Dla europejskiej gospodarki opartej na paliwach kopalnych, w tym na gazie, budowa wodorowej gospodarki może być sposobem na wyjście z surowcowego kryzysu. Wodór ma bowiem wiele zastosowań. Może być: źródłem ciepła, magazynem energii oraz paliwem w transporcie kolejowym, samochodowym, morskim, a także lotniczym.

– Im szybciej przejdziemy na odnawialne źródła energii i wodór, w połączeniu z większą efektywnością energetyczną, tym szybciej staniemy się naprawdę niezależni i będziemy panować nad systemem energetycznym – podkreślała przewodnicząca Komisji Europejskiej Ursula von der Leyen, ogłaszając 8 marca br. plan REPowerEU.

Celem REPowerEU jest zwiększenie odporności systemu energetycznego w UE, co w praktyce ma oznaczać całkowitą rezygnację ze sprowadzania gazu, ropy naftowej i węgla z Rosji przed 2030 rokiem. W przypadku gazu ten import miał spaść o dwie trzecie do końca tego roku.  

Tymczasem uniezależnienie się Polski od rosyjskich paliw stało się pilną koniecznością – 19 kwietnia prezydent Andrzej Duda podpisał ustawę wprowadzającą embargo na import węgla z Rosji, a 27 kwietnia Gazprom wstrzymał dostawy gazu ziemnego do naszego kraju.

Strategia na wodór

Mało kto wie, że Polska jest, po Niemczech i Holandii, największym producentem wodoru w Europie. Rocznie wytwarzamy 1,3 mln ton wodoru szarego, głównie w procesie reformingu parowego gazu ziemnego. Wodór wykorzystujemy w przemyśle chemicznym, rafineryjnym oraz spożywczym.

Od grudnia zeszłego roku mamy także „Polską strategię wodorową do roku 2030 z perspektywą do roku 2040” (PSW).

Dokument określa główne cele gospodarki wodorowej oraz kierunki działań potrzebnych do ich osiągnięcia, w tym metody produkcji wodoru nisko- i zeroemisyjnego. Odnosi się do priorytetowych obszarów wykorzystania wodoru: energetyki, transportu i przemysłu, a także jego produkcji i dystrybucji.

Wodór ma pełnić rolę magazynu energii, umożliwiać bilansowanie sieci elektroenergetycznej, a także obniżenie emisyjności w tych segmentach, w których dekarbonizacja jest ekonomicznie nieuzasadniona lub niemożliwa poprzez elektryfikację.

Cele, które wytycza PSW, to: wdrożenie technologii wodorowych w energetyce i ciepłownictwie; wykorzystanie wodoru jako paliwa alternatywnego w transporcie; wsparcie dekarbonizacji przemysłu; produkcja wodoru w nowych instalacjach; sprawny i bezpieczny przesył, dystrybucja i magazynowanie wodoru; stworzenie stabilnego otoczenia regulacyjnego.

– Wykorzystanie wodoru, przede wszystkim zielonego, w ciepłownictwie to jedno z narzędzi do zazielenienia ciepłownictwa, uzyskania redukcji emisji dwutlenku węgla, a także, co dzisiaj staje się bardzo ważne, niezależności energetycznej. Instalacje ciepłownicze oparte na paliwie wodorowym pojawiają się coraz częściej w planach transformacji systemów wytwarzania ciepła, gdyż pozwalają one na utrzymanie produkcji ciepła i energii elektrycznej w wysokosprawnej kogeneracji i współpracę z wysokotemperaturowymi  systemami ciepłowniczymi. Ta cecha jest bardzo ważna, szczególnie dla dużych systemów ciepłowniczych – mówi Bogusław Regulski, wiceprezes Izby Gospodarczej Ciepłownictwo Polskie. I dodaje: – W mojej ocenie, wykorzystanie wodoru w ciepłownictwie będzie stanowić jedno z narzędzi transformacji procesów wytwarzania ciepła. Uzyskanie odpowiedniej jakości ciepła i utrzymanie bezpieczeństwa dostaw wymagać będzie dywersyfikacji technologii i nośników energii.

Polska wodorowa gospodarka rok za rokiem

PSW zakłada, że do 2025 roku zostanie zainstalowanych 50 MW, a do 2030 roku 2 GW mocy elektrolizerów do produkcji niskoemisyjnego wodoru ze źródeł odnawialnych.

W połowie obecnej dekady mają zostać uruchomione instalacje Power-to-Hydrogen (P2H) o łącznej mocy 1 MW, a na koniec dekady – instalacje ko- i poligeneracyjne o mocy do 50 MWt zasilane wodorem oraz instalacje mikrogeneracyjne o mocy 1–10 kW do wytwarzania wodoru dla instalacji grzewczej lub energii elektrycznej.

Do 2030 roku powstaną stacje podczyszczania wody opadowej do produkcji odnawialnego wodoru, wodór będzie wykorzystywany także w magazynach energii.

W 2025 roku mają zostać uruchomione minimum 32 stacje tankowania wodoru, a pasażerów będzie wozić 100-250 autobusów napędzanych wodorem, do 2030 roku takich pojazdów ma być już nawet 1000. 

Do 2025 roku ma zostać opracowane studium wykonalności  wodorowego rurociągu północ–południe, nazywanego autostradą wodorową. Istniejąca gazowa infrastruktura ma zostać sprawdzona pod kątem możliwości zatłaczania wodoru i przesyłu mieszanin wodoru z gazem. Zgodnie z regulacjami unijnymi, obecnie budowane gazociągi powinny być gotowe na zatłaczanie gazów odnawialnych, w tym wodoru.

Do 2030 roku powstanie co najmniej pięć dolin wodorowych, których inwestycje zostaną włączone w infrastrukturę ogólnoeuropejską.

Trwają prace nad tzw. konstytucją dla wodoru – pakietem ustaw i rozporządzeń dla nowego sektora, dotyczących np. powołania operatora sieci wodorowych, określenia przepisów środowiskowych dla inwestycji wodorowych czy przepisów przejściowych dla sieci wodorowych. Z zapowiedzi resortu z kwietnia br. wynika, że pakiet ma zostać uchwalony jeszcze w tym roku.

Jednocześnie Polska pierwsza w UE opracowała porozumienie sektorowe na rzecz rozwoju gospodarki wodorowej, które precyzuje zapisy PSW. Do inicjatywy przystąpiło już ponad 200 podmiotów, m.in. BGK, NCBiR, NFOŚiGW, Gaz-System, PSPA, Grupa Orlen, PGNiG, Grupa Lotos, Pesa.

Doliny wodorowe

Na świecie zaprojektowano 36 hubów, zwanych także dolinami wodorowymi, z czego w Europie ponad 20. Łączą one na jednym obszarze procesy związane z produkcją, przechowywaniem, dystrybucją i wykorzystaniem wodoru w zintegrowany ekosystem. Wodór w regionie jest wykorzystywany w różnych sektorach gospodarki, np. chemia, przemysł stalowy, transport, energetyka itp.

Najwięcej, pięć, projektów jest realizowanych w Holandii, m.in. w porcie w Rotterdamie, Amsterdamie oraz zagłębiu gazowym w Groeningen.

Zgodnie z PSW, w Polsce do 2030 roku ma zostać stworzonych pięć dolin wodorowych: Dolnośląska Dolina Wodorowa, Mazowiecka Dolina Wodorowa, Podkarpacka Dolina Wodorowa, Pomorska Dolina Wodorowa, Wielkopolska Dolina Wodorowa.

Rozwój polskich dolin wodorowych nadzoruje Agencja Rozwoju Przemysłu, a ich powstawanie wpisano do Krajowego Planu Odbudowy.

Wodorowy słowniczek

Wodór nie jest formą energii samą w sobie, jest nośnikiem energii, wykorzystywanym do magazynowania, przenoszenia i dostarczania energii pochodzącej z innych źródeł: węgla, gazu ziemnego, wiatru, słońca, energii jądrowej i biomasy.

Zwyczajowo wodór wyróżniamy kolorami. Większość energii wodorowej jest produkowana z paliw kopalnych – to wodór czarny, szary lub niebieski.

Szary wodór powstaje z gazu ziemnego lub węgla w procesie reformingu parowego metanu. Para wodna pod ciśnieniem rozbija go na wodór i dwutlenek węgla, który ulatnia się do atmosfery.

Niebieski wodór powstaje w tym samym procesie co szary, ale dzięki użyciu technologii CSS większość dwutlenku węgla jest wychwytywana z atmosfery i składowana bądź magazynowana.

Turkusowy wodór powstaje w wyniku pirolizy gazu ziemnego.

Wodór czarny (z węgla kamiennego) oraz brązowy (z węgla brunatnego) powstaje podczas gazyfikacji węgla w wysokich temperaturach, bez spalania.

Biały wodór pochodzi z geologicznych źródeł naturalnych. Fioletowy wodór jest wytwarzany w procesie elektrolizy (rozkładu wody na wodór i tlen) z wykorzystaniem energii jądrowej.

Najbardziej pożądany zielony wodór jest produkowany w procesie zwanym elektrolizą – z odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr i słońce –  to rozwiązanie energetyczne o zerowej emisji dwutlenku węgla. Taki wodór stanowi mniej niż 1 proc. całkowitej ilości wytwarzanego wodoru, z powodu braku wystarczającej ilości OZE oraz możliwości transportowych.  

Piroliza to proces rozkładu substancji zachodzący bez udziału tlenu i pod wpływem bardzo wysokiej temperatury (400-1000^oC). 

Technologia CCS (ang. Carbon Capture and Storage), zwana także sekwestracją dwutlenku węgla, polega na wychwytywaniu dwutlenku węgla ze spalin oraz jego magazynowaniu.  

Technologia CCU (ang. Carbon Capture and Utilisation) polega na wychwytywaniu dwutlenku węgla ze spalin oraz jego utylizacji.