Wodór z atomu – krótkotrwały eksperyment czy przyszłość energetyki? [KOMENTARZ]

Bezdyskusyjnie, wodór będzie fundamentem niskoemisyjnego i nowoczesnego systemu energetycznego Unii Europejskiej. Stany Zjednoczone uruchomiły wart 7 miliardów dolarów program wsparcia instalacji wytwarzających zeroemisyjny wodór. Chiny opublikowały strategię, zgodnie z którą wspomniany pierwiastek ma odgrywać kluczową rolę w dekarbonizacji Państwa Środka. Z kolei rząd Korei Południowej zakłada, że do 2050 roku wodór będzie najważniejszym źródłem energii w tym kraju, a władze Japonii przewidują, iż inwestycje w tamtejszy sektor wodorowy sięgną 107 miliardów dolarów w przeciągu najbliższych 15 lat. Natomiast Wielka Brytania prognozuje, że do 2030 roku na jej terytorium produkcja zero- lub niskoemisyjnego wodoru sięgnie 10 GW.  

Powyższe informacje warto zestawić z danymi dotyczącymi produkcji energii elektrycznej przez elektrownie jądrowe w poszczególnych państwach oraz w Unii Europejskiej. W USA rocznie wytwarza się około 770 tysięcy GWh energii jądrowej. W UE o około 40 tysięcy GWh mniej. Chińskie elektrownie wyprodukowały nieco poniżej 400 tysięcy GWh energii, koreańskie prawie 170 tysięcy GWh, japońskie 50 tysięcy GWh, a brytyjskie 40 tysięcy GWh. Łącznie daje to prawie 2,2 miliona GWh energii rocznie. 

Potencjał na efektywną „symbiozę” atomu z wodorem wydaje się ogromny, stąd warto przybliżyć aktualne osiągnięcia i ogłoszone plany w tym zakresie. 

W Nine Mile Point (stan Nowy Jork, USA) funkcjonuje już pierwszy „atomowy” elektrolizer. Na ten moment, ta ponad megawatowa instalacja wytwarza 560 kg wodoru dziennie, który pozwala zaspokoić zapotrzebowanie elektrowni atomowej na ten pierwiastek. Operatorem instalacji jest spółka Constellation, która  na rozwój tej pilotażowej instalacji  otrzymała wsparcie od Departamentu Energii USA w wysokości 6 milionów dolarów. Przedsiębiorstwo zapowiedziało, że do 2025 roku zainwestuje - we współpracy z sektorem prywatnym i publicznym – prawie miliard dolarów wewnątrz trzech tzw. Hydrogen Hubs (amerykańskie odpowiedniki polskich dolin wodorowych). Wydaje się, że spółce z Baltimore nie będzie trudno znaleźć partnerów przy rozwoju kolejnych projektów. W rządowym dokumencie pt. Hydrogen Road Map wprost napisano, iż preferuje się, aby elektrolizery wysokotemperaturowe zintegrowano z elektrowniami jądrowymi. Zainteresowanie inwestorów prywatnych i zachęty od rządu potwierdzają, że „atomowy” wodór najpewniej znajdzie swoje miejsce w miksie energetycznym Stanów Zjednoczonych. 

Chińczycy, mimo że na tę chwilę nie mogą pochwalić się osiągnięciem na miarę Nine Mile Point, to w przyszłości mogą stać się hegemonem w tej dziedzinie. Państwowe przedsiębiorstwo China National Nuclear Industry Corporation (CNNIC) ogłosiło, że do 2030 roku planuje uruchomić reaktor o mocy 600 MW, który służyłby do produkcji wodoru. Co więcej, zgodnie z rządową strategią do 2035 roku system energetyczny Państwa Środka mają zasilić łącznie 3 „atomowe” elektrolizery.  

Nie da się ukryć, iż na pierwszy rzut oka zapowiedzi Waszyngtonu jak i Pekinu mogą wydawać się imponujące. Jednak warto podkreślić, że Amerykanie zakładają uruchomienie aż 19 instalacji produkcji „zielonego” wodoru i 4 do produkcji „atomowego”, zaś u Chińczyków ten stosunek wynosi 34:3 na korzyść wodoru ze źródeł odnawialnych. Międzynarodowa Agencja Energetyczna stwierdziła, że to te dwa państwa będą przodownikami w produkcji wodoru z atomu. Skoro tak zachowują się liderzy, to jak wygląda sytuacja w innych państwach? 

Amerykanom i Chińczykom dorównuje jedynie Wielka Brytania. We wrześniu br. brytyjski rząd wsparł konsorcjum („pod przewodnictwem” francuskiego EDF), które zamierza wykorzystać energię z elektrowni Heysham 2 do wytwarzania wodoru wykorzystywanego w procesie produkcji cementu i asfaltu. Na razie dofinansowanie wyniesie ponad 6 milionów funtów, a wysokotemperaturowy elektrolizer o mocy 1,25 MW ma zacząć działać na początku 2024 roku. Oprócz powyższego projektu, Wielka Brytania ma ogłosić i uruchomić dwie podobne inwestycje w najbliższym czasie. Jednak – podobnie jak w USA czy Chinach – w strategii wodorowej rządu z Londynu przeważają instalacje, których produktem końcowym będzie „zielony” wodór, ponieważ ma ich być aż 19. 

Produkcję „atomowego” wodoru intensywnie planują także Japonia i Korea Południowa. Naukowcy z tego pierwszego kraju już w pierwszej dekadzie XXI wieku testowali produkcję tego pierwiastka, lecz projekt upadł po katastrofie w Fukushimie. Niemniej, w 2021 r. pomysł został podjęty na nowo, czego rezultatem jest współpraca Japońskiej Agencji Energetyki Atomowej z Mitsubishi przy budowie reaktora jądrowego przeznaczonego do produkcji wodoru. W Korei główną rolę z kolei odegrają SMR-y. Zawiązano już dwa konsorcja (jedno całkowicie koreańskie, a drugie z kapitałem amerykańskim), które za cel postawiły sobie uruchomienie małych reaktorów modułowych, aby pomogły osiągnąć – wspomniane wyżej – niezwykle ambitne założenia strategii wodorowej rządu z Seulu. 

Najbardziej skomplikowana sytuacja panuje w Unii Europejskiej. Do tego momentu, pozycja „atomowego” wodoru nie została jednoznacznie określona, co jest konsekwencją starć pomiędzy państwami członkowskimi. Oczywiście, największym zwolennikiem wykorzystania energii jądrowej do produkcji „pierwiastka przyszłości” jest Francja. Paryż (wraz ze swoimi sojusznikami) do dzisiaj nie potrafi przekonać Unii, aby wodór z atomu zakwalifikować jako pełnoprawny „zielony” wodór, ale w ostatnim czasie poczyniono ku temu znaczne postępy. W pierwszym kwartale tego roku Rada UE i Parlament Europejski osiągnęły tymczasowe porozumienie, które podkreśla istotną rolę energii jądrowej, która, jednak nie jest ani „zielona” ani „kopalna”. Francuscy politycy kompromis ten ogłosili zwycięstwem dla swojego kraju w kwestii energetyki wodorowej. Niemniej, brak stabilności politycznej oraz nieprzewidywalność i ciągłe zmiany legislacji blokują jakikolwiek rozwój w tym zakresie, przez co Unia Europejska i jej państwa członkowskie nie ogłosiły planów w zakresie inwestycji w „atomowy” wodór. Z jednej strony takie podejście może podlegać krytyce, lecz z drugiej strony wpisuje się to w unijną strategię pozyskiwania wodoru, która opierać się będzie w znacznej części na imporcie z Ameryki Południowej, Indii czy państw arabskich.  

Nie sposób jednoznacznie określić, jaka jest aktualnie i jaka będzie pozycja „atomowego” wodoru. Przedsiębiorstwa inwestują w ten „mariaż”, lecz nie na taką skalę, aby odgrywał wiodącą rolę. Co więcej, dotychczasowe wydatki są na tyle skromne, że w każdym momencie spółki lub państwa mogą wycofać się z przedstawionych planów i zwrócić uwagę rynku na inne technologie. Być może potrzeba długodystansowej stabilizacji w energetyce spowoduje, że nawet te skromne postępy nie pójdą na marne, a staną się początkiem budowania owocnej współpracy sektora wodorowego z jądrowym. 

Bartłomiej Różycki, SKN Energetyki SGH