Wodór bez wsparcia nie wyjdzie poza fazę koncepcji

Komentarz eksperta

Wodór nazywany paliwem przyszłości ma do odegrania kluczową rolę w transformacji energetycznej, która pozwoli Europie osiągnąć neutralność klimatyczną do 2050 r. Jest niezbędny do realizacji Europejskiego Zielonego Ładu, dalszej integracji systemów energetycznych i ożywienia działalności gospodarczej szczególnie po pandemii, poprzez stworzenie wiodącej pozycji w przemyśle i nowych możliwości zatrudnienia. Już dziś tworzone są europejskie doliny wodoru i przy nich ważne klastry chemiczne. Warto w tym miejscu wspomnieć , że Polska jest 2 producentem wodoru w Unii Europejskiej. Niedawno utworzony sojusz UE na rzecz czystego wodoru będzie głównym instrumentem wdrażania strategii UE w zakresie wodoru poprzez określenie szeregu inwestycji UE. Przy szacunkowych 430 miliardach euro potrzebnych do ożywienia gospodarki wodorowej w UE regiony chemiczne odegrają w niej fundamentalną rolę, jako pierwsi konsumenci wodoru. Współpraca ma tutaj zasadnicze znaczenie dla zwiększenia skali produkcji wodoru i zapewnienia połączenia zakładów produkcyjnych z konsumentami. Warto zastanowić się nad potencjałem zrównoważonej biogospodarki, która otwiera nowe możliwości w unijnym sektorze chemicznym. Ale żeby zbudować polską gospodarkę wodorową i uczynić nasz kraj jednym z liderów europejskiej gospodarki wodorowej, wskazać właściwy model transformacji energetyki, w tym przemysłowej, ale i transportu opartego na wodorze niezbędne dla rozwoju technologii wodorowych jest systemowe wsparcie i to zarówno w zakresie wdrożenia wodoru do transportu związane z budową infrastruktury do dystrybucji i  tankowania wodoru (wsparcie na poziomie minimum 50% pozwoliłoby na rozwój sieci dystrybucyjnej oraz ogólnodostępnych stacji tankowania wodoru. Tu możemy wskazać przykład Czechy, gdzie wsparcie wynosi ponad 80% kosztów kwalifikowanych)oraz w zakresie wykorzystania wodoru w przemyśle (potrzebne wsparcie na badania i rozwój technologii produkcji wodoru nisko i zeroemisyjnego i wykorzystania go do celów dekarbonizacji). Przy wprowadzeniu odpowiedniego wsparcia i działań oraz determinacji w tym zakresie wodór może stać się naszą przewaga konkurencyjna i technologiczną. Szczególnie należy zwrócić uwagę na infrastrukturę oraz tzw. zielony wodór.

Barierą dla szerszego wykorzystania wodoru w Polsce obecnie są ceny, jak również uwarunkowania techniczne jego magazynowania i przesyłania. Niezbędne jest zapewnienie odpowiednich ram prawnych, czyli opracowanie i przyjęcie prawa wodorowego. Konieczne jest rozwijanie technologii wodorowych z udziałem środków publicznych (poprzez dofinansowania, zwolnienia z podatków) i wsparciu instytucjonalnych ze strony rządu, na wzór innych krajów, które dziś przewodzą w tym wyścigu.

Wodór jest uznawany za paliwo przyszłości, które zrewolucjonizuje wiele dziedzin życia, podobnie jak uczyniły to paliwa kopalne – ropa i gaz ziemny. Ma się przyczynić do przeciwdziałania zmianom klimatu i sprzyjać ograniczeniu emisji gazów cieplarnianych z problematycznych dla środowiska sektorów gospodarki. Dla krajów inwestujących w technologie wodorowe ważna jest jednak nie tylko ekologia. Upowszechnienie wodoru ma bowiem pozwolić uniezależnić się od importu paliw kopalnych i zapewnić bezpieczeństwo energetyczne.

W czym tkwi jego sekret? Wodór jest bardzo efektywnym paliwem, bo z jego niewielkiej ilości można pozyskać sporo energii. Dlatego wielu ekspertów z branży upatruje w wodorze szans, by zastąpić paliwa konwencjonalne w sektorach o dużym zapotrzebowaniu na energię, które w nadchodzących latach czekać będzie trudna i kosztowna dekarbonizacja. Mowa o długodystansowym transporcie, przemyśle ciężkim (np. hutnictwie), ogrzewaniu oraz długoterminowym magazynowaniu energii powstałej z odnawialnych źródeł energii (OZE). Przykładowo: nadwyżka energii wyprodukowanej przez farmy wiatrowe w nocy, gdy zapotrzebowanie na energię jest mniejsze, może zostać zmagazynowana właśnie jako wodór, który będzie potem przesyłany jako mieszanka z gazem ziemnym w stosunku 9 do 1.

Wodór tu i teraz…

To jednak wciąż daleka wizja. Obecnie w Europie wodór stanowi mniej niż 2 proc. energii i jest przede wszystkim używany do produkcji np. plastiku i nawozów sztucznych. Co więcej, większość wodoru produkowana jest poprzez przetwarzanie (regazyfikację) węgla i reforming parowy gazu ziemnego, podczas którego do atmosfery i tak uwalniany jest m.in. dwutlenek węgla. Tak pozyskany wodór nazywany jest „szarym”. Mniej emisyjne jest wytwarzanie tzw. błękitnego wodoru, pozyskiwanego z gazu ziemnego metodą CCS (carbon capture and storage). Stanowi on aż 96 proc. wodoru w UE, co powoduje dużą emisję CO2. Istnieje także metoda pozyskiwania wodoru za pomocą pirolizy metanu – powstaje wówczas wodór określany jako turkusowy.

Nadrzędnym celem pozostaje jednak pozyskiwanie tego pierwiastka w sposób nieemisyjny, tj. w wyniku elektrolizy – rozkładu wody na tlen i wodór przy użyciu energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych Do atmosfery nie są wówczas uwalniane szkodliwe związki, dlatego też taki wodór nosi nazwę „zielonego”. Obecnie stanowi on jednak niewielki procent całego wytwarzanego wodoru, ale docelowo w Europie ma być jedynym jego rodzajem.

Ambitne strategie na przyszłość

Na poziomie Brukseli podjęto już pierwsze kroki, by zbliżyć UE do tej wymarzonej rzeczywistości. 8 lipca 2020 r. Komisja Europejska przyjęła strategię wodorową, zgodnie z którą rozwój produkcji wodoru i szerszego wykorzystania w przemyśle ma być jednym z elementów dążenia do Zielonego Ładu. Strategia unijna zakłada, że całkowity udział wodoru w miksie energetycznym ma wzrosnąć do ok. 13–14 proc. w 2050 r.

W założeniu wodór ma zastąpić węgiel tam, gdzie wykorzystanie energii elektrycznej jest niemożliwe lub utrudnione (np. przemysł stalowy lub transport). Warto podkreślić, że chociaż głównym celem strategii jest rozwój zeroemisyjnego zielonego wodoru, tak w okresie przejściowym dopuszcza się wykorzystywania także innych niskoemisyjnych form wodoru. Po 2050 r. ma być wykorzystywany jednak tylko zielony wodór.

Polska droga do wodorowej przyszłości

Podobne plany ma również polski rząd, który uznaje wodór za kluczowy element transformacji energetycznej. Nad krajową strategią wodorową pracuje już Ministerstwo Klimatu i Środowiska. Konieczne jest przyspieszenie prac nad tym aktem prawnym. Dziś brakuje ram prawnych dla rozwoju tej technologii. Chociaż zagadnienia związane z wodorem zostały ujęte w ustawie o elektromobilności i paliwach alternatywnych, to jednak w tym dokumencie główny nacisk położono na rozwój sektora pojazdów elektrycznych. Należy też pamiętać, że docelowo wodór ma znaleźć zastosowanie w wielu innych dziedzinach gospodarki, nie tylko transporcie. Dlatego konieczne jest kompleksowe podejście i szersze spojrzenie, w którym uwzględnione zostaną też dalekosiężne plany rządu związane z transformacją energetyczną, rozwojem odnawialnych źródeł energii i m.in. planami budowy farm wiatrowych na morzu.

Opracowanie takiego aktu będzie niezbędne, by wykorzystać duży potencjał badawczy, naukowcy i technologiczny, który już w Polsce mamy. Pozwoliłby on przestawić rozwój wodoru na inne tory. W końcu już dziś Polska jest trzecim największym producentem wodoru na Europie. Sęk w tym, że jest on wykorzystywany przede wszystkim na potrzeby produkcji przemysłowej np. nawozów sztucznych. I nie jest to wodór zielony, lecz szary i błękitny, których nie można od tak wykorzystać do zasilania pojazdów – musi on być bowiem najpierw oczyszczony, by nadawał się do zastosowania w układach napędowych. Tymczasem instalacje dostarczające czysty wodór są dopiero w budowie – pierwsza inwestycja PKN Orlen ma zostać uruchomiona w Trzebini.

Wodór zamiast benzyny

Szczególną rolę przypisuje się wodorowi w transporcie. Nie we wszystkich przypadkach można bowiem polegać na pojazdach elektrycznych, w których – jeszcze przed kilkoma laty - pokładano największe nadzieje. Dotychczasowe doświadczenia z takimi napędami pokazują jednak, że pojazdy elektryczne nie zdają egzaminu we wszystkich sytuacjach, np. w przypadku długich przewozów drogowych i dużej masy pojazdów (np. ciężarowych). Uwagę przekierowano więc na silniki wykorzystujące wodór. Jako zaletę pojazdu z jego użyciem wskazuje się, oprócz oczywiście zerowej emisji, duży zasięg i krótki czas tankowania.

Trend ten dostrzega też polski rząd. Ministerstwo Klimatu i Środowiska planuje, aby wykorzystanie wodoru jako paliwa alternatywnego w transporcie było jednym z celów projektu Polskiej Strategii Wodorowej do roku 2030 z perspektywą do 2040 r. Ocenia, że w ciągu najbliższych 10 lat możliwe będzie rozpoczęcie eksploatacji 2000 wyprodukowanych w Polsce autobusów zeroemisyjnych napędzanych wodorem oraz rozwój stacji tankowania i instalacji do oczyszczania wodoru do standardu czystości 99,999%.

Chociaż polska strategia nie została jeszcze ogłoszona, kolejne samorządy gotowe oprzeć część komunikacji na pojazdach wodorowych podpisują listy intencyjne ze spółkami energetycznymi. Obecnie jednak w kraju nie ma jeszcze gotowej ani jednej stacji tankowania wodoru, (Lotos buduje aktualnie stacje w Gdańsku i w Warszawie), został za to zarejestrowany jeden samochód wodorowy. Co prawda w Polsce produkowane są już autobusy wodorowe (Solaris), ale są one na razie eksportowane do innych krajów, które już wdrażają transport wodorowy (Szwecja, Niemcy).

Zazielenienie kolei i … dronów?

Resort w swoich planach skupia się na transporcie kołowym, ale ocenia także możliwość wykorzystania wodoru w innych jego rodzajach. Rozważa wspieranie prac nad wprowadzeniem do eksploatacji pierwszych pociągów osobowych i lokomotyw towarowych napędzanych wodorem, które stopniowo zastąpią ich spalinowe odpowiedniki na trudnych do zelektryfikowania trasach.

Szersze zastosowanie wodoru może być przewidziane w lotniczym transporcie bezzałogowym. Tego typu pojazdy stanowią nową ścieżkę dla wyspecjalizowanych usług o charakterze przewozowym (małogabarytowym). Ministerstwo widzi potencjał do ich wykorzystywania w dużych aglomeracjach, ale także jako wsparcie logistyczne w innych sektorach gospodarki.

Wodór jako magazyn energii

Wykorzystanie wodoru jako paliwa w transporcie to nie jedyne plany ministerstwa. Jego rola ma być dużo większa i zwiększyć bezpieczeństwo energetyczne Polski. Resort planuje bowiem wykorzystywanie wodoru jako magazynu energii, który wesprze system energetyczny oparty na OZE. Rozwój wykorzystania niskoemisyjnych technologii wodorowych w energetyce mogą służyć obniżeniu emisyjności sektora energetycznego i dywersyfikacji struktury wytwarzania energii.

Ministerstwo wskazuje, że instalacje pozwalające na przekształcenie energii elektrycznej w wodór pozwoliłyby zagospodarować nadwyżkę energii pochodzącej z OZE (której udział w produkcji energii elektrycznej netto zgodnie z projektem Polityki energetycznej Polski do 2040 r. udział sięgnie co najmniej 32% w 2030 r.) i planowanych elektrowni jądrowych, dzięki czemu wodór mógłby pełnić rolę swoistego magazynu energii. - Wykorzystanie elektrolizerów (w układach P2H/P2G/P2L/P2A/P2X) pozwoliłoby na integrację systemu gazowego z siecią elektroenergetyczną, a to zmniejszyłoby zależność polskiej gospodarki od paliw kopalnych i ich importu – przekonują rządzący.

Ministerstwo Klimatu i Środowiska planuje wykorzystywanie wodoru jako magazynu energii, który wesprze system energetyczny oparty na OZE. Instalacje pozwalające na przekształcenie energii elektrycznej w wodór pozwoliłyby zagospodarować nadwyżkę energii pochodzącej z OZE (której udział w produkcji energii elektrycznej netto zgodnie z projektem Polityki energetycznej Polski do 2040 r. udział sięgnie co najmniej 32% w 2030 r.) i planowanych elektrowni jądrowych, dzięki czemu wodór mógłby pełnić rolę swoistego magazynu energii.

Ekologia i nowoczesność wciąż za drogie

Największym wyzwaniem, z którym mierzą się wszyscy najwięksi gracze na wodorowym rynku, jest pokonanie bariery cenowej związanej z produkcją tego paliwa. Szczególnie drogie jest wytworzenie najbardziej pożądanego zielonego wodoru. Jest on ponad trzy razy droższy niż szary i choć jego koszt regularnie spada (w ostatniej dekadzie o ponad połowę), to nadal wynosi ok. 6 dolarów za kilogram. Prognozuje się, że do 2030 r. może dojść do kolejnych, większych spadków związanych z poprawą technologii i rozwojem OZE, dzięki czemu jego cena może stać konkurencyjna wobec innych rodzajów wodoru.

Skąd tak duże koszty? Wynikają one z uwarunkowań technicznych całego procesu wytworzenia wodoru, a także jego magazynowania. Paliwo wodorowe musi spełniać wysokie parametry czystości. Problematyczna i kosztowna jest także stacja tankowania, która wymaga odpowiednich zbiorników. Ocenia się, że koszt jednej to nie mniej niż 4 mln zł.

Konieczne wsparcie państwa

Technologie wodorowe rozwijane są w różnych modelach na całym świecie. Liderem wodorowej rewolucji chcą być Niemcy. Potrzebna technologia jest intensywnie rozwijana z dużym udziałem środków publicznych. Niemiecki rząd rozstrzygnął konkurs na projekty naukowo-przemysłowe, które pozwolą m.in. na produkcję wodoru z użyciem energii z OZE. W przyjętej w 2020 r. krajowej strategii uznano zielony wodór za jedyne rozwiązanie w długiej perspektywie, dlatego jego wytwarzanie będzie wspierane. Wsparcie ma polegać np. na zwolnieniu operatorów elektrolizerów z opłaty OZE. Strategia zakłada zastępowania paliw kopalnych wodorem przede wszystkim w przemyśle oraz w transporcie ciężkim. Wsparcie rządu w tym zakresie to np. rekompensowanie przedsiębiorstwom strat wynikających ze stosowania wodoru zamiast węgla w niektórych sektorach. Wspierany ma być także transport poprzez m.in. dopłaty do zakupu pojazdów wodorowych.

Niemiecka strategia rozwoju wodoru zakłada zastępowania paliw kopalnych wodorem przede wszystkim w przemyśle oraz w transporcie ciężkim. Wsparcie rządu w tym zakresie to np. rekompensowanie przedsiębiorstwom strat wynikających ze stosowania wodoru zamiast węgla w niektórych sektorach. Wspierany ma być także transport poprzez m.in. dopłaty do zakupu pojazdów wodorowych. 

Do rozwijania tej technologii wręcz zmuszona jest Japonia, także planująca stać się światowym liderem w tej dziedzinie. Z uwagi na brak surowców musi ona importować ponad 90 proc. wykorzystywanej w kraju energii. W 2017 r. przyjęto krajową strategię, która przede wszystkim zakłada obniżenie emisyjności gospodarki, uniezależnienie się Japonii od paliw kopalnych, co pozwoli jej na niezależność energetyczną. W transformację angażują się największe krajowe koncerny pod przewodnictwem Toyoty. W ramach utworzonej Hydrogen Utilization Study Group badają możliwości zastosowania wodoru na dużą skalę nie tylko w transporcie, ale także przemyśle.

Także w USA rozwój technologii wodorowej odbywa się ze wsparciem finansowym Departamentu Energii. Amerykanie planują wytwarzanie wodoru z użyciem energii atomowej.

Tekst opracowany przez redakcję TOGETAIR