Aktualności

Metaforycznie kolory, jakimi określa się wodór, niosą informację o sposobie jego produkcji, substratach oraz źródłach energii wykorzystanych do jego pozyskania. Wyodrębnionych kategorii/kolorów jest nawet 7, jednak tylko trzy z nich  budzą dziś największe zainteresowanie.

Jak pozyskuje się wodór?

Do produkcji wodoru wykorzystuje się związki, w których występuje - wodę, metan, metanol, amoniak, etanol, biomasę i inne.

Masowa produkcja wodoru odbywa się w dużych zakładach chemicznych. Jest on następnie transportowany, czasami na duże odległości, rurociągami, drogami lub statkami.

Obecnie na rynku dostępnych jest kilka uznanych technologii do przemysłowej produkcji wodoru. Istnieją dwie komercyjne drogi produkcji wodoru: elektroliza wody i technologie reformingu.

Na czym polega elektroliza wody?

Podczas elektrolizy woda jest rozszczepiana na wodór i tlen za pomocą energii elektrycznej.

W zależności od źródeł tej energii, elektroliza może powodować emisję dwutlenku węgla CO2 lub być bezemisyjna.

Jeśli energia elektryczna jest wytwarzana ze źródeł odnawialnych (wiatr, energia wodna, energia słoneczna lub energia pływów), nie będzie wówczas emitowany CO2.

Jeśli natomiast energia pochodzi z paliw kopalnych, to CO2 jest emitowany w wyniku produkcji wodoru. Wytwarzany gazowy wodór jest bardzo czysty i można go wykorzystać natychmiast lub zmagazynować do późniejszego wykorzystania.

Reforming parowy - najpowszechniejszy (do czasu) sposób produkcji wodoru

Obecnie najpowszechniejszym sposobem produkcji wodoru jest reforming parowy węglowodorów (np. metanu). Odpowiada za ok. 48 % całkowitej produkcji wodoru na świecie.

Jest to też najczęściej używana obecnie technologia produkcji wodoru w Polsce, w przemyśle rafineryjnym i chemicznym. Proces reformingu parowego opiera się na reakcji mieszaniny metanu i pary wodnej w obecności katalizatora.

W pierwszej reakcji metan reaguje z parą wodną, w efekcie czego wytwarza się tlenek węgla i wodór. W kolejnej reakcji tlenek węgla reaguje z wodą na katalizatorze i wytwarza się dwutlenek węgla i wodór.

Wadą tej metody jest to, że wytwarzany w jej wyniku wodór nie jest czysty - jest zanieczyszczony CO/CO2.

Ponadto proces reformingu wiąże się z wytwarzaniem dwutlenku węgla i jego emisją do atmosfery. Konieczne jest zatem podczas procesu wychwytywanie i sekwestracja CO2.

Technologię reformingu można połączyć z technologią wychwytywania i składowania dwutlenku węgla. W ten sposób około 80% CO2 wytworzonego w procesie reformingu mogłoby zostać wychwycone i sekwestrowane.

Mimo ugruntowanej roli reformingu w procesie produkcji wodoru, nie jest on postrzegany jako rozwiązanie długoterminowe. Przewiduje się, że coraz większą rolę będą odgrywać bardziej ekologiczne sposoby produkcji, takie jak elektroliza w powiązaniu z energią pochodzącą z odnawialnych źródeł energii.

Jaka jest rola odnawialnych źródeł energii (OZE) w produkcji wodoru?

Energia odnawialna zaczyna odgrywać coraz większą rolę w zaspokajaniu potrzeb energetycznych współczesnego społeczeństwa.

Kwestie równoważenia energii elektrycznej w sieci i jej magazynowania są przedmiotem wielu badań i właśnie w tym miejscu pojawia się wodór, jako nowy nośnik energii. Istnieje wiele projektów, w ramach których wiatr lub energia słoneczna jest sprzężona z produkcją i magazynowaniem wodoru.

Jaki kolor ma wodór?

Dziś jeszcze szary...

Obecnie większość wodoru pochodzi z gazu ziemnego, ale proces ten powoduje również powstawanie dużej ilości odpadów węglowych.

Większość związków chemicznych w gazie ziemnym zawiera duże ilości węglowodorów - wodoru związanego chemicznie z węglem. Katalizatory mogą zerwać te wiązania, ale nadmiar węgla tworzy wówczas CO₂.

Szary wodór jest też obecnie najtańszy. Z uwagi jednak na zmienność cen gazu i prognozy jego wzrostu - nie jest to nic trwałego. Dodatkowo malejący koszt wytwarzania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych może spowodować, że bardziej ekologiczne sposoby pozyskiwania wodoru staną się powszechne.

Niebieski kompromis

Powstawanie niebieskiego wodór opiera się na tym samym procesie, co szarego, z dodatkowym wychwytywaniem i magazynowaniem dwutlenku węgla. Eliminuje to emisje powstające w przypadku szarego wodoru i tym samym negatywny wpływ produkcji wodoru na środowisko.

Wyższe koszty produkcji niebieskiego wodoru w stosunku do szarego wiążą się z instalacją wychwytywania dwutlenku węgla, których w przypadku szarego wodoru, nie ma.

Niebieski wodór pozwala jednak uniknąć potencjalnych przyszłych opłat węglowych w zamian za stały koszt wykorzystania instalacji wychwytywania i magazynowania dwutlenku węgla.

Rozważa się obecnie zastąpienie niebieskim wodorem, gazu ziemnego w systemie sieciowym. Niebieski wodór mógłby tym sposobem odegrać dużą rolę w procesie dekarbonizacji. Jest czystym paliwem, z którego spalania powstaje jedynie woda.

Zielony cel

Rekomendowana produkcja wodoru to produkcja zielonego wodoru, gdzie potrzebna jest jedynie woda i energia, ale nie energia pozyskana z paliw kopalnych, a z odnawialnych źródeł (OZE).

W procesie elektrolizy pod wpływem przepływającego przez metalowe przewodniki prądu elektrycznego, woda zostaje rozdzielona na elementy składowe - wodór i tlen. Podczas produkcji zielonego wodoru na żadnym etapie nie powstaje dwutlenek węgla – jest to więc produkcja zero emisyjna.

Otrzymywanie wodoru ma wady związane z niską sprawnością na poziomie 30% powodujące wysokie zapotrzebowanie energii elektrycznej na poziomie 50 kWh/kg wodoru. Z tego powodu, dodatkowym atutem jest wykorzystanie energii elektrycznej zasilającej elektrolizer, produkowanej z paneli fotowoltaicznych znajdujących się w obszarze zakładu.

Kluczowym wyzwaniem w produkcji jest pozyskiwanie i zabezpieczanie wystarczającej ilości wysokiej jakości wody. W przypadku korzystania z wody morskiej, dochodzą także aspekty związane z eksploatacją instalacji odsalania.

Zielony wodór może być kluczem dla transformacji energetycznej dążącej do zerowej emisji poprzez bilansowanie systemu elektroenergetycznego opartego o OZE. W momentach nadwyżki energii elektrycznej produkowanej z OZE wytwarzany jest wodór, który następnie jest magazynowany i wykorzystany w innych sektorach.

Autor: Anna Wojnarowska