Energetyczny multitalent wodoru

Zielony wodór to taki, który produkowany jest z wykorzystaniem energii elektrycznej pochodzącej z odnawialnych źródeł. Uważany jest za kluczową technologię dla transformacji energetycznej i dekarbonizacji. Axpo rozwija know-how w tej dziedzinie i chce realizować wiodące projekty z wykorzystaniem H₂.

Kontynuując rozwój swojej strategii, Axpo podjęło kilka pierwszych istotnych kroków jeszcze w 2021 r. W przyszłości firma skoncentruje się na działaniach w trzech obszarach:

• w Szwajcarii – na swojej wiodącej roli w budowaniu przyszłości energetycznej wolnej od emisji CO₂,
• na arenie międzynarodowej – na działalności związanej z obsługą klientów i handlem,
• a także na rozwoju energii odnawialnych – obok energii wodnej, wiatrowej i słonecznej coraz większą rolę będą odgrywać także magazynowanie energii w akumulatorach oraz technologia wodorowa.

Wodór już w użytku

Obecnie wodór wykorzystywany jest przede wszystkim w przemyśle chemicznym do produkcji nawozów azotowych oraz w rafineriach ropy naftowej do produkcji ropy naftowej lub paliw syntetycznych. Wodór jest również stosowany w obszarze mobilności, na przykład w zasilanych wodorem samochodach osobowych, ciężarówkach lub autobusach komunikacji miejskiej.

Podczas gdy w przemyśle samochodowym nadal trwa spór o to, czy większy sens mają pojazdy elektryczne z akumulatorami czy z napędem wodorowym, pewne jest jedno: wodór mógłby znaleźć praktyczne zastosowanie w przemyśle transportowym, zwłaszcza w zakresie transportu długodystansowego i ciężkiego, a także w żegludze i lotnictwie.

Zastosowanie H₂ może mieć sens również w przypadku niskoemisyjnej produkcji stali lub obróbki metali. Ponadto dodatkowe gazowe i płynne syntetyczne nośniki energii bazujące na wodorze można wykorzystywać w obszarze produkcji chemicznej i w rafineriach. W produkcji cementu, szkła i ceramiki można stosować wodór w połączeniu z procesem wychwytywania dwutlenku węgla. Wodór w ogniwach paliwowych mógłby być wykorzystywany także w celach grzewczych.

Mógłby – obok akumulatorów i metanu – posłużyć także jako technologia długoterminowego magazynowania, co zapewniłoby całoroczną dostawę energii z odnawialnych źródeł. Chociaż technologia „power-to-H₂-to power” jest dość prosta pod względem technicznym, to w przypadku magazynowania sezonowego nadal jest bardzo droga ze względu na ogólne wysokie koszty produkcji.

Zastosowania w przemyśle stalowym

Przez wiele osób zielony wodór uważany jest za gwarancję udanej transformacji energetycznej. Eksperci dostrzegają w nim znaczny potencjał (McKinsey przewiduje, że zielony wodór stanie się konkurencyjny w latach 30.), lecz ostrzegają również przed nadmiernym szumem wokół niego.

Spójrzmy jednak na dwa konkretne przykłady. W 2020 r. produkcja stali odpowiadała za największą przemysłową emisję CO₂ w Europie (22%). Zgodnie z Porozumieniem Paryskim osiągnięcie neutralności klimatycznej do 2050 r. oznacza, że w ciągu najbliższych pięciu do dziesięciu lat firmy będą musiały dostosować swoją produkcję do nowych, powszechnie stosowanych, neutralnych dla klimatu technologii.

• Chociaż emisję CO₂ można zmniejszyć dzięki połączeniu magazynowania CO₂ i wykorzystania biomasy w piecach, to za pomocą tych rozwiązań nie da się jej zredukować do zera. Inne możliwości, takie jak bezpośrednia plazmowa produkcja stali lub metody redukcji elektrolitycznej, znajdują się jeszcze na bardzo wczesnych etapach rozwoju.
• Według ekspertów branżowych bezpośrednia redukcja na bazie wodoru to najbardziej rozwinięta technologia i – gdy tylko będzie dostępna wystarczająca ilość zielonej energii – można ją ekologicznie wykorzystać w przemyśle stalowym. W redukcji bezpośredniej ruda żelaza zamiast koksu redukowana jest do stali za pomocą gazu ziemnego lub wodoru – w związku z tym zachodzi konieczność wymiany pieców opalanych koksem.

Mimo to całkowita ilość energii wymagana do neutralnej dla klimatu produkcji stali jest wysoka. Według energieexperte.org jest to około 120 TWh rocznie. Dla porównania: w Hamburgu planowana jest obecnie największa na świecie instalacja do elektrolizy wodoru. Przy optymalnej wydajności operacyjnej może wytworzyć zaledwie 1 TWh rocznie.

Pompy ciepła bardziej wydajne

Dodatkowy potencjał redukcji CO₂ dostępny jest także w budynkach wykorzystujących wodór do magazynowania energii oraz w systemach grzewczych wykorzystujących ogniwa paliwowe. Jednak według badań Instytutu Fraunhofera ds. Energii Odnawialnych zastosowanie ma tu zasada „mniej znaczy więcej”. „Wodór powinien być bezpośrednio wykorzystywany do wytwarzania ciepła tylko wtedy, gdy brak jest innych ekonomicznych alternatyw”. Dlaczego? Wymagana ilość energii odnawialnej do wytworzenia ciepła niskotemperaturowego za pomocą wodoru jest o 500 do 600% większa niż w przypadku zastosowania pomp ciepła.

Elektrownie z ogniwami paliwowymi

Ogniwa paliwowe działają jak małe instalacje kogeneracyjne. Przetwarzają one wodór na energię elektryczną i ciepło. Łączne zastosowanie obydwu produktów jest efektywnym wykorzystaniem energii pierwotnej. Tego rodzaju elektrownie z ogniwami paliwowymi można budować w różnych rozmiarach. Oprócz zdecentralizowanych elektrowni o mocy od 200 kW do kilku megawatów interesującą opcję stanowią także małe systemy. W zakresie wydajności zwykłych domowych systemów grzewczych systemy te mogą dostarczać energię cieplną, jak również energię elektryczną, którą, w razie potrzeby, można wprowadzić do sieci elektro-energetycznej. Miliony takich domowych ogniw paliwowych mogłyby razem stworzyć „elektrownię”. Elektrownię, która jako pewna całość, mogłaby być wykorzystana do świadczenia usług pomocniczych (rezerwy kontrolne).