Przełomowe kroki w produkcji zielonego wodoru

Potencjał i wszechstronność zastosowania wodoru sprawiają, że temat jego produkcji i wykorzystania, nie pozostaje już tylko w sferze badań i debat naukowych. Wodór, obok coraz szerszego zastosowania w transporcie zbiorowym, staje się przedmiotem zainteresowania dużego biznesu, a jego produkcja i wykorzystanie rozważane jest w kontekście zarówno ekologicznym jaki i ekonomicznym.

12 września w Lubelskim Centrum Konferencyjnym odbyła się konferencja poświęcona odnawialnym źródłom energii oraz transportowi zeroemisyjnemu „Energia dla Lubelskiego. Czas na OZE i transport zeroemisyjny”. Tematem jednego z paneli dyskusyjnych była gospodarka wodorowa i jej rola jako łącznika sektorów. Według naukowców i przedstawicieli biznesu rozwój technologi wodorowych już w najbliższych latach znacząco wpłynie na polską gospodarkę. Podstawowe znaczenie w tym procesie odegra współpraca świata nauki, przemysłu, biznesu i klastrów wodorowych.

- Wodór ma potencjalnie duże zastosowanie, praktycznie wszędzie. Przemysł, transport, energetyka, ciepłownictwo. Natomiast te potencjalne zastosowania będą wynikały z dojrzałości technologicznej i konkurencyjności cenowej. Z pewnością w wielu sektorach będzie to doskonale rozwiązanie, w niektórych sektorach może się okazać, że wykorzystanie wodoru nie będzie się opłacało, ponieważ znajdą się lepsze rozwiązania zapewniające dekarbonizację – mówi Wojciech Lach z Zespołu Koordynacji Projektów Wodorowych w Grupie ORLEN.

Wojciech Lach zwraca również uwagę na to, że do tych zmian i coraz szerszego wykorzystania wodoru w przemyśle obligują nas decyzje Komisji Europejskiej.

- Obecnie na poziomie Unii Europejskiej zapadają kluczowe decyzje jeśli chodzi o wodór, ukierunkowujące sektor wodorowy. Jedną z nich jest produkcja wodoru odnawialnego w Europie na poziomie dziesięciu milionów ton do końca tego dziesięciolecia. Unia Europejska oczekuje, że kraje członkowskie zainwestują do końca tego dziesięciolecia w wodór w przemyśle, energetyce, w transporcie i do produkcji paliw syntetycznych jako subsegment transportu. W ramach tych zaleceń czterdzieści dwa procent ma stanowić produkcja odnawialna. Są to zatem wysokie wymagania pokazujące w jakim kierunku mamy iść – tłumaczy Wojciech Lach.

W obliczu tych faktów, głównym zagadnieniem staje się produkcja zielonego wodoru, czyli wytwarzanego przy pomocy energii ze źródeł odnawialnych.

- W środowiskach zajmujących się wodorem określany jest on kolorami. Możemy wyróżnić trzy podstawowe kolory – szary, niebieski i zielony. Proces produkcji szarego emituje duże ilości dwutlenku węgla, ale jest najtańszy. Niebieski wiąże się z reformingiem biogazu. Tu mamy element technologii wychwytujący dwutlenek węgla, więc tę technologię można uznać za metodę zacznie czystszą. Z kolei zielony wodór uzyskujemy za pomocą elektrolizy zasilanej głównie z paneli fotowoltaicznych. Jeśli chodzi o perspektywy wykorzystania zielonego wodoru, to z przeprowadzonych analiz wynika, że w najbliższych latach zdominuje on rynek wodoru. Wraz z komercjalizacją produkcji jego cena będzie stopniowo spadać i przewiduje się, że do 2050 roku przekroczymy cenę poniżej jednego dolara za kilogram – wyjaśnia dr inż. Kamil Czelej z Politechniki Warszawskiej.

Naukowcy z Politechniki Warszawskiej pracują aktualnie nad kolejną technologią produkcji zielonego wodoru. Jest to tak zwana metoda fotokatalityczna, łącząca wykorzystanie biomasy oraz energii słonecznej.   

- W projektach, które aktualnie realizujemy, koncentrujemy się na znalezieniu rozwiązania pozwalającego zagospodarować obecne na rynku substancje chemiczne i organiczne, które mogą być traktowane jako pochodna biomasy. W procesie wykorzystujemy energię słoneczną, która jest ewidentnie odnawialną i nie wymagającą dodatkowych nakładów. Wykorzystując te dwa czynniki oraz proces fotokatalizy możemy konwertować zmagazynowaną energię chemiczną na wodór jako główny produkt tego procesu oraz nośnik energii. Dodatkowo otrzymujemy tu wodór jako jedyny produkt gazowy. Cały pozostały węgiel pozostaje w formie ciekłej, zatem proces nie powoduje emisji dwutlenku węgla. Jest to przełomowy krok i w tym momencie ze skali czysto laboratoryjnej przechodzimy aktualnie do stworzenia demonstratora, aby przetestować tę technologię – tłumaczy dr inż. Karol Ćwiek z Politechniki Warszawskiej.

Świat nauki i biznesu jest jednogłośny w kwestii konieczności produkowania zielonego wodoru. Pozostaje jednak kwestia opłacalności poszczególnych rozwiązań. Tu z pomocą przychodzi biznes wywodzący się ze środowisk naukowych, oferujący rozwiązania pozwalające szacować opłacalność i wydajność metod produkcji wodoru.   

- Pozwalamy spojrzeć na instalację produkcji wodoru z punku widzenia inwestora. Mamy sytuację, kiedy istnieją wszystkie czynniki do produkcji. Należy teraz połączyć je i dopasować do lokalnej pogody i lokalnego odbioru energii, tak by było to jak najbardziej opłacalne i ekonomiczne. Podczas procesu inwestycji pojawiają się pytania czy w danej lokalizacji powinniśmy postawić instalację fotowoltaiczną czy turbiny wiatrowe, a może kombinację tych dwóch rozwiązań? W jakiej technologii zrobić elektrolizer? Czy układ ten powinniśmy powiększyć o baterie? Teraz symulujemy taką instalację do produkcji wodoru w pewnej skali czasowej. Pięć lub dziesięć lat. Uzyskujemy wyniki w prostej formie, które wyznaczą poziom zwrotu inwestycji na podstawie założonego modelu. Teraz pytanie o to, w jaki sposób możemy to zoptymalizować. Czy dołożyć więcej turbin, czy paneli, a może pomieszać to z innymi technologiami? Narzędzie, którym dysponujemy symuluje około pięćdziesiąt tysięcy kombinacji, z których jesteśmy w stanie wybrać tę, która będzie dla optymalna i najefektywniejsza dla inwestora – mówi Konrad Kamieniecki z firmy QiuckerSim.

Niezależnie od technologii wykorzystanych do produkcji zielonego wodoru, przewiduje się, że wkrótce paliwo to zdominuje zarówno przemysł jaki i transport.

- Jako duży producent wodoru, zarówno na potrzeby własne jak i do sprzedaży, jesteśmy świadomi, że musi on być zastąpiony zielonym wodorem. W najbliższym czasie będziemy testować i kupować wszelkiego rodzaju technologie związane z jego wytwarzaniem, magazynowaniem i doprężaniem. Chcemy wykorzystać swój potencjał oraz potencjał partnerów, których, jak widać, nie brakuje na rynku zielonego wodoru – zapowiada dr inż. Arkadiusz Małek z Lubelskiej Doliny Wodorowej, reprezentujący podczas konferencji Grupę Azoty Puławy.

- Zastosowanie wodoru odnawialnego ma miejsce głównie w transporcie drogowym i trzeba pamiętać, że to w miarę dojrzała technologia. Autobusy wodorowe jeżdżą po europejskich i polskich miastach od wielu lat. Mamy polskich producentów w tym zakresie. To doskonale uzupełnia ten sektor. Dodam, że ten rok jest w dziedzinie wodoru przełomowy. Na koniec roku będziemy mieli w Polsce cztery nowe huby produkcyjne wytwarzające wodór na potrzeby klientów zewnętrznych. Z czego dwa należące do Grupy Orlen. Będą one w stanie wyprodukować ilość paliwa potrzebną do zasilenia trzystu autobusów przez rok. Dodatkowo do końca 2025 roku w Polsce będziemy mieli dwadzieścia publicznie dostępnych stacji tankowania wodorem. Zatem segment ten rozwija się w dobrym kierunku – dodaje Wojciech Lach z Zespołu Koordynacji Projektów Wodorowych w Grupie ORLEN.