Wodór i elektryczność z wiatru i słońca to partnerzy w transformacji energetycznej

Artykuł gościnny Prof. Dr. Birgit Scheppat

Jak będzie wyglądać mobilność w przyszłości, jak będą wytwarzane produkty i jakie są warunki funkcjonowania nadchodzacej nowej gospodarki wodorowej, w tym „Wszystko Elektryczne” (All Electric)?

Dzięki dyrektywie Fit for 55, dyrektywie dla energii odnawialnej (RED II), dyrektywie dla ekologicznie czystych pojazdów i innym programom, prawodawstwo europejskie jasno stwierdza, że cel ograniczenia globalnego ocieplenia do poziomu 1,5°C można osiągnąć w Europie tylko pod warunkiem pełnego wdrożenia środków mających na celu unikanie emisji CO2. Kluczowe znaczenie ma przejście od paliw kopalnych do społeczeństwa przemysłowego napędzanego energią elektryczną. Wytyczono różne ścieżki zmian ale jedno jest pewne: wodór będzie ważnym nośnikiem energii w przyszłości. Tak, będzie to kosztować dużo pieniędzy, ale otworzy to również wiele wielopłaszczyznowych nowych możliwości w różnych obszarach zastosowań.

Niezależnie od tego, czy wszystko jest napędzane energią elektryczną, czy wodorem i ogniwami paliwowymi, punkt wyjścia jest ten sam, a mianowicie uzyskanie energii elektrycznej ze źródeł energii odnawialnej. Aby energia elektryczna z tych źródeł mogła być wykorzystana, potrzebne są trzy rzeczy: produkcja energii, transport i magazynowanie. Wytwarzanie ‘zielonej’  energii elektrycznej z wiatru i słońca jest już technicznie opracowana a zawsze można je ulepszyć. Spełniono wszystkie warunki niezbędne do długotrwałego użytkowania systemów oraz dla ich dojrzałości rynkowej. Kwestie dotyczące transportu i magazynowania nie spotykają się już z tak jednoznaczną reakcją, ale magazynowanie lub dostarczanie energii w postaci „elektronu (baterii) lub cząsteczki (wodoru)”  nadal budzi kontrowersje i potyczki słowne.

1 kg wodoru wyprodukowanego przy użyciu energii elektrycznej z fotowoltaiki i słońca zawiera 33,3 kWh energii – co odpowiada ok. 2,75 l benzyny. Kilogram najlepszych akumulatorów litowo-jonowych mieści do 500 Wh, czyli w jednym kilogramie wodoru można zmagazynować tyle samo energii  co w akumulatorze litowo-jonowym o wadze 66 kg. Podkreśla to potencjał magazynowania energii za pomocą wodoru. Obecnie wydajność produkcji wodoru metodą elektrolizy nadal wynosi około 70 procent. Można to jednak zwiększyć, jeśli oprócz tlenu (w obszarach takich jak oczyszczanie ścieków) i ciepła odpadowego stosowany jest wodór. Tutaj można osiągnąć poziom sprawności na poziomie prawie 90 procent.

Niezbędne technologie – akumulatory oraz ogniwa paliwowe/wodór – zostały zasadniczo opracowane. Problemy, które należy rozwiązać, zwłaszcza w przypadku produkcji wodoru, dotyczą jak szybko można uruchomić produkcję seryjną dla systemów elektrolizy i jak umożliwić dystrybucję wodoru przy rozsądnych kosztach, najlepiej rurociągami itp. Wytwarzanie energii z fotowoltaiki oraz wiatru musi być ułatwione i rozszerzone, a rynek – pobudzony, aby uzyskać wyższy wynik liczbowy – a tym samym obniżyć ceny zainstalowanej mocy.

Wodór jest substancją szeroko stosowaną w wielu procesach technicznych i chemicznych. W przemyśle chemicznym wykorzystuje się go do produkcji farb, tworzyw sztucznych, smarów i nawozów – w połączeniu z wodorem z gazu ziemnego. Ten wodór był wcześniej bezkonkurencyjnie tani, ponieważ gaz ziemny był tani, a dwutlenek węgla powstający podczas ich przetwarzania był uwalniany do środowiska. Ponadto w przyszłości będą potrzebne duże ilości wodoru w przemyśle stalowym i cementowym, zamiana wodoru na inny surowiec jest tu wyłącznie kwestią kosztów. Innymi słowy, utrzymanie kosztów na niskim poziomie będzie wymagało zaangażowania wielu dużych producentów energii odnawialnej oraz rurociągów. Wykorzystanie tzw. ‘zielonego’ wodoru zależy od tego, czy potrzebne systemy wiatrowe i fotowoltaiczne można zbudować szybko i za rozsądną cenę. Gospodarka wodorowa nie jest czymś nowym. Niemieckie przedsiębiorstwa komunalne (Stadtwerke) już wcześniej produkowały gaz miejski, który zawierał  < 50 procent wodoru.
Jeśli chodzi o obsługę wodoru w warunkach niskiego ciśnienia do 300 barów, opracowano już prawie wszystkie kwestie techniczne. Jak tylko zostanie określony standard dla wodoru, wodór znajdzie zastosowanie w róznych rozwiązaniach,  tak jak dotychczas.  Jedyną kwestią, która pozostaje naprawdę krytyczna, jest to, jak szybko można obniżyć koszty generatorów, magazynów i infrastruktury oraz jak szybko można je zainstalować lub rozbudować.

Wykorzystanie wodoru to świetna okazja do sprawdzenia, czy w portfolio firmy są jakieś punkty wyjścia dla nowych technologii. Kompozyty metal/plastik, tłoczenie, wytłaczanie, powlekanie powierzchni, uszczelnienia, inteligentne rozwiązania itp. – w wielu z wyżej wymienionych dziedzin do tej pory istniały tylko operacje przedprodukcyjne i tanie, niezawodne pompy, turbosprężarki, czujniki itp., wszystko czego brakuje w nowej rzeczywistości. Właściwie tę sytuację można opisać jako Eldorado nowych możliwości.

Warunkiem tworzenia tej nowej rzeczywistości jest jednak zaangażowanie i praca z technologiami, które nadejdą  prędzej czy później. Dzisiejsze procesy w przemyśle, transporcie i infastrukurze ulegną transformacji – wdrażane obecnie europejskie prawodawstwo już toruje drogę do tego: dyrektywy RED II, Fit for 55, itd. Do technologii należy podchodzić z ciekawością, a zmiany zapoczątkować już teraz. Będzie to wymagało wielu nowych, dobrych, niedrogich i zrównoważonych pomysłów – a teraz jest czas, aby zacząć i przyspieszyć  te procedury.