Niestety wodór rzadko występuje w postaci niezwiązanej, najczęściej w parze wodnej (H₂O) lub metanie (CH₄). Możemy więc go pozyskać praktycznie z każdego źródła organicznego lub z wody. Podczas spalania wodoru z czystym tlenem powstaje tylko woda, również przy utlenianiu wodoru w ogniwach paliwowych produktem ubocznym jest woda.

Kolory wodoru: zielony z OZE

– Pomimo że sam wodór jest bezbarwnym i bezwonnym gazem, to w zależności od ilości emisji gazów cieplarnianych podczas produkcji nadano mu kolory. Najbardziej pożądany jest tzw. wodór zielony – wytworzony przy wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii. Z drugiej strony skali jest wodór w odcieniach szarości i czerni, czyli z gazu ziemnego czy węgla, z dużym śladem węglowym dla środowiska – mówi Kuba Zwoliński z MH Energy, spółki zajmującej się wspieraniem projektów związanych z gospodarką wodorową.

Obecnie 96% światowego wodoru produkuje się za pomocą reformingu parowego z paliw kopalnych:

• 48% z gazu ziemnego,
• 30% z ropy naftowej,
• 18% z węgla.

Reforming parowy to najpowszechniejsza i najtańsza metoda, która wykorzystuje m.in. gaz ziemny podgrzewany do temp. 700–1100°C w obecności pary wodnej. W tej temperaturze zachodzi reakcja rozbicia metanu i uzyskanie tlenku węgla oraz wodoru. Niestety, proces ten jest bardzo zanieczyszczony, bo generuje około 9 do 12 kg CO₂ na każdy kilogram wodoru, a uzyskany wodór trzeba oczyścić z tlenku węgla, dwutlenku węgla oraz pozostałych składników gazu ziemnego, szczególnie siarki.

Eksperci przewidują, że w najbliżej dekadzie udział zielonego wodoru znacząco wzrośnie. Kryzys energetyczny i ograniczony dostęp do paliw przyspieszył prace nad wykorzystaniem alternatywnych źródeł produkcji wodoru, głównie w drodze elektrolizy wody.

– Elektroliza to proces wykorzystywania energii elektrycznej do rozdzielenia wody na wodór i tlen. To całkowicie czysty proces, a w zależności od zasilania elektrolizera mamy różne odcienie – wyjaśnia Łukasz Lindner z MH Energy.

Wodór w transporcie

Energię wodoru można wykorzystać do napędu pojazdów, ciepłownictwa czy obsługi procesów produkcyjnych, np. amoniaku (rys. 2.).

– Najprężniej rozwija się gałąź wykorzystania wodoru do napędu pojazdów. Mamy tu dwie możliwości jego wykorzystania – w drodze odwróconej elektrolizy w ogniwie paliwowym, by uzyskać prąd lub jako paliwo w silniku spalinowym, analogicznie jak LPG. To jednak ma pewne ograniczenia techniczne, dlatego najrealniejsze jest wprowadzenie na rynek pojazdów wodorowych, czyli tych z ogniwami paliwowymi – dodaje Lindner.

W ogniwie paliwowym wodór łączy się z tlenem, w wyniku czego powstaje prąd, zasilający akumulator samochodu, woda oraz ciepło. Tu nie powstają inne produkty, dlatego też energia elektryczna uzyskana w ten sposób jest neutralna dla środowiska.

– Z uwagi na spore gabaryty butli na wodór najsensowniejszym kierunkiem wykorzystania ogniw paliwowych jest długodystansowy transport ciężki. W przypadku wodoru lepiej się sprawdza stabilne oddawanie energii niż skokowe – zauważa Zwoliński. Autobusy i pojazdy z dużymi zbiornikami tankuje się pod ciśnieniem 350 barów, a dla osobówek, gdzie zbiorniki powinny być mniejsze, trzeba jeszcze bardziej go sprężyć, co obniża opłacalność.

Nie zmienia to faktu, że wartość opałowa wodoru jest bardzo wysoka i wynosi 33,3 [kWh/kg]. Dla porównania wartość opałowa benzyny wynosi 12,0 [kWh/kg], a gazu ziemnego 10,6–13,1 [kWh/kg]. Obecnie wykorzystywane technologie do wyprodukowania 1 kg czystego paliwa wodorowego potrzebują od 35 do 70 kWh energii. A 1 kg takiego wodorowego paliwa wystarczy na przejechanie samochodem około 100 km. Dla porównania – samochód elektryczny potrzebuje około 30 kWh energii, aby pokonać 100 km.

Nawóz z wodoru

Wodór może służyć do bilansowania sieci, by w przypadku nadmiaru produkcji energii elektrycznej wykorzystać ją do produkcji wodoru, który łatwiej zmagazynować, niż w przypadku energii z wiatru czy fotowoltaiki. Może być też surowcem w produkcji amoniaku. Jego produkcja z zielonego wodoru może być rewolucją.

– Opłacalność inwestycji w wodór jest uzależniona od wsparcia m.in. na zazielenienie gospodarki. To jest cała nowa gałąź gospodarcza, bo to nie tylko technika, ale i prawo, kwestie społeczne i integracja wielu branż. Niestety, dziś nie wszystko jest uregulowane prawnie i w wielu przypadkach korzysta się z przepisów dla gazu, a to nie jest dokładnie to samo – mówi Zwoliński.

– Dziś na rynku mamy tylko wodór szary. Ograniczenie w dynamicznym rozwoju zielonego wodoru to niedostępność elektrolizerów, produkowanych w większości w Chinach, czas oczekiwania na dostawę – od kilku miesięcy do ponad roku, co znacznie wydłuża wdrażanie technologii – wskazuje Lindner.

jb
fot. Global Energy Infrastructure, MH Energy, Krajewska