Jeśli ktoś w energetyce nie słyszał jeszcze o wodorze uzyskiwanym za pomocą odnawialnej energii to szybko powinien nadrobić wiedzę.  „Zielony wodór” wydaje się teraz jednym z najgorętszych tematów w Unii Europejskiej, i nie tylko. Wodór określany już od lat 70. ubiegłego wieku  jako „paliwo przyszłości”, właśnie zaczyna być poważnie traktowany jako czyste paliwo, które może zostać wykorzystane w przemyśle, transporcie i energetyce.

Na wodorowej fali

Komisja Europejska pod koniec maja przedstawi opiewający na bilion euro plan wyjścia z kryzysu wywołanego koronawirusem. Mocno postawi w nim na inwestycje związane z odnawialną energią, w tym także z „czystym” wodorem.  Wcześniej, szef Międzynarodowej Agencji Energetycznej Fatih Birol ocenił, że technologie wodorowe są „gotowe na wielki czas”, zachęcając państwa do umieszczenia tych technologii w planach odbudowy gospodarek. I rzeczywiście, w ostatnich tygodniach ogromne plany inwestycji w „zielony wodór” ogłoszono w Niemczech, Holandii i Portugalii i w innych częściach świata. Z pewnością to nie koniec.

Polska ma tu też swój skromny udział. W kwietniu ZE PAK podpisał kontrakt na zakup elektrolizera do produkcji wodoru, instalacja ma wykorzystać energię bloku biomasowego. W pierwszym etapie zapotrzebowanie na energię elektryczną wyniesie 2,5 MW. W maju nowy program wodorowy ogłosiło Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo. Oprócz budowy stacji tankowania wodorem w Warszawie, co już wcześniej zapowiadała spółka, w planach jest wykorzystanie wodoru w sieci gazowej. Taka zamknięta eksperymentalna sieć powstanie w oddziale w Odolanowie, gdzie w 2022 r. rozpocząć się ma zatłaczanie wodoru do sieci. W ramach projektu InGrid – Power to Gas („P2G”) planowane jest wybudowanie w Odolanowie farmy fotowoltaicznej, która ma wytwarzać energię elektryczną na potrzeby generacji „zielonego wodoru”.

„Trwa analiza dostępnej powierzchni oraz możliwości technicznych i formalno-prawnych, której efektem będzie ostateczne określenie skali instalacji. Aktualnie szacujemy, że na powierzchni ok. 0,9 ha moglibyśmy uruchomić instalację o mocy maksymalnej ok. 400- 500 kWp – są to wielkości brzegowe tej lokalizacji” – poinformował portal WysokieNapiecie.pl spółka.

Trzy razy drożej, ale bez emisji CO2

Jak przyznał podczas konferencji prasowej prezes PGNiG Jarzy Kwieciński, produkcja wodoru jest droga. „Szary” wodór powstaje w dużych ilościach z gazu ziemnego w procesie reformingu (SMR). W przemyśle wykorzystywany jest do syntezy amoniaku, produkcji nawozów azotowych, metanolu, kauczuku syntetycznego, smarów, odsiarczania ropy naftowej. Teraz na świecie technologia produkcji wodoru są niemal całkowicie oparte na paliwach kopalnych. Około 71 proc. to wodór „szary”, a reszta to wodór „brązowy” (ze zgazowania węgla), „zielony” stanowi ułamek procenta.

Wiąże się z tym emisja CO2, a do tego by zastosować ten wodór jako np. paliwo w pojazdach musi on zostać oczyszczony. Rozwiązaniem jest wychwytanie CO2 i ponowne wykorzystanie (CCU) lub składowanie (CCS) albo uniknięcie emisji gazów cieplarnianych, co daje produkcja wodoru w elektrolizerach z wykorzystaniem nadwyżek odnawialnej energii.

Nadwyżka energii jest wykorzystywana do zasilania elektrolizy – procesu, który dzieli wodę na jej składniki: wodór i tlen. Jako źródło wodoru stosuje się wodę o wysokiej czystości (redestylowaną, dejonizowaną). Jeśli wykorzystuje się energię słoneczną, produkcja wodoru jest sama w sobie procesem czystym.

Produkcja wodoru w elektrolizerach z wykorzystaniem OZE jest co najmniej trzy razy droższa niż wodoru „szarego”. Cena kilograma wynosi nawet 8 euro, a powinna w przyszłości spaść poniżej 1 euro. Według szacunków Portugalii, by wodór miał konkurencyjną cenę, koszt energii elektrycznej używanej do jego produkcji nie powinien przekraczać 25 euro/MWh. Do tego współczynnik wykorzystania mocy powinien przekraczać 50 proc. To nie wszystko, oferta elektrolizerów też jest ograniczona, choć zainteresowanie ich produkcją szybko rośnie i tu ceny z czasem także spadną.

W „zielony” wodór zainwestowano jak dotąd zaledwie 94 MW mocy, choć plan nowych projektów wynosi 3,2 GW i szybko rośnie – podaje firma doradcza WoodMckenzie.

 Słońce, wiatr, sieć

W Portugalii, gdzie w aukcjach OZE średnia cena dla energii z fotowoltaiki to 15 euro/MWh, w planach jest ogromny projekt produkcji wodoru w miejscowości Sines. Powstać tam mają do 2023 r. dwie nowe fabryki – jedna do produkcji paneli słonecznych, a druga do urządzeń do elektrolizy. W 2025 r. uruchomiona zostanie elektrownia słoneczna o mocy 1 GW i w miejsce elektrowni węglowej nowa elektrownia wodorowa. Do 2030 r. produkcja zielonego wodoru ma wynieść 465 tys. ton, część będzie kierowana na eksport.

W Holandii konsorcjum firm Shell, Gasunie i portu Groningen ma plan budowy ogromnej elektrowni wodorowej napędzanej wiatrem z farm offshore, zdolnej do wyprodukowania 800 tys. ton wodoru do 2040 r. „Ambicją jest wytworzenie około 3 do 4 GW energii wiatrowej do produkcji wodoru przed 2030 r., prawdopodobnie 10 GW około 2040 r.” – podaje Gasunie.

W Niemczech właśnie ogłoszono koncepcję sieci przesyłu zielonego wodoru wytwarzanego z OZE. Do 2030 r. ma ona liczyć 1,2 tys. km, składałaby się głównie ze zmienionych rurociągów gazu ziemnego, więc koszt nie byłby zbyt duży, miałby wynieść ok. 660 mln euro – oszacowała organizacja FNB Gas. W Dolnej Saksonii na farmie wiatrowej Bürgerwindpark powstaje elektrolizer o mocy 2 MW. W przyszłym roku produkowany w ten sposób wodór miałby trafić już do sieci w Haren.

Pierwszą sieć gazową w pełni zasilaną wodorem chce mieć Szkocja – tu też energię do elektrolizy mają dostarczać farmy wiatrowe offshore. Pierwsze 300 domów w miejscowości Levenmouth ma mieć dostęp do czystego wodoru w ciągu najbliższych 2-3 lat.

 Magazyn energii czy paliwo

Zielony wodór może być dobrym rozwiązaniem jako magazynowanie energii dla instalacji offgrid. Żeby mógł być wykorzystywany na szeroką skalę należy rozwiązać jeszcze wiele problemów związanych z wytwarzaniem, gromadzeniem, transportem i wykorzystaniem czystego wodoru. W Odolanowie wszystko ma zacząć działać za około dwa lata.

– Instalacja pozwoli nam na przetestowanie całego procesu – od produkcji zielonego wodoru do dostawy odbiorcom. Będziemy także mogli przeprowadzać próby wtłaczania odpowiedniej mieszanki gazu i wodoru do sztucznej sieci gazowej, testować magazynowanie wodoru, a także dostarczanie go cysterną do naszej stacji w Warszawie – zapowiedział wiceprezes PGNiG Arkadiusz Sekściński.

PGNiG chce współpracować z Lotosem i Orlenem, oba koncerny paliwowe zaczęły współpracę z partnerami, którzy mogą wykorzystać wodór w transporcie – z samorządami i przedsiębiorstwami.

Dla dalszego rozwoju produkcji „zielonego wodoru” kluczowe znaczenie będą miały nakłady inwestycyjne ale też ceny dwutlenku węgla.  W 2030 r. cena węgla wynosząca 40 dolarów za tonę mogłaby zrównać zielony wodór z wodorem „błękitnym” czyli produkowanym z paliw kopalnych ale w połączeniu z technologią CCS – szacuje Wood Mckenzie. Jak „realistycznie” ocenia firma, minie kolejna dekada, zanim wodór zacznie w znaczący sposób przyczyniać się do dekarbonizacji.