Wodór niskoemisyjny i jego znaczenie dla gospodarki

• Strona główna
• Artykuły
• Wodór niskoemisyjny i jego znaczenie dla gospodarki

2025-05-12  / Autor: Karolina Majewska

Wodór niskoemisyjny i jego znaczenie dla gospodarki

Temat wodoru jest obecnie szeroko poruszany i niezwykle istotny w kontekście nadchodzących rewolucji w przemyśle energetycznym, transportowym, a także innych sektorach gospodarki. Wdrożenie technologii wodorowych jest jedną z alternatyw budowania niskoemisyjnej gospodarki, zmierzającej ku ograniczeniu negatywnych skutków zmian klimatycznych.

Wprawdzie opinia publiczna nie jest jeszcze do końca oswojona z tematem wodoru, to jednak obecnie trwa wiele badań, które mają na celu rozwój i poprawę praktycznych aspektów związanych z technologiami wodorowymi, jak np. jego przewożenie, czy przechowywanie. Należy jednak wziąć pod uwagę, że obecnie produkowany wodór – tzw. wodór szary, pochodzi głównie (ponad 96%) z procesu reformingu parowego, czyli reakcji metanu i pary wodnej, a więc z wysoce zanieczyszczonego źródła, jakim są paliwa kopalne. Proces reformingu jest znany od dawna, a także najbardziej opłacalny w porównaniu z innymi technologiami produkcji wodoru. Pozostałe 4% (ok. 1 mln ton) to wodór produkowany w wyniku procesu elektrolizy zasilanej prądem pochodzącym z OZE, czyli właśnie wodór niskoemisyjny.

Czym jest niskoemisyjny wodór?

W najbliższym dziesięcioleciu proporcje powinny ulec zmianie i oczekuje się, że większość produkowanego wodoru stanowić będzie wodór niskoemisyjny.

Wykorzystanie wodoru o niskim lub docelowo zerowym śladzie węglowym jest realną szansą na dekarbonizację polskiej gospodarki, a także na wdrażanie nowych, czystych technologii wzmacniających niezależność energetyczną i bezpieczeństwo państwa, poprzez np. wykorzystanie wodoru do magazynowania energii. Należy jednak zastanowić się, czym tak naprawdę jest wodór niskoemisyjny (nazywany także elektrolitycznym – pochodzącym z procesu elektrolizy) i jakie kroki powinny zostać podjęte, aby spełnić wymagania, jakie stawiają przed nami nowe regulacje prawne.

Według definicji Ministerstwa Klimatu i Środowiska, „wodorem niskoemisyjnym może być wodór produkowany z paliw kopalnych, o ile proces produkcji powoduje odpowiednie redukcje emisji” – tutaj jako przykład podaje się produkcję z jednoczesnym wychwytem CO₂ .

W tym miejscu trzeba również wspomnieć o tzw. wodorze odnawialnym, czyli produkowanym z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii, w procesie biochemicznego reformingu biogazu oraz biochemicznego przekształcania biomasy, a także o „wodorze odnawialnym pochodzenia niebiologicznego” – tzw. RFNBO, czyli wodorze produkowanym w wyniku procesu elektrolizy.

Oprócz OZE coraz częściej porusza się także kwestię energetyki jądrowej, a konkretniej wodoru pochodzącego z reakcji jądrowych procesów wykorzystywanych w elektrowni. Według Komisji Europejskiej, wodór produkowany w taki sposób również jest uznawany za wodór niskoemisyjny.

Ciekawą kwestią w kontekście wykorzystania wodoru w budowaniu niskoemisyjnej, czy też bezemisyjnej gospodarki, są tzw. kolory wodoru, czyli pochodzenie, sposób wytwarzania tego pierwiastka oraz związana z tym emisja gazów cieplarnianych, zwłaszcza CO₂ . Można wyróżnić kilka podstawowych rodzajów wodoru:

• wodór zielony – pochodzi z procesu elektrolizy, zasilanego prądem ze źródeł odnawialnych,
• wodór szary/brązowy – pochodzi z reformingu parowego i nie zalicza się do źródeł niskoemisyjnych/pochodzących z węgla brunatnego,
• wodór niebieski – pochodzi z procesów wykorzystujących paliwa kopalne z jednoczesnym wychwytem CO2 (technologie CCS – ang. Carbon Capture Storage),
• wodór turkusowy – pochodzi z procesu pirolizy metanu lub przetwarzania tworzyw sztucznych,
• wodór fioletowy – wodór produkowany z wykorzystaniem elektrowni jądrowych,
• wodór żółty – pochodzi z elektrolizy wody zasilanej energią słoneczną.

Biorąc pod uwagę produkcję wodoru, przede wszystkim należy wspomnieć o szeroko badanych i rozwijanych technologiach ogniw paliwowych – z membraną do wymian protonów (PEM), stałotlenkowych (SOFC) oraz alkalicznych (AFC), które mogą zrewolucjonizować przemysł energetyczny, zwłaszcza w związku z bardzo dobrze rozwiniętą technologią produkcji elektrolizerów w Europie.

Poza tym wyróżnia się także:

• technologie SMR (ang. Steam methane reforming) – jest to jedna z najbardziej zaawansowanych i najtańszych metod otrzymywania wodoru o sprawności procesu 74-85%,
• • PDRM (ang. Plasma dry reforming method) i DR (ang. Dry reforming method) – jest to połączenie technologii SMR z suchym reformingiem wraz z zagospodarowaniem powstałego w procesie CO₂ ,
• POR (ang. Partial oxidation reforming) – jest to reakcja chemiczna mieszaniny paliwowo-powietrznej, która jest częściowo spalona w reformatorze, tworząc bogaty w wodór gaz syntezowy, który można dalej wykorzystać,
• ATR (ang. Autothermal reforming) – proces reformingu i częściowego spalania pary, tlenu i węglowodorów, jak np. metanu zachodzący w jednym reformerze,
• SE-CL (ang. Sorption enhanced chemical – looping) – proces podobny do reformingu, ale bez spalania tlenu i pary, z wykorzystaniem katalizatorów tlenowych w procesie redukcji, przebiegającym w osobnym reformerze,
• HP (ang. Hydrocarbon pyrolysis) – piroliza węglowodorów w wysokiej temperaturze 700 °C, • SFG (ang. Solid fuel gasification) – proces szybkiej pirolizy związków stałych, jak np. węgiel,
• HRPMs (ang. Advances and prospects of hydrocarbon reforming and pyrolysis methods for low-carbon H2 production) – metody reformowania i pirolizy węglowodorów w celu produkcji niskoemisyjnego H2 ,
• thermochemical route – cykle termochemiczne, czyli produkcja wodoru w wyniku termochemicznej reakcji rozpadu związków zawierających wodór np. H2 S, HI, itp.,
• termoliza, fotoliza, biofotoliza – reakcje eliminacji (rozpadu) wody na cząsteczkę wodoru i tlenu pod wpływem odpowiednio temperatury, światła i czynników biologicznych,
• bioelektrochemiczne – z wykorzystaniem mikroorganizmów i procesów fermentacji, a także nowych technologii i procesów badanych pod kątem otrzymywania wodoru niskoemisyjnego, czystego z jak największą wydajnością.

Wodór w transporcie i energetyce

W miarę postępu w kierunku energetyki niskoemisyjnej i odchodzenia od paliw kopalnych, wodór będzie pełnił kluczową rolę w zmianie systemów elektroenergetycznych. Dążenie do neutralności względem emisji dwutlenku węgla do 2050 r. wymaga zatem połączenia różnych technologii i rozwiązań takich, jak OZE, technologie wodorowe, czy magazyny energii.

Mimo tego, że wodór jako paliwo jest znany od dawna, to dopiero dzisiaj możemy mówić o jego coraz bardziej powszechnym wykorzystaniu, m.in. w transporcie, energetyce i przemyśle. Wodór jako paliwo o wysokiej gęstości energii (33 kWh/ kg) jest rozważany przede wszystkim w kontekście pracy ogniw paliwowych, które stanowią układ napędowy auta wodorowego. Jednak, aby odpowiednie do tego celu ogniwo PEM działało w sposób poprawny, wodór musi spełniać określone normy czystości – najczęściej na poziomie tzw. pięciu dziewiątek, czyli 99,999% czystości. Wodór, który pochodzi głównie z reformingu parowego nie spełnia wymagań czystości klasy 5.0, dlatego musi być dodatkowo oczyszczany, co pociąga za sobą koszty wprowadzenia kolejnego procesu technologicznego.

Podsumowanie

Pierwsze i podstawowe znaczenie wodoru w gospodarce to ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, w których jest to trudne do zrobienia. Jako przykład można tutaj podać transport, przemysł energetyczny oparty na węglu, czy też produkcję stali. Wodór staje się obiecującą alternatywą dla transportu, a zwłaszcza w tych obszarach, gdzie elektryfikacja jest pewnym wyzwaniem, jak np. w transporcie morskim, ciężkim, ale także w lotnictwie poprzez wykorzystanie go do produkcji m.in. paliw syntetycznych.

Według raportu Komisji Europejskiej (Pytania i odpowiedzi: Strategia w zakresie wodoru na rzecz Europy neutralnej dla klimatu, Komisja Europejska – Pytania i odpowiedzi, Bruksela, 8 lipca 2020 r.), „wodór jako bezemisyjny nośnik energii może także umożliwiać transport energii ze źródeł odnawialnych na duże odległości oraz magazynowanie dużych ilości energii”.

Ważne jest przy tym zwrócenie uwagi na możliwość zastosowania wodoru niskoemisyjnego w wielu procesach przemysłowych, jak np. przy produkcji amoniaku (niezbędnego w przemyśle chemicznym i otrzymywania nawozów), metanolu i e-paliw.

Budowanie gospodarki wodorowej, zwłaszcza w oparciu o wodór niskoemisyjny, jest niezwykle ważne, jednak należy wziąć pod uwagę wyzwania i kwestie, które wciąż pozostają do rozwiązania. W oparciu o raport Międzynarodowej Agencji Energii (IEA) pt. „Global Hydrogen Review 2022” podkreśla się brak konkretnych regulacji prawnych w kontekście postępowania z wodorem, a także brak odpowiednio rozwiniętej infrastruktury i to zarówno pod kątem wodoru w transporcie, jak i pod kątem wykorzystania go w energetyce – brak odpowiedniej liczby OZE i przestarzałe sieci elektroenergetyczne. W związku z tym zwraca się uwagę na temat współpracy międzynarodowej w celu standaryzacji i ujednolicenia regulacji, a także na implementację technologii wodorowych w celu zwiększenia udziału wodoru niskoemisyjnego w gospodarce.

wodórenergetykaprzemysł chemiczny