątem rodzajów wodoru, który miałby być wykorzystywany w energetyce i transporcie, jest następujące:

- niebieski wodór, który pozyskiwany jest głównie w procesie reformingu parowego z gazu ziemnego oraz w procesie wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS)

- zielony wodór, pozyskiwany poprzez proces elektrolizy wody. Rozkładana jest ona na wodór i tlen za pomocą energii elektrycznej wytwarzanej z OZE.

Obecnie znacznie bardziej opłacalna jest produkcja niebieskiego wodoru, stąd aby upowszechnić wodór zielony, niezbędne jest wsparcie rozwoju technologii, które pozwolą na optymalizację kosztów jego produkcji. Analitycy think tanku Aurora Energy Research szacują, że zielony wodór pod kątem kosztów zacznie być konkurencyjny w porównaniu z wodorem niebieskim ok. roku 20401.

Technologie wodorowe w energetyce to już nie tylko sfera deklaracji, planów, raportów czy listów intencyjnych. Pierwsze eksperymenty z zasilaniem tradycyjnych sieci energetycznych wodorem miały już miejsce.

Wielka Brytania

Pilotażowe wprowadzenie wodoru do sieci zostało przeprowadzone na początku roku w Wielkiej Brytanii. HyDeploy to program realizowany przez Keele University ze Staffordshire, który ma na celu „pomóc wprowadzić kraj w zeroemisyjną gospodarkę wodorową”2.

W styczniu 2020 roku do sieci gazowej kampusu Keele University, który składa się ze 100 budynków mieszkalnych i 30 obiektów naukowych wprowadzono mieszankę składającą się z 20% wodoru. Jest to najwyższy, jak to tej pory, wolumen wodoru, jaki wykorzystano w sieci w Europie.

Wodór, którym zasilono sieć pochodził z elektrolizy, czyli był zielony. Badacze tworzący zespół HyDeploy obliczyli, że gdyby zielony wodór stanowił 20% w sieci gazowniczej cały kraj emitowałby rocznie o 6 milionów ton CO2 mniej co równałoby się zniknięciu z dróg 2,5 miliona samochodów3.

Przygotowania do pilotażowego programu trwały dwa lata. Obejmowały one kontrole bezpieczeństwa gazowego wszystkich budynków w trakcie próby, badania laboratoryjne urządzeń gazowych oraz badania wpływu wodoru na materiały znajdujące się w sieci gazowej.

Jeśli program okaże się sukcesem, operator w tej części Wysp Brytyjskich, Northwest Gas Networks, rozpocznie kolejną próbę – tym razem wodór popłynie do 670 obiektów mieszkalnych i komercyjnych w Winlaton w hrabstwie Gateshead.

Włochy

Na etapie konkretnych planów wpuszczania wodoru do sieci gazowej są również Włochy. Dzięki położeniu geograficznemu i istniejącej już infrastrukturze, która łączy kraj z Półwyspu Apenińskiego z Północną Afryką, Włosi mogą importować wodór wytwarzany przez energię z paneli fotowoltaicznych znajdujących się właśnie w Maghrebie.

Taki plan ma właśnie włoski potentat na rynku gazu ziemnego, Snam, który prowadzi badania na temat możliwości przesyłu wodoru przez Morze Śródziemne za pośrednictwem gazociągu TransMed biegnącego z Algierii, przez Tunezję i łączącym się z europejskim systemem na Sycylii. Analizy przeprowadzone przez firmę wspólnie z think tankiem The European House – Ambrosetti wykazały, że import zielonego wodoru w ten sposób będzie o 15% tańszy niż jego produkcja we Włoszech4. „W 2000 roku cena wodoru ze źródeł odnawialnych była czterdzieści razy wyższa niż ropy naftowej; dzisiaj szacujemy, że w ciągu pięciu lat stanie się konkurencyjny w stosunku do niektórych paliw kopalnych” - zaznaczył prezes Snam, Marco Alvera.

Raport Snam i The European House – Ambrosetti wskazuje, że włoska sieć gazowa ma szanse stać się wodorowym „mostem infrastrukturalnym” pomiędzy Europą a Afryką oraz w przyszłości zaopatrywać w wodór więcej europejskich państw.

Niemcy

Choć nasi zachodni sąsiedzi nie mają przygotowanych konkretnych projektów wodorowych ani nie przeprowadzili jeszcze prób zasilania sieci wodorem, tym niemniej prowadzą intensywną pracę analityczną, która zaowocowała w czerwcu publikacją Narodowej Strategii Wodorowej.

Niemcy mają ambicje zostać „globalnym liderem technologii wodorowych”5. W strategii zwrócono uwagę na sektorkopplung, czyli łączenie sektorów energii, ciepłownictwa i transportu w celu zwiększenia udziału energii odnawialnej wykorzystywanej w tych dwóch ostatnich, w przypadku których dotychczas odnotowano niewielki postęp w przechodzeniu na czystsze źródła energii. „Wodór jest zasadniczym elementem łączenia sektorów. W obszarach, w których nie można używać energii elektrycznej bezpośrednio z odnawialnych źródeł energii, zielony wodór i jego produkty końcowe (Power-to-X) otwierają nowe ścieżki do dekarbonizacji” – czytamy w dokumencie niemieckiego rządu.

W strategii podkreślono również, że Berlin zainteresowany jest jedynie zielonym wodorem. „Aby Niemcy stały się neutralne pod względem emisji gazów cieplarnianych i wywiązały się ze zobowiązań międzynarodowych wynikających z porozumienia paryskiego, wodór musi zostać uznany za opcję dekarbonizacji. Rząd federalny uwzględnia tylko wodór, który został wyprodukowany z wykorzystaniem energii odnawialnej (zielony wodór), jako zrównoważone źródło energii w perspektywie długoterminowej” – podkreśla już na samym początku strategii niemiecki rząd6.

Niemcy chcą przeznaczyć 7 miliardów euro na rozwój technologii wodorowych w kraju oraz dodatkowe 2 miliardy na projekty międzynarodowe do 2023 roku. W strategii jest również zapis o tym, że Berlin wykorzysta swoją prezydencję w Unii Europejskiej (która kończy się 31 grudnia 2020 r.) do podnoszenia tematu wodoru na forum UE.

Norwegia

Kraj, który zbudował swój dobrobyt na ropie naftowej, również zamierza zainwestować w rozwój technologii wodorowych. Na razie kwota przeznaczona na badania opiewa na 120 milionów koron norweskich (czyli ok. 50 mln zł).

Podczas prezentacji strategii minister ropy i energii, Tina Bru podkreślała, że istotne jest zwiększenie liczby projektów pilotażowych „poprzez wkład i wspieranie rozwoju i komercjalizacji technologii”.

Norwegia, poprzez uwarunkowania geograficzne, posiada pewien odrębny od innych państw, pomysł na wykorzystanie wodoru. W tym skandynawskim kraju 8,6% emisji gazów cieplarnianych pochodzi z morza, konkretnie ze statków i okrętów. Rząd w Oslo podkreśla wolę wprowadzenia do transportu morskiego oraz rybołówstwa bezemisyjnych ogniw wodorowych, aby zredukować emisje z tych sektorów.

Ponadto, Oslo widzi swoją rolę jako głównej siły rozwijającej technologie transportu wodoru drogą morską. Dynamiczny wzrost ilości dalekosiężnego również transportu np. LNG w ostatniej dekadzie pokazał, że transport źródeł energii będzie coraz bardziej powszechny wraz ze spadkiem kosztów i zwiększeniem wolumenów. Norwegia, jako państwo o najdłuższej linii brzegowej i dobrze rozwiniętej gospodarce morskiej, ma ambicje zostać liderem tranzytu zielonego wodoru w nadchodzących dekadach.

Skupienie się na tej niszy może w przyszłości dać Norwegii ogromną przewagę konkurencyjną względem innych państw, ponieważ wedle strategii od samego początku największy nacisk będzie położony na transport wodoru. Kiedy większość dopiero odkrywa możliwości, jakie daje ten gaz przy odpowiedniej bazie technologicznej, Norwegia już rezerwuje sobie cały, nieistniejący jeszcze, sektor tranzytowy. Większość strategii narodowych funkcjonuje na wysokim poziomie ogólności, norweskie plany zdecydowanie wyróżniają się na tym tle.

Hiszpania

Ogłoszona na początku października br. strategia wodorowa Hiszpanii również zakłada, że to państwo zostanie liderem technologii wodorowych.

Hiszpania ma nadzieję, że jej dobrze rozwinięty system magazynowania i transportu gazu, w połączeniu z obfitym nasłonecznieniem i wietrznymi wzgórzami, które sprawiają, że jest to doskonała lokalizacja dla elektrowni odnawialnych, pomoże jej wyprodukować wystarczającą ilość paliwa na eksport.

Madryt szacuje, że jego ambicje związane z wodorem będą kosztować 8,9 miliarda euro w ciągu najbliższych 10 lat. Oczekuje, że większość środków będzie pochodziło z sektora prywatnego.
Do 2030 roku Hiszpania zamierza zainstalować elektrolizery o mocy 4 GW potrzebne do podziału wody na wodór i tlen, co stanowi jedną dziesiątą unijnego celu 40 GW w całym bloku w 2030 roku - podało ministerstwo energii i środowiska w oświadczeniu7.

Do 2024 r. zamierza uruchomić moc 300-600 MW. Plan zakłada zastąpienie jednej czwartej z prawie 500 tys. ton wodoru pochodzącego z paliw kopalnych, zużywanego każdego roku przez przemysł, wodorem zielonym ze źródeł odnawialnych oraz umieszczenie tysięcy pojazdów napędzanych wodorem na drogach i kolejach w Hiszpanii.

Francja

Paryż także nie zaskoczył swoimi celami w zakresie technologii wodorowych – Francuzi chcą być globalnym liderem tychże rozwiązań.

Rząd francuski we wrześniu br. przedstawił krajową strategię dotyczącą wodoru. Przewiduje inwestycje w wysokości 7,2 mld euro do 2030 r. i zdolność produkcyjną wodoru na poziomie 6,5 GW do 2030 r. Warto odnotować, że Francja tym samym przebija Madryt, który zadeklarował jedynie 4 GW mocy na potrzeby produkcji czystego wodoru roku 2030 r. Jednocześnie zostanie powołany krajowy komitet ds. H28.

Francuskie Ministerstwo Środowiska i Ministerstwo Gospodarki opublikowały wspólny dokument strategiczny koncentrujący się na dekarbonizacji produkcji wodoru i projektowaniu przemysłu wodorowego.

Jeśli chodzi o bardziej szczegółowy podział inwestycji, to 1,5 mld euro zostanie przeznaczone na budowę elektrowni elektrolitycznych, które później będą zasilane energią odnawialną. Niemal miliard euro jest zarezerwowane do 2023 r. na rozwój ciężkich samochodów ciężarowych napędzanych wodorem. Dalsze środki mają być przeznaczone na rozwój sektora przemysłowego i mobilizację podmiotów gospodarczych.

Według ministerstw celem jest stworzenie od 50 000 do 150 000 bezpośrednich i pośrednich miejsc pracy we Francji w ciągu najbliższych dziesięciu lat. „Celem tego planu jest wyjście z kryzysu silniejsze, z bardziej konkurencyjną i niskoemisyjną gospodarką” - potwierdza minister gospodarki Bruno Le Maire, który będzie również przewodniczył nowo utworzonemu francuskiemu Komitetowi ds. Wodoru. Instytucja powinna na stałe łączyć interesariuszy z przemysłu i polityki.

Podsumowanie

Gospodarka wodorowa nabiera coraz wyraźniejszych kształtów w miarę jak kolejne państwa publikują swoje narodowe strategie. Ważne, że w kolejnych projektach padają konkretne liczby, zarówno finansowe i jak i np. moc zainstalowana, oraz daty, terminy, deadline’y. Opisane wyżej plany są dowodem na to, że elita polityczna i gospodarcza dostrzegła już ogromny potencjał, jaki kryje za sobą czysty wodór. Cele klimatyczne z pewnością popchnęły decydentów do poszukiwania obiecujących technologii bezemisyjnych aż doprowadziły do wodoru. Może stać się on nawet koniecznością, która wypełni część luki energetyce, ciepłownictwie czy transporcie, jaka pozostanie po stopniowym odchodzeniu od paliw kopalnych.

Co prawda Polska jeszcze nie ogłosiła swojej strategii wodorowej, ale cieszy fakt, że z Ministerstwa Klimatu dochodzą informacje o tym, że trwają prace nad tego typu dokumentem. W sierpniu minister Michał Kurtyka oświadczył, że na jesień dokument przygotowywany przez resort trafi na konsultacje rządowe9. Plan zakłada m.in. współpracę z państwowymi spółkami, które będą inwestować w wodór i wykorzystanie mechanizmów finansowych przewidzianych w Europejskim Zielonym Ładzie.

KomentarzeLiczba komentarzy: 1
Swen
sobota, 7 listopada 2020, 16:55

Tak sobie myślę - na ile optymistyczne, a na ile realne jest zrównanie się ceny wodoru niebieskiego i zielonego w 2040 roku? Źródła odnawialne też miały być tanie, ale nie do końca są (warto spojrzeć na połowiczny sukces Niemiec przy cenach rzędu 0,3 euro/kwh z Francją i ich pełnym sukcesem przy 2/3 ceny energii) Obawiam się, że jedyne co z tego wyjdzie, to drastyczny wzrost cen w wielu sektorach. OZE do elektrolizy nie pochodzi znikąd, a przestawienie całego transportu w Polsce na prąd spowodowałoby wzrost zapotrzebowania o 40%. Natomiast elektroliza wody i co za tym idzie przestawienie transportu na wodór potrzebowałoby jeszcze większych nakładów energii, ponieważ ten proces jest efektywny tylko i wyłącznie w około 20%. Nie ma tutaj chyba co dyskutować, czy OZE lepiej by wsparło wodór, czy atom, tylko zastanowić się jakim kosztem to ma się odbyć. Proszę mnie sprostować, jeśli ktoś widzi tutaj błędy w rozumowaniu, chętnie przestanę być aż takim nihilistą klimatycznym.

Tweets Energetyka24