EKO – Wiadomości Powiatu Gliwickiego
Czy wodór w dzisiejszych czasach jest najbardziej popularnym w transformacji energetycznej gazem we wszechświecie. I czy ostatecznie wygra?
Jak mówimy o wodorze – to mówimy również o kolorze.
wodór fioletowy lub czerwony - powstaje w wyniku procesu elektrolizy (tak jak w zielonym), ale w elektrowniach jądrowych
wodór żółty - powstaje w procesie elektrolizy przy użyciu energii słoneczne
wodór niebieski - produkowany z paliw kopalnych połączony w procesami wychwytywania CO
wodór brązowy - pozyskiwany w oparciu o paliwa kopalne: węgiel brunatny
wodór czarny oraz szary – pochodzi z przekształcania węgla kamiennego; wodór szary - został wytworzony przy pomocy metanu z paliwa kopalnego
wodór biały - pochodzący z geologicznych źródeł naturalnych
wodór turkusowy - wodór otrzymany w procesie pirolizy metanu lub w procesie przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych. Proces pirolizy prowadzony jest w atmosferze beztlenowej przy niewielkiej emisji CO2.
- wodór zielony - najbardziej pożądany do zastosowania w energetyce; otrzymujemy go w procesie elektrolizy wody przy wykorzystaniu energii z OZE czyli źródła nie obarczonego emisją CO2
W polityce klimatycznej ważne jest pochodzenie, sposób wytwarzania wodoru i związana z tym emisja CO2. Im mniejsza emisja CO2, tym większe szanse na zastosowanie wodoru w energetyce.
Polska jest jednym z światowych producentów wodoru (1 mln ton rocznie, podczas gdy całość globalnego rynku to ok. 70 mln ton). Wytwarzany w naszym kraju wodór głównie pochodzi w całości ze źródeł kopalnych i jest tzw. wodorem szarym, który należy za pomocą odpowiedniej technologii "oczyścić" z metanu.
Co w UE?
Założenia Unii Europejskiej to przyjęcie strategii wodorowej, plan RePowerEU zaktualizowaną o odnawialne źródła energii program „RED III” zakładający do 2030 roku: 20 mln ton zużycia wodoru w tym 10 mln ton z importu, budowę elektrolizerów o mocy 40 GW i wzrost mocy zainstalowanej OZE do 45%. Dyrektywa RED III obliguje do wykorzystania zielonego wodoru: 5,7 % zapotrzebowania na paliwa w UE do 2030r., w tym 50% zapotrzebowania na paliwa w przemyśle, 1,2% zapotrzebowania na paliwa w transporcie morskim. Firmy mają też być prawnie zobligowane do wykorzystania zielonego wodoru w swoim miksie paliwowym. Ma się to przełożyć na ok. 9-10 milionów ton popytu na zielony wodór w 2030r.
Dobrem jest to, że paliwo wodorowe może być wytwarzane w każdym miejscu przy dostępie wody i energii elektrycznej. Jego produkcja, magazynowanie i wykorzystanie przyczynia się do autonomiczności energetycznej regionów i poprawy bezpieczeństwa dostaw energii. Wykorzystanie wodoru nie powoduje emisji zanieczyszczeń do atmosfery, a co ważne przyczyni się do dekarbonizacji sektora ciepłowniczego, gdzie niewiele ponad 10% ciepła pozyskiwane jest z czystych źródeł energii, głównie z biomasy. Ważnym celem jest również wykorzystywanie nadwyżek OZE na produkcję wodoru dla układów poligeneracyjnych.
Projekty wodorowe w Polsce
W Polsce obecnie znajdują się kilka projektów wodorowych np. spalany w ciepłownictwie (Sanok, Nowa Sarzyna), stacje tankowania( Kraków, Konin, Włocławek), magazyny energii(Garbce), hub-y wytwarzające wodór(Włocławek, Szczecin, Płock, Kielce)
Pierwsze nasuwające się wnioski technologii wodorowej: niewielki potencjał w obszarze gospodarki wodorowej, brak rozwiniętych łańcuchów dostaw, brak regulacji prawnych oraz brak infrastruktury. Natomiast największym problemem rozwoju innowacji w obszarze wodoru jest obecnie niska dojrzałość rynku, brak wystarczających przepisów prawnych i instrumentów wsparcia oraz niedostateczne ukierunkowanie(niejasne cele i procedury ich ustalania) oraz koszty wprowadzenia nowej technologii na szeroką skalę.
Podsumowanie
Głównymi źródłami wodoru są: woda i związki organiczne, oparte o atomy węgla i wodoru. Czyli uzyskanie czystego wodoru wymaga użycia odpowiedniej porcji energii.
Na wytworzenie 1 kg wodoru jest potrzebne 10 litrów wody oraz 50 KW/h energii elektrycznej za pomocą elektrolizy, a przy spalaniu 1 kg wodoru otrzymujemy 39 KW/h co przekłada się na niską opłacalność.
A jak to wygląda z magazynowaniem wodoru.
Nie będzie przełomu w gospodarce wodorowej bez systemu magazynowania, a to stanowi poważne utrudnienie w magazynowaniu jak i transporcie tego gazu. W zasadzie obecnie sprowadza się wodór do sprężenia do bardzo wysokiego ciśnienia rzędu do 700 atm. Istotnym parametrem z punktu widzenia potencjalnego magazynowania jest niska temperatura krytyczna wodoru (-239,9⁰C), która sprawia, że skroplenie tego gazu jest trudniejsze niż skroplenie powietrza lub większości innych gazów.
Unikatową właściwością wodoru jest jego znaczna rozpuszczalność w niektórych metalach. W wysokich temperaturach rozpuszcza się w: platynie, niklu, żelazie, miedzi. Z jednej strony jest to szansa na zwiększenie pojemności zbiorników na wodór, a z drugiej stanowić poważny problem związany z tak zwaną korozją wodorową, czyli wnikaniem cząsteczek wodoru w głąb struktury metalu, co ma istotny wpływ na trwałość np. metalowych reaktorów i zbiorników. Obecnie stosuje się wielowarstwowe zbiorniki kompozytowe, które mają zapobiec zjawisku penetrowania przez wodór ścianek zbiorników. Stanowi to obszar intensywnych badań, które mają pomóc w jak najbardziej efektywnym magazynowaniu wodoru.
Można zadać sobie pytanie czy jest to dobry kierunek inwestowania znacznych środków w tak trudny do wytworzenia i magazynowania gaz jakim jest wodór?
A może warto spojrzeć w kierunku baterii na CO2 lub ogólnodostępne powietrze, ale to już w innym wydaniu WPG.
Elementy przykładowego Huba (rysunek)
1. Elektrolizer PEM o mocy 5MW, ciśnienie 40 bar, wydajność 1000Nm3/h=90kg/h
2. Sprężarka o wydajności 0-50kg H2/h, ciśnieniu na ssaniu/wylocie 40 barg/500 barg i temperaturze < 40oC
3. Magazyn wodoru 35m3=1050kg przy ciśnieniu 500 bar
4. Agregat kogeneracyjny o nominalnej mocy 999kWe, energii cieplnej 1,2 MWt i całkowitej sprawności powyżej 81%
5. Chłodziarka absorpcyjna o mocy 0,85MWt, mocy cieplnej oddawanej przez agregat kogeneracyjny do agregatu chłodniczego 1201KW, strumieniu cieczy roboczej 63t/h, temperatury cieczy roboczej(in/out) 95/75oC stopni Celsjusza