Solvay wspiera rozwój gospodarki wodorowej

• Strona główna
• Artykuły
• Solvay wspiera rozwój gospodarki wodorowej

2023-07-18

W ocenie władz belgijskiego giganta, oznaki przechodzenia na gospodarkę wodorową są już wszędzie. Odpowiednie inwestycje i projekty pojawiają się na każdym kontynencie, w efekcie czego światowa gospodarka wodorowa wkrótce stanie się ekologiczna, a pozytywne konsekwencje będą ogromne pod względem wpływu na środowisko. Pomimo silnej obecności w mediach, pojazdy napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi to tylko ułamek zjawiska. Ich pojawienie się jest oczywiście dobrą wiadomością dla czystej mobilności, ale gospodarka wodorowa jest większa o rzędy wielkości i będzie odnosić się do produkcji nawozów, do metalurgii, do sektora ropy naftowej i gazu, a także naturalnie przemysłu chemicznego.

Wodór wytwarzany z wody jako jedynego surowca nie powoduje zanieczyszczenia atmosfery ani efektu cieplarnianego. Wyzwanie polega jednak na tym, że jest on w większości produkowany przy użyciu paliw kopalnych, takich jak gaz ziemny i węgiel. Oznacza to, że rozwój zrównoważonego wykorzystania wodoru musi iść w parze z przejściem na tak zwany zielony wodór, który będzie powstawał przy użyciu całkowicie odnawialnej energii, w przeciwieństwie do wodoru „szarego” (wykorzystującego paliwa kopalne), wodoru „niebieskiego” (wykorzystującego gaz ziemny, ale z wychwytywaniem dwutlenku węgla) lub wodoru „różowego” (wykorzystującego energię jądrową).

- Dlaczego tak bardzo polegamy na wodorze? Zainteresowanie nim wynika z jego wszechstronności. Jest on szeroko stosowany do produkcji podstawowych składników chemicznych, takich jak nadtlenek wodoru - jeden z najpowszechniejszych na świecie utleniaczy i środków antyseptycznych, czy amoniak, ale ma również użyteczną właściwość łatwopalności - jako taki może częściowo zastąpić gaz ziemny do użytku domowego. Mówi się, że do 10% wodoru mogłoby zostać wtłoczone do systemów dystrybucyjnych bez konieczności zmiany przez konsumentów sprzętu do gotowania i ogrzewania. Wreszcie, wodór jest również wektorem energii elektrycznej: tym właśnie jest ogniwo paliwowe – wodór przekształcany w energię elektryczną w celu zasilania silnika. Ale ta właściwość może być również zastosowana do transportu i magazynowania energii elektrycznej. Jak łatwo sobie zatem wyobrazić rozwój wykorzystania bezemisyjnego wodoru we wszystkich tych dziedzinach byłby ogromnym krokiem w kierunku osiągnięcia celów dekarbonizacji planety. W rzeczywistości osiągnięcie celów zerowej emisji dwutlenku węgla netto nie jest po prostu możliwe bez użycia czystego wodoru. Są tu naprawdę dwa aspekty: wykorzystanie zielonego wodoru do dekarbonizacji istniejącej gospodarki wodorowej oraz wykorzystanie wodoru do nowych zastosowań, takich jak czysta mobilność – komentuje Imre Horvath, szef jednostki Green Hydrogen Platform w koncernie Solvay.

Dopytuje on przy tym o to, jaki jest sens opracowywania elektrycznych pojazdów, ciężarówek i pociągów napędzanych ogniwami paliwowymi, jeśli zużywany przez nie wodór generuje CO2 do jego produkcji? Pytanie nie brzmi zatem, czy rozwój zastosowań przemysłowych zielonego wodoru byłby dobrym pomysłem dla klimatu, ale jak to zrobić?

W ocenie ekspertów Solvay, odpowiedź leży w zwiększeniu technicznej wykonalności i opłacalności ekologicznej gospodarki wodorowej w celu znacznego zwiększenia jej produkcji. Solvay szacuje, że przejście na wodór zdekarbonizowany do obecnych zastosowań przemysłowych wymaga dziesięciokrotnego pomnożenia obecnej światowej produkcji i że potrzebna jest wola polityczna, duże inwestycje i oczywiście odpowiednie materiały.

To dlatego Solvay jest jedną z nielicznych firm na świecie, które są w stanie dostarczać wysoce zaawansowane materiały wspierające budowę gospodarki wodorowej, takie jak polimery do niewiarygodnie cienkich membran oraz lekkie polisulfony o wysokiej wytrzymałości potrzebne do produkcji i wykorzystania wodoru.

- Chociaż podstawowa zasada pozostaje taka sama – oddzielanie atomów tlenu i wodoru zawartych w cząsteczkach wody – istnieją trzy główne technologie wytwarzania wodoru: elektroliza membranowa z wymianą protonów, elektroliza wody alkalicznej i elektroliza tlenków stałych. Aby wytworzyć zielony wodór, potrzebujemy wody, wiatru lub słońca oraz jednostki zwanej elektrolizerem. Elektrolizer zawiera rdzeń składający się z membrany i elektrod, które wywołują reakcję elektrochemiczną umożliwiającą rozszczepienie wody na wodór i tlen. Tak się składa, że Solvay znajduje się w wyjątkowej sytuacji pod względem dostarczania materiałów, które leżą u podstaw wiodących technologii elektrolizerów. To wciąż początki, podobnie jak 10 lat temu w przypadku akumulatorów do pojazdów elektrycznych: pierwsze generacje były drogie i miały niską wydajność. Ale ponieważ są to wysoce wyspecjalizowane produkty o bardzo specyficznych środkach produkcji, prawie w całości przeznaczone do zastosowań związanych z wodorem, to musimy nawiązać współpracę w całym łańcuchu wartości z producentami elektrolizerów, ogniw paliwowych, ciężarówek, membran itp., abyśmy mogli opracowywać materiały w oparciu o solidne zrozumienie potrzeb rynku i wspólne ryzyko – przekonuje Imre Horvath, szef jednostki Green Hydrogen Platform w koncernie Solvay.

Kolejnym krytycznym elementem umożliwiającym start zielonego wodoru jest przyspieszenie tempa produkcji. Aby to osiągnąć, Solvay jest zajęty zwiększaniem swoich możliwości, tworząc laboratoria i regionalne zespoły techniczne, wspierające klientów i partnerów na każdym etapie rozwoju produktu i komercjalizacji. Niemniej przyspieszenie tych działań nie będzie możliwe bez automatyzacji.

- Aby zwiększyć skalę, musimy zautomatyzować jednostki produkcyjne. Do 2030 roku zwielokrotnimy produkcję elektrolizerów i ogniw paliwowych o 100%. Jednak nie wszystkie materiały są kompatybilne z automatyzacją: dostosowanie linii produkcyjnych poprzez przejście na odpowiednie materiały jest absolutną koniecznością, aby stawki wzrosły, a koszty spadły. Problem polega na tym, że samochody napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi są nadal wykonane z metalowych części, obrabianych kawałek po kawałku, jak 100 lat temu. Zastąpienie tego wszystkiego polimerami zwiększy tempo produkcji, a także umożliwi lepszą wydajność wodorowych ogniw paliwowych dzięki wyższej gęstości energii i zmniejszonej masie. Ponadto umożliwi wykorzystanie technologii ogniw paliwowych w innych zastosowaniach i różnych typach pojazdów, zarówno na drogach, jak i poza nimi – komentuje Vincent Meunier, dyrektor ds. sprzedaży i rozwoju w jednostce Green Hydrogen Platform koncernu Solvay.

Badania i innowacje odegrają również kluczową rolę w poprawie trwałości, wydajności i całkowitych kosztów technologii wodorowych. Jednym z obszarów, w którym firma Solvay poczyniła już postępy, jest jonomer Aquivion do ogniw paliwowych i elektrolizerów PEM, który otwiera okno operacyjne elektrolizera na większy prąd przy tym samym napięciu niż dotychczas. Innymi słowy, daje większy zwrot z inwestycji. Ta i inne innowacje firmy Solvay zasadniczo zmieniają ekonomię ekologicznego wodoru, przybliżając technologię do rentowności.

Solvaywodórprzemysł chemicznybadania i rozwój