A. Zieliński: Czy wodór jest przyszłością energetyki?

W tym tygodniu dowiedzieliśmy się, że Szwecja musiała specjalnie dla nas uruchomić elektrownie na ropę naftową. Z jednej strony to nie jest problem, bo po to są umowy międzynarodowe, ale może się okazać, że Szwedzi będą potrzebować tej dodatkowej energii dla siebie.

Obecnie potrzebujemy w szczycie ok 27 000 MW mocy. Jest to ok 4% więcej niż rok temu w tym czasie (nie chodzi o zużycie w MWh). W 2020 roku wzrost na początku grudnia był 1% w porównaniu do grudnia 2019 roku. Obserwujemy teraz tak duży wzrost zarówno w dzień jak i w nocy. Dla porównania elektrownia Turów to ok 1500 MW a zapotrzebowanie w ciągu roku wzrosło o 1000 MW. Powstają nowe elektrownie wiatrowe i dużo elektrowni fotowoltaicznych, ale z powodu nieprzewidywalnej produkcji, nie można na nie liczyć.

Elektrowniom wiatrowym i fotowoltaicznym potrzebne są magazyny energii, które mogły również magazynować energie wyprodukowaną w konwencjonalnych elektrowniach w nocy, kiedy zapotrzebowanie jest ok 30% mniejsze od tego szczytowego. Cena energii też jest wtedy mniejsza. Dobrym rozwiązaniem byłyby baterie litowo-jonowe, ale coraz więcej mówi się też o wodorze.

Wodór jest to wszechobecnie występujący pierwiastek w przyrodzie, bez emisyjny, nietoksyczny i pozbawiony zapachu. Jest palny i nie zanieczyszcza środowiska. Otrzymywany może być poprzez m.in. elektrolizę wody oraz z gazu ziemnego. Może też powstawać w procesach fotosyntezy oraz fermentacji ale to jest jeszcze w fazie laboratoryjnej.

Najbardziej rozpowszechnionym źródłem otrzymywania wodoru jest metan (na świecie 96%). Jest to główny składnik gazu ziemnego oraz można go otrzymać zgazowując węgiel lub ropę naftową. Wyprodukowany z metanu w procesie reformingu parowego wodór nazywamy szarym. Warto zaznaczyć że podczas produkcji 1kg wodoru z metanu, do atmosfery wydostaję się ponad 10 kg CO2. Jest też wodór niebieski, który powstaje z wodoru szarego, przy czym przy jego produkcji następuje wychwyt CO2.

W procesie utleniania w ogniwie paliwowym, z wodoru produkuje się energie elektryczną. Efektywność tej produkcji wynosi 50%. A więc z 1kg wodoru który ma kaloryczność 33 kWh/kg uzyskamy 16,5 kWh energii elektrycznej. Łatwo policzyć że do wyprodukowania 1 MWh energii potrzebujemy 60,6 kg wodoru (1000/16,5). Jeżeli wyprodukowanie 1kg wodoru emituje 10kg CO2, to do produkcji 1MWh energii elektrycznej wyemitujemy 0,606 Mg dwutlenku węgla (606kg). Dla porównania podczas produkcji 1MWh energii elektrycznej z gazu ziemnego emitujemy do atmosfery tylko 0,435 Mg CO2 (z węgla ok 1Mg). Ponieważ obecnie wodór produkuje się głównie dla celów rolniczych (nawozy z amoniaku) to nie trzeba ponosić olbrzymich ( obecnie 80 EUR/Mg) opłat za certyfikaty CO2. Podejrzewam, że dzieje się tak z powodu silnego lobby rolniczego w Unii Europejskiej, ale jak okaże się, że jest on produkowany dla przemysłu energetycznego to opłaty zostaną wprowadzone.

Kolejnym źródłem wodoru jest pozyskanie w procesie elektrolizy. Elektroliza wody to inaczej rozdzielenie atomów występujących w wodzie (tlenu i wodoru), przy użyciu dużej ilości energii elektrycznej. Gdy prąd elektryczny przepływa przez roztwór osolonej wody (lub jakiegoś innego dodatku tzw. elektrolitu) ładunki elektryczne powodują przyciąganie wodoru do katody, czyli do minusa a tlenu do anody, czyli plusa. Jeżeli jest to prąd z OZE to wodór nazywamy zielonym. Aby wyprodukować 1kg wodoru tą metodą, trzeba zużyć 50kWh energii elektrycznej. Jak już wcześniej obliczyliśmy – z 1kg wodoru można uzyskać w ogniwach paliwowych 16,5 kWh energii elektrycznej. A więc używając wodoru do przechowywania energii, tracimy jej prawie 70%.

Może jest to opłacalne w przypadku, jak z powodu braku możliwości odbioru energii, musimy odłączyć panele PV lub zatrzymać wiatraki. W przypadku Polski wystarczy obecnie dobrze rozplanować miejsce elektrowni OZE i mieć możliwość szybkiego włączeni i wyłączenia elektrowni konwencjonalnych, najlepiej gazowych. Jeżeli chodzi o magazyny energii to lepsze są elektrownie szczytowo – pompowe. Największa w Polsce ma moc ponad 700 MW.

Adam Zieliński

Założyciel Qualienergy.pl