Kategoria: Możliwości technologiczne w ciepłownictwie

W kierunku nowej gospodarki energetycznej – nadzieja czystej energii czy wyzwanie przyszłości?

W dobie zmian i transformacji, przy towarzyszących nam celom dekarbonizacji, dajemy się prowadzić wizjom o nowoczesnym przemyśle. Są to zrozumiałe aspiracje, ale realia świata, w którym żyjemy nie zawsze pozwalają na szybkie wprowadzanie w życie nawet najśmielszych planów. Dotyczy to zarówno spraw mniejszej wagi, jak i dużych, strategicznych przedsięwzięć.

Podobnie jest z wodorem – tematem, wokół którego dyskusje wciąż trwają. Ma on swoich zwolenników, jak i przeciwników. Dla jednych jest obietnicą lepszej, bardziej ekologicznej przyszłości, dla innych potencjalnym wyzwaniem lub zagrożeniem. Wraz z rozwojem odnawialnych źródeł energii i rosnącym naciskiem na dekarbonizację przemysłu, technologie wodorowe zyskały status potencjalnego filaru nowej gospodarki energetycznej.

Technologiczne możliwości istnieją, jednak pytanie brzmi: gdzie jesteśmy dziś i jakie bariery muszą zostać pokonane, aby wodór mógł stać się realną alternatywą dla tradycyjnych paliw? Przyjrzyjmy się zatem aktualnemu rozwojowi technologii wodorowych, możliwościom ich wdrożenia w różnych gałęziach przemysłu i miejscu, jakie mogą znaleźć na rynku.

Obecna sytuacja – rozwój rynku wodoru w ujęciu globalnym

Współczesna energetyka przechodzi intensywny proces transformacji, którego głównym motorem jest dążenie do redukcji emisji gazów cieplarnianych oraz dywersyfikacji źródeł energii. Według danych Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA), udział odnawialnych źródeł energii w globalnym miksie rośnie szybciej niż zakładano jeszcze dekadę temu. W ślad za tym pojawia się potrzeba nowych rozwiązań w zakresie magazynowania i transportu energii, stabilizacji sieci oraz dekarbonizacji przemysłu ciężkiego i transportu dalekobieżnego. Technologie wodorowe pojawiają się właśnie na styku tych wyzwań.

Przykłady kluczowych projektów pokazują różnorodność i skalę inwestycji w wodór na świecie. W Australii planowany jest Western Green Energy Hub o mocy 70 GW, produkujący miliony ton wodoru i zielonego amoniaku rocznie. W Arabii Saudyjskiej projekt NEOM zakłada codzienną produkcję setek ton wodoru, natomiast w Danii powstaje wodorowa wyspa BrintØ, mająca pokrywać część europejskiego zapotrzebowania. Projekty w Mauretanii, Finlandii czy na Litwie koncentrują się zarówno na dużych instalacjach przemysłowych, jak i lokalnych zakładach do dekarbonizacji transportu miejskiego.

W Szwecji i Niemczech prowadzone są projekty, w ramach których testuje się produkcję stali z rudy żelaza, stosując jego bezpośrednią redukcję metodą DRI (Direct Reduced Iron) z wykorzystaniem wodoru. W transporcie wodór odgrywa zróżnicowaną rolę: w samochodach osobowych ustąpił miejsca pojazdom elektrycznym z bateriami Li-Ion, natomiast wydaje się znajdować praktyczne zastosowanie w pojazdach ciężarowych, kolejowych, autobusach oraz transporcie morskim. W Niemczech, Francji oraz u nas w kraju funkcjonują już lokomotywy napędzane ogniwami paliwowymi z wykorzystaniem wodoru, natomiast Japonia i Korea Południowa rozwijają napędy wodorowe dla statków, inwestując w technologię ogniw paliwowych i realizując projekty demonstracyjne.

Obecnie produkcja wodoru na świecie w dużej mierze opiera się na paliwach kopalnych, takich jak węgiel i gaz ziemny, z wykorzystaniem reformingu parowego i gazyfikacji. W 2023 roku zaledwie niecały 1% produkcji pochodziło z metod niskoemisyjnych, takich jak elektroliza zasilana OZE czy wychwyt CO₂.

Pomimo rozwoju, branża wodorowa nadal napotyka na istotne wyzwania. Wolne tempo decyzji inwestycyjnych (FID – Final Investment Decision), liczne projekty na wczesnym etapie, problemy z finansowaniem, łańcuchami dostaw, pozwoleniami – to wszystko hamuje rozwój. Jednocześnie innowacyjność i efektywność realizowanych projektów decydują o ich sukcesie – słabsze projekty są eliminowane, a branża staje się bardziej dojrzała technologicznie.

Kolejnym problemem jest infrastruktura przesyłu i magazynowania. Wodór jest gazem lekkim i dyfuzyjnym, co wymaga specjalnych materiałów i technologii w transporcie. W wielu krajach trwają prace nad dostosowaniem istniejących gazociągów lub budową nowych, dedykowanych sieci. Równolegle rozwija się rynek magazynowania wodoru – zarówno w formie sprężonej, jak i ciekłej, a także w postaci związków chemicznych (np. amoniaku lub metanolu).

Obecna sytuacja – rozwój rynku wodoru w Polsce

Obserwujemy rosnące zainteresowanie gospodarką wodorową, czego przykładem jest powstawanie nowych „dolin wodorowych” w Polsce. Jednak realnie rozwój technologii wodorowych zależy od trzech kluczowych aspektów: ilości produkcji energii elektrycznej z OZE, cen energii elektrycznej oraz zapotrzebowania na wodór. Szczególnie istotne są koszty produkcji zielonego wodoru, który nadal pozostaje droższy niż wodór szary, produkowany z paliw kopalnych. Fluktuacja cen energii elektrycznej bezpośrednio wpływa na koszty elektrolizy, a tym samym na koszt produkcji wodoru. Dopóki ceny energii będą wysokie lub niestabilne, sektor wodorowy będzie podlegał silnym ograniczeniom ekonomicznym. Decydującą rolę w jego rozwoju odgrywają również odpowiednie ramy prawne i regulacje polityczne, które mogą niwelować bariery we wdrażaniu nowych technologii.

Przemysł chemiczny, rafineryjny i stalowy – dotychczas korzystający z wodoru pochodzącego z paliw kopalnych – jawią się jako kluczowe obszary, w których rozwój „czystego” wodoru może być szczególnie istotny. W kontekście przemysłu chemicznego szczególne znaczenie ma produkcja amoniaku i nawozów amonowych, która obecnie opiera się na gazie ziemnym, ale może zostać zastąpiona wodorem. Amoniak nie tylko jest podstawą dla produkcji nawozów, ale również stanowi obiecujący sposób przechowywania energii.

Obecna sytuacja – rozwój technologii wodorowych

Większość technologii wodorowych ma jedno wspólne ograniczenie – nakłady energii często przewyższają energię produkowaną w procesie. Dlatego pojęcie wodoru i gospodarki wodorowej należy traktować szeroko. Technologie wodorowe to nie tylko elektrolizer – obejmują one cały zestaw rozwiązań technologicznych, które są zróżnicowane w zależności od celu wdrożenia. Widzimy tu szereg zastosowań wodoru w dekarbonizacji przemysłu, dlatego nie można go traktować jako odrębnego bytu.

Technologie wodorowe stale się rozwijają, a na rynku pojawia się wiele nowatorskich projektów. Wśród nich są m.in. liniowe generatory wodorowe czyli technologia  która zamiast tradycyjnego procesu spalania wykorzystuje niskotemperaturową, bezpłomieniową reakcję chemiczną, nie emitując przy tym spalin; elektrolizery z membraną anionową (AEM) łączące technologie alkaliczne i protonowe, a także projekty takie jak elektrolizer bez membrany (MFE) obniżający koszty inwestycyjne i eksploatacyjne. Prowadzone są również badania nad bezpośrednią elektrolizą wody morskiej (DSE).

W zakresie magazynowania wodoru pojawiają się rozwiązania, które mogą znacząco zmienić sposób jego przechowywania i transportu. W Niemczech testowane są systemy magazynowania wodoru w formianach, czyli solach mrówczanowych. Technologia ta pozwala na magazynowanie i transport wodoru w warunkach normalnych, wykorzystując sole, które są nietoksyczne, niepalne i umożliwiają odwracalny proces wiązania i uwalniania wodoru z użyciem katalizatorów, bez emisji szkodliwych substancji. Rozwiązanie to może w przyszłości istotnie wpłynąć na logistykę wodoru i umożliwić jego bezpieczny import z regionów o nadwyżkach produkcyjnych.

Innowacyjne podejście rozwijane jest również w Australii, gdzie powstaje reaktor słoneczny typu beam-down, wykorzystujący skoncentrowaną energię słoneczną oraz tlenki metali do produkcji zielonego wodoru. Reaktor ten umożliwia wydajniejszą produkcję wodoru i otwiera nowe możliwości badań nad wysokotemperaturowymi reakcjami chemicznymi.

Jakie nasuwają się refleksje?

Plany są ambitne, a rzeczywistość niejednokrotnie je weryfikuje. Przy obecnym zużyciu i zapotrzebowaniu na energię elektryczną konieczne jest rozważanie różnych mediów energetycznych.

Produkcja wodoru, choć technologicznie możliwa, w większości pozostaje w fazie startowej pod względem skali przedsięwzięć i opłacalności ekonomicznej. Mimo postępów, produkcja zielonego wodoru jest wciąż droższa od wodoru z paliw kopalnych bez wychwytu CO₂, a skala produkcji musi się znacznie zwiększyć, aby koszty spadły do poziomów konkurencyjnych.

Rozwój technologii wodorowych wymaga spójnych standardów i regulacji, które umożliwią ich bezpieczne wdrażanie i skalowanie. Aby wodór mógł stać się powszechnym nośnikiem energii, konieczne jest obniżenie kosztów produkcji, poprzez zapewnienie dostępu do taniej energii odnawialnej oraz wskazanie sektorów, w których jego zastosowanie będzie najbardziej efektywne. O powodzeniu rozwoju gospodarki wodorowej zadecydują także inwestycje w infrastrukturę transportową i magazynową oraz odpowiednie mechanizmy rynkowe sprzyjające wzrostowi popytu. Konkurencja z innymi technologiami będzie silna, dlatego wodór może okazać się rozwiązaniem bardziej wybiórczym niż uniwersalnym.

Wodór fascynuje i stanowi istotny element kształtujący kierunek rozwoju nowoczesnej gospodarki energetycznej. Mimo, że jeszcze nie wszystko funkcjonuje idealnie, jego obecność na rynkach energetycznych może odgrywać istotną rolę. Obecnie znajduje on strategiczne, choć wciąż niszowe, zastosowania w przemyśle i transporcie. Jego rozwój będzie wymagał skoordynowanych działań aby potencjał popytu mógł zostać przekształcony w realną, stabilną gospodarkę wodorową. Czy stanie się jednym z głównych filarów globalnej energetyki? Pozostaje to na razie kwestią otwartą – wodór może stać się ważnym, choć niekoniecznie wszechobecnym, elementem nowej gospodarki energetycznej.

Autor: Aleksandra Wawrzyniak– Ekspert Krajowej Izby Transformacji Energetyki i Ciepłownictwa / BPR ASE Group

Artykuł ukazał się w Magazynie Nowa Energia 5-6/2025r.