GOSPODARKA EKONOMIA NOWE TECHNOLOGIE
Zapamiętaj mnie Zapomniałeś hasło?
na żywo
Nie ma bańki spekulacyjnej, ale wzrost cen mieszkań spadnie do 5 proc.

Za cztery lata przeciętne ceny nowych mieszkań wzrosną do ponad 10 tys. zł za m kw. Wzrost cen będzie jednak...

pokaż więcej

Wodór - brakujące ogniwo? [ANALIZA]

22 grudnia 2019, 23:30 / źródło: Polish Energy Brief / zdjęcie: pixabay
Wodór - brakujące ogniwo? [ANALIZA]

Niezależnie czy patrzymy z perspektywy globalnej czy lokalnej, faktem jest, że branża energetyczna znajduje się dziś w przełomowym momencie. Na świecie testowane są różne koncepcje dalszej transformacji i rozwoju, które muszą spełniać dwa podstawowe parametry: bezpieczeństwo dostaw i neutralność środowiskową. Pogodzenie tych dwóch dążeń opisuje się dziś za pomocą pojęcia zrównoważonego rozwoju, które ma być odpowiedzią na coraz poważniejsze skutki niekontrolowanej konsumpcji paliw kopalnych.

Systemy energetyczne przyszłości muszą być układem łączącym różne źródła energii. Czas monokultury energetycznej odchodzi na karty historii a zastąpić go może jedynie zdywersyfikowana i rozproszona struktura. Wśród szeregu technologii odpowiadających na związane z tym wyzwania coraz ważniejsze miejsce zajmują technologie oparte na wodorze.

Wodór jest jednym z najczęściej spotykanych pierwiastków na Ziemi. Pierwsze próby jego wykorzystania w energetyce sięgają jeszcze początków XIX wieku, gdy François Isaac de Rivaz opracował silnik napędzany mieszanką wodoru i tlenu. Nauka potrzebowała jednak jeszcze dwustu lat, by móc w pełni wykorzystać jego potencjał. Dziś jesteśmy już na takim etapie rozwoju, że możemy w sposób skalowalny zastosować ten pierwiastek w trzech głównych obszarach:

•    Motoryzacja – bezemisyjne pojazdy z niskotemperaturowymi ogniwami paliwowymi
•    Energetyka – bezemisyjna generacja energii w ogniwach wysokotemperaturowych
•    Magazynowanie energii – wodór wyprodukowany, dzięki nadwyżkom energii z OZE

Wodór jako magazyn energii jest istotnym elementem europejskiej strategii odejścia od paliw kopalnianych i znacznego ograniczenia emisji CO2. Nie ma wątpliwości, że przeprowadzenie transformacji energetycznej w UE będzie opierać się w dużej mierze na wodorze. Bez tego Unia nie osiągnie założonego poziomu dekarbonizacji.

Jedną z zalety wodoru jest możliwość wykorzystania tego gazu do integracji odnawialnych źródeł energii w wielkoskalowy system. Ten najlżejszy z pierwiastków umożliwia graczom energetycznym przekształcanie i magazynowanie energii jako odnawialnego gazu, dzięki czemu jest idealnym rozwiązaniem do dystrybucji energii między sektorami i regionami oraz do bilansowania odnawialnych źródeł energii.

Te niekwestionowane zalety wodoru z perspektywy europejskiej są najbardziej widoczne w trzech obszarach. Pierwszy z nich to dekarbonizacja sieci gazowej, która zasila 90 milionów gospodarstw domowych i przechowuje aż 4400 TWh energii zatrudniając ponad 500 000 osób. Zamiana 5% gazu na wodór zapewnia bufor o mocy 220 TWh i nie wymaga większych inwestycji. Co ważne punkt ten łączy dwa bardzo istotne elementy - bezpieczeństwo energetyczne i neutralność emisyjną. W odejściu od gazu ziemnego ważną częścią transformacji może stać się biogaz, nie będzie jednak możliwości by był dostępny w wymaganej skali.

Drugą bezsprzeczną zaletą wodoru jest jego potencjał w transporcie, gdzie jest najbardziej obiecującym źródłem energii dla samochodów ciężarowych, autobusów, statków, pociągów, dużych samochodów i pojazdów użytkowych. Niższa gęstość energii (a zatem niższy zakres), wysokie koszty początkowe i powolne ładowanie akumulatorów to główne wady samochodów elektrycznych. Również w lotnictwie wodór i syntetyczne paliwa oparte na wodorze są jedyną opcją wprowadzenia skalowalnej transformacji dekarbonizacyjnej.

Trzeci obszar to przemysł, w którym można spalać wodór w celu wytworzenia wysokiej jakości ciepła i wykorzystywać paliwo w kilku procesach jako surowiec np. w produkcji stali gdzie może działać jako reduktor, zastępując wielkie piece na bazie węgla. Może być również stosowany jako surowiec do produkcji amoniaku i hydrorafinacji w rafineriach wraz z CO2, a także wypierać węglowodory, takie jak gaz ziemny, w procesach chemicznych, m.in przy produkcji rozpuszczalników węglowodorowych (BTX).

Nie dziwi więc że w Europie prowadzonych obecnie 190 projektów wodorowych o łącznej wartości 1.66 miliarda euro. W śród nich można wymienić m.in. pierwsze pilotażowe instalacje typu power-to-gas (np. Wiatr-wodór) w Niemczech, Włoszech, Hiszpanii, Holandii, Danii a także na Morzu Północnym, gdzie morska energetyka wiatrowa jest dominującym źródłem energii. Po-nadto we Francji, Belgii, Holandii i Niemczech działają już sieci rurociągów wodorowych, transportujących nadmiar wodoru między zakładami chemicznymi.

Prowadzony w mieście Leeds projekt “H21 Leeds City Gate” do 2028 przekształci całą miejską sieć gazową na wodorową. W dalszych planach to rozwiązanie ma być wprowadzane w kolejnych miastach Wielkiej Brytanii. Blendowanie wodoru w sieciach gazowych rozpoczęto m.in. w Niemczech, w Dunkierce we Francji, a także w Keele w Wielkiej Brytanii.

Najwięcej projektów wodorowych prowadzonych jest w sektorze transportowym (66 projektów o wartości € 926 milionów). Autobusy napędzane ogniwami paliwowymi zostały wdrożone w miejskim transporcie publicznym w 14 europejskich miastach m.in. w Aberdeen, Antwerpii, Kolonii, Londynie, Oslo i Rydze. Do 2023 europejski program finansowania „H2 Bus Europe” wesprze zakup 600 nowych autobusów na ogniwa paliwowe. Warto tu również wspomnieć o polskim projekcie Grupy Lotos, która od 2023 będzie produkowała wodór m.in. dla gdyńskich autobusów. O kontrakty w Gdyni będą się mogły strać również polskie firmy Ursus i Solaris, które ostatnio zaprezentowały pojazdy napędzane ogniwamy paliwowymi.

Podstawowe zalety pojazdów wodorowych to: szybkość tankowania - około 15 razy szybciej niż pojazdy elektryczne zasilane bateriami; elastyczność - do stacji elektrycznych szybkiego ładowania muszą być doprowadzone wielomegawatowe linie energetyczne aby pokryć szczytowe obciążenia; pojazdy zasilane bateriami mają znaczące konsekwencje dla zasobów naturalnych - zwłaszcza kobaltu, niklu i litu, tymczasem wodór jest najbardziej powszechnym elementem we wszechświecie.

Wysokie koszty związane ze skalowalnością produkcji pojazdów napędzanych wodorem, w lepszej pozycji rynkowej w najbliższych latach stawiają osobowe samochody elektryczne. Jednak wodór posiada niekwestionowane zalety w sektorze pojazdów transportowych ponieważ cięższe pojazdy wymagają cięższych baterii, co przekłada się na ich wydajność. Dla przykładu napędzana wodorem 40-tonowa półciężarówka w kosztach użytkowych na 100 kilometrów pracy, może przetransportować około trzy tony więcej ładunku. Wszystko to sugeruje, że pojazdy napędzane wodorem i pojazdy elektryczne staną się komplementarne w niskoemisyjnej przyszłości.

W kwestii kosztów użytkowania pojazdy napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi (FCEV) po roku 2020+ będą najtańszym rozwiązaniem na rynku wg. SHELL HYDROGEN STUDY ENERGY OF THE FUTURE? Sustainable Mobility through Fuel Cells and H2 - 2017. Nawet na przykładzie nowych samochodów osobowych technologia ta zacznie od przyszłego roku plasować się powyżej samochodów spalinowych i hybrydowych. Pierwszym powodem jest legislacja ograniczająca emisję CO2 dla samochodów osobowych oraz koszty paliwa. W tej perspektywie po roku 2020 cena z 100km przejechanych na paliwach ropopochodnych będzie kształtować się między €14 a €8 natomiast dla samochodów wodorowych koszt ten będzie wynosić €6 a €3.5. Prognozy również wskazują, że samochody FCEV będą w zależności od cen prądu nieznacznie tańsze w użytkowaniu niż samochody bateryjne (BEV). Dla przykładu koszt użytkowania BEV po 200 000 km będzie oscylował w granicach €40 000, natomiast samochody wodorowe będą plasować się w granicach €38 000. Warto pamiętać przy tym o istotnym elemencie jakim jest czas tankowania wodoru, który jest taki jak w samochodach spalinowych i trwa parę minut w przeciwieństwie do samochodów bateryjnych.

Polską piętą achillesową pozostają jednak stacje tankowania wodoru (HRS). W Europie działa ich już 120, głównie w ośrodkach miejskich i wokół nich. Do 2025 roku ma ich powstać 750. Gdy Polska czeka na swoją pierwszą HRS, w Paryżu jeździ już ponad 100 taksówek wodorowych, a w Londynie, Brukseli czy Hamburgu takich pojazdów przybywa niemalże z każdym dniem.

W transporcie kolejowym i miejskim pierwsze projekty mające na celu zastąpienie silników wysokoprężnych pociągami wodorowymi są już wprowadzane w Niemczech i Austrii. W tym obszarze jest też polski projekt prowadzony wspólnie przez JSW i PKP Cargo, którego celem jest opracowanie lokomotywy manewrującej napędzanej wodorem. Tuż za koleją jest transport morski i rzeczny. Norwegian Viking Cruises planuje budowę pierwszych na świecie statków wycieczkowych napędzanych ciekłym wodorem i ogniwami paliwowymi.

W forpoczcie wodorowej transformacji Europa wcale nie jest jednak na pierwszym miejscu. Ta pozycja przypada Japonii, która jako pierwszy kraj na świecie wprowadziła “Strategiczną Mapę Rozwoju dla Wodoru i Ogniw Paliwowych” i planuje prezentację możliwości energetyki wodoro-wej na niespotykaną dotąd skalę podczas Igrzysk Olimpijskich - Tokyo 2020. Wśród państw mocno zaawansowanych proces transformacji wodorowej trzeba jeszcze wymienić Koreę Południową, Chiny oraz USA, a w szczególności Kalifornię.

Ten skrótowy zarys możliwości technologii wodorowych oraz kwoty przywołane wcześniej obrazujące poziom zaangażowania tylko w samej Europie udowadniają, że wodór będzie integralnym elementem nowoczesnej energetyki nisko- bądź zeroemisyjnej. Jeszcze nie wszystkie wyzwania zostały przezwyciężone, jednym z największych, jak w wielu innych przypadkach, pozostaje kwestia niezbędnych nakładów finansowych. Nie ma jednak żadnej wątpliwości w już w niedalekiej przyszłości wodór będzie jednym z podstawowych paliw.

Polska nie może sobie pozwolić na pozycję zaciekawionego obserwatora tej transformacji. Pozostając za przysłowiową szybą, skazujemy się na pozycję klienta, a nie równoprawnego partnera. Takie doświadczenia nie są nam niestety obce ale tym razem mamy jeszcze szansę dołączyć do peletonu, choć jest to ostatni moment na zdecydowane działania.

Autor: Emilia Makarewicz - Ekspert branż chemicznej i energetycznej.

 

POZOSTAŁE MATERIAŁY

Polska katastrofa demograficzna
19 lutego 2020, 23:52 2 komentarze
pokaz więcej

0 komentarzy

przeczytaj także

© 2019. Wszystkie prawa zastrzeżone

Zaloguj się

Zapamiętaj mnie Zapomniałeś hasło?

Zarejestruj się

Używamy cookies w celach funkcjonalnych, aby ułatwić użytkownikom korzystanie z witryny oraz w celu tworzenia anonimowych statystyk serwisu. Jeżeli nie blokujesz plików cookies, to zgadzasz się na ich używanie oraz zapisanie w pamięci urządzenia.
Polityka Prywatności    AKCEPTUJĘ