Magazynowanie energii jest jednym z kluczowych elementów transformacji energetycznej – pozwala bowiem w pełni i efektywnie wykorzystać potencjał odnawialnych źródeł energii w systemie elektroenergetycznym.
Produkcja energii z OZE, zwłaszcza z wiatru i słońca, ma charakter zmienny. Wynika to wprost z jej zależności od warunków pogodowych oraz pór dnia i roku. W efekcie w systemie pojawiają się zarówno okresowe nadwyżki energii, jak i momenty jej niedoboru, co utrudnia bilansowanie sieci i utrzymanie stabilnych dostaw.
Właśnie dlatego tak istotną rolę odgrywają technologie magazynowania energii. To one umożliwiają gromadzenie nadwyżek w chwilach wysokiej produkcji i ich wykorzystanie wtedy, gdy zapotrzebowanie przewyższa bieżące wytwarzanie. Obecnie rozwijanych i wdrażanych jest kilka takich rozwiązań – od magazynów opartych na bateriach litowo-jonowych po elektrownie szczytowo-pompowe.
W niniejszym artykule skupiamy się jednak na jednej, szczególnie obiecującej technologii, która może odegrać ważną rolę w niskoemisyjnej przyszłości systemu energetycznego. Jest nią magazynowanie chemiczne oparte na zielonym wodorze.
💊 W największym skrócie: zielony wodór, wytwarzany w procesie elektrolizy zasilanej energią odnawialną, pozwala przekształcić energię elektryczną w nośnik chemiczny, który nadaje się do długoterminowego magazynowania i dalszego wykorzystania w różnych sektorach gospodarki.
Przeczytaj: Magazynowanie energii
Przeczytaj: Zielony wodór – jak powstaje?
Wodór dzisiaj – rola w przemyśle i w energetyce
Wodór pełni obecnie istotną rolę jako surowiec i reagent (odczynnik), a jego zużycie jest silnie skoncentrowane w konkretnych sektorach gospodarki. Główne obszary to rafinacja ropy naftowej (procesy hydroodsiarczania i hydrokrakingu), produkcja chemikaliów (głównie amoniaku i metanolu) oraz metalurgia (jako czynnik redukujący w produkcji stali metodą DRI – Direct Reduced Iron).
🔗 Więcej o obszarach zastosowania wodoru przeczytasz w: Zielony wodór – jak powstaje?
Jak podaje wiele źródeł, w tym raport Global Hydrogen Review 2024, niemal cała obecna produkcja (ok. 99%) opiera się na paliwach kopalnych (ten wodór umownie nazywany jest wodorem szarym). Oznacza to znaczne emisje CO2 do atmosfery – około 9-10 kg emisji CO2 na każdy kg wyprodukowanego wodoru.
Jeśli chodzi o systemy elektroenergetyczne, rola wodoru jest obecnie marginalna i odpowiada za mniej niż 0,2% globalnego wytwarzania energii (to również dane z Global Hydrogen Review 2024), przy czym w energetyce najczęściej wykorzystuje się gazy mieszane z procesów przemysłowych, a nie czysty wodór.
W przyszłości rola wodoru w energetyce może się zwiększyć właśnie dzięki wykorzystaniu go jako magazynu energii i stabilizatora sieci w technologii Power-to-Gas (więcej w akapicie: Rola zielonego wodoru w stabilizacji systemu energetycznego Power-to-Gas).
Umożliwi on zagospodarowanie nadwyżek z odnawialnych źródeł energii oraz wielkoskalowe i sezonowe magazynowanie energii, co jest nieosiągalne dla tradycyjnych, wspomnianych na początku tekstu baterii. Dlatego dzisiaj z perspektywy energetyki to przede wszystkim przyszłe narzędzie do bilansowania systemów opartych na energii słonecznej i wiatrowej.
Skąd bierze się wyjątkowa rola zielonego wodoru jako magazynu energii?
Wyjątkowa rola wodoru wynika przede wszystkim z jego odmiennej natury w porównaniu z energią elektryczną. W przeciwieństwie do niej wodór nie jest przepływem elektronów, lecz chemicznym nośnikiem energii opartym na cząsteczkach. Ta różnica sprawia, że w niektórych zastosowaniach wodór lepiej odpowiada na potrzeby systemu energetycznego – choć w wielu innych przypadkach to bezpośrednia elektryfikacja pozostaje rozwiązaniem bardziej efektywnym.
Energia chemiczna od dekad odgrywa kluczową rolę w gospodarce, ponieważ umożliwia stabilne magazynowanie i transport energii w dużej skali. W tej formie funkcjonują dziś paliwa kopalne – ropa naftowa, węgiel czy gaz ziemny – a także biomasa.
Nośniki chemiczne mogą być przechowywane przez długi czas, transportowane na duże odległości, również drogą morską, oraz wykorzystywane w procesach wymagających bardzo wysokich temperatur. Co istotne, łatwo integrują się z istniejącą infrastrukturą i modelami biznesowymi, które powstały wokół paliw kopalnych.
Wodór wnosi do tego systemu dodatkową elastyczność. Dzięki swojej strukturze chemicznej może być łączony z innymi pierwiastkami, takimi jak azot czy węgiel, tworząc nośniki energii łatwiejsze w magazynowaniu i transporcie – na przykład amoniak czy paliwa syntetyczne. Jednocześnie może pełnić rolę surowca procesowego w przemyśle chemicznym i ciężkim, zastępując emisyjne rozwiązania i realnie przyczyniając się do redukcji emisji gazów cieplarnianych.
💡 To właśnie ta wielofunkcyjność – zdolność do magazynowania energii, pełnienia roli paliwa oraz surowca procesowego – sprawia, że zielony wodór zajmuje dziś wyjątkowe miejsce w debacie o dekarbonizacji gospodarki. Łączy światy energetyki i przemysłu, oferując rozwiązania tam, gdzie sama elektryfikacja nie wystarcza, i otwierając drogę do głębokiej redukcji emisji w skali całego systemu.
Przeczytaj: Electrum zrealizuje projekt budowy elektrolizera o mocy 5 MW dla Rafinerii Gdańskiej
Rola zielonego wodoru w stabilizacji systemu energetycznego (Power-to-Gas)
Technologia Power-to-Gas (P2G) wpisuje się w szerszą opowieść o tym, jak radzić sobie z nadwyżkami energii w systemie opartym na odnawialnych źródłach. Jej istotą jest przekształcanie energii elektrycznej – wytwarzanej w momentach wysokiej produkcji z wiatru lub słońca – w gazowe nośniki energii. Dzięki temu energia, która w innym przypadku zostałaby ograniczona lub utracona, może zostać „zatrzymana” i wykorzystana później, gdy zapotrzebowanie ponownie wzrośnie.
W praktyce Power-to-Gas oznacza przede wszystkim produkcję zielonego wodoru w procesie elektrolizy zasilanej nadwyżkową energią elektryczną. Na dalszym etapie wodór ten może zostać również przekształcony w metan syntetyczny, co dodatkowo zwiększa możliwości jego magazynowania i wykorzystania w istniejącej infrastrukturze gazowej. Tak powstałe nośniki energii charakteryzują się wysoką wartością energetyczną i dobrze nadają się do długoterminowego przechowywania.
Szeroko wdrażane rozwiązania P2G pozwolą nie tylko zagospodarować nadwyżki energii z OZE – a w przyszłości również z energetyki jądrowej – lecz także będą w stanie połączyć ze sobą dotychczas odrębne segmenty systemu energetycznego. Wracamy tu do wspomnianej przed chwilą elastyczności – integracja systemu elektroenergetycznego z gazowym zwiększa elastyczność całego układu i wspiera jego stabilną pracę w warunkach rosnącego udziału źródeł odnawialnych.
💡 Gdy w sieci pojawia się więcej zielonej energii, niż jest w danej chwili potrzebne, zamiast ograniczać produkcję, energia ta może zasilić elektrolizery. Wytworzony wodór trafia do magazynów, a następnie – w zależności od potrzeb – do przemysłu, transportu lub energetyki. W ten sposób wodór pełni rolę długoterminowego i sezonowego, magazynu energii. Właśnie dlatego w przyszłym, niskoemisyjnym systemie energetycznym technologie OZE, magazyny energii, infrastruktura przesyłowa i zielony wodór będą tworzyć wzajemnie powiązany ekosystem, w którym wodór stanie się jednym z kluczowych elementów zapewniających elastyczność i bezpieczeństwo dostaw.
Wielkoskalowe i długoterminowe magazynowanie zielonego wodoru
W przeciwieństwie do baterii litowo-jonowych, które zapewniają magazynowanie krótkoterminowe (od kilku minut do kilku dni), wodór nadaje się do magazynowania energii w perspektywie średnio- i długoterminowej (czyli sezonowej), co będzie niezbędne w systemach zdominowanych przez OZE. W gruncie rzeczy oznacza to m.in. to, że zielony wodór może magazynować letnie nadwyżki energii słonecznej, aby wykorzystać ją w zimie.
Jak czytamy w Vademecum wodorowym SES Hydrogen, istotną przewagą wodoru nad innymi nośnikami energii jest możliwość przechowywania energii przez wiele miesięcy bez istotnych strat, poprzez konwersję energii elektrycznej na wodór w procesie elektrolizy, a następnie jego sprężenie i magazynowanie w odpowiednich zbiornikach. Zmagazynowany wodór może zostać ponownie przekształcony w energię elektryczną – na przykład z wykorzystaniem ogniw paliwowych – w momentach szczytowego zapotrzebowania, przy czym całkowita sprawność tego procesu zależy od zastosowanej technologii.
Skoro zielony wodór umożliwia magazynowanie energii w skali miesięcy, a nawet całych sezonów, kluczowe staje się pytanie o skalę i sposób jego przechowywania. Tradycyjne zbiorniki naziemne – choć sprawdzą się w zastosowaniach lokalnych i demonstracyjnych – szybko napotykają ograniczenia kosztowe, przestrzenne i bezpieczeństwa, gdy mówimy o ilościach odpowiadających potrzebom systemu elektroenergetycznego.
Aby w pełni wykorzystać potencjał wodoru jako wielkoskalowego magazynu energii, konieczne są rozwiązania zdolne pomieścić bardzo duże wolumeny przy relatywnie niskich kosztach i wysokim poziomie bezpieczeństwa. W tym kontekście naturalnym kierunkiem rozwoju staje się podziemne magazynowanie wodoru, oparte na strukturach geologicznych, które od lat wykorzystywane są do magazynowania gazu ziemnego i innych surowców energetycznych.
Podziemne magazynowanie wodoru
Magazynowanie wodoru może odbywać się w naturalnych lub sztucznie utworzonych strukturach geologicznych, które ze względu na skalę są znacznie tańsze i efektywniejsze niż zbiorniki naziemne. Obecnie najbardziej dojrzałą i rozpowszechnioną technologią podziemnego magazynowania wodoru (ang. Underground Hydrogen Storage, UHS) są kawerny solne.
Te puste przestrzenie w złożach soli kamiennej, powstałe w wyniku naturalnych procesów lub poprzez kontrolowane ługowanie podziemnych pokładów soli, oferują unikalną kombinację nieprzepuszczalności, stabilności geomechanicznej i zdolności do samouszczelniania mikropęknięć pod wpływem ciśnienia.
Podziemne magazynowanie wodoru znajduje się w fazie intensywnego rozwoju, choć praktyczne doświadczenia przemysłowe są wciąż ograniczone do kilku lokalizacji. Czysty wodór jest bezpiecznie magazynowany w kawernach solnych m.in. w Teesside w Wielkiej Brytanii (od 1972 r.) oraz w Moss Bluff i Clemens w USA (od lat 80. XX wieku).
Wiele krajów prowadzi zaawansowane prace nad UHS. W Niemczech np. realizowany był projekt H2STORE, badający reaktywność minerałów w kontakcie z wodorem, a w Hiszpanii projekt HyUnder oceniał potencjał magazynowania na dużą skalę w Europie.
Dobrą informacją jest to, że Polska posiada korzystne uwarunkowania geologiczne do podziemnego magazynowania wodoru, co wpisuje się w założenia krajowej polityki energetycznej dążącej do bezpieczeństwa dostaw i niskoemisyjności.
Instytut Nafty i Gazu, Państwowy Instytut Geologiczny oraz inne instytucje badają warunki geologiczne pod kątem stabilności przyszłych magazynów. W 2024 roku Państwowa Służba Geologiczna rozpoczęła projekt o nazwie „Wpływ zmienności litologicznej w obrębie pokładu najstarszej soli kamiennej na obszarze Wyniesienia Łeby na geomechaniczną stabilność projektowanych podziemnych magazynów wodoru”. Przedsięwzięcie jest finansowane przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej i potrwa do 30 września 2026 r.
💡 Jak podaje raport Zielony wodór z OZE, pojedyncza kawerna o objętości 200 tys. m 3 może pomieścić ok. 2200–2400 ton wodoru, co odpowiada ok. 82,5 GWh energii.
Zielony wodór jako magazyn energii i pomost między energetyką, przemysłem i mobilnością
Zielony wodór stopniowo wyłania się jako uniwersalny element przyszłego systemu energetycznego – nośnik, który łączy potrzeby energetyki, przemysłu i transportu w tych obszarach, gdzie bezpośrednia elektryfikacja okazuje się niewystarczająca.
Jego znaczenie rośnie szczególnie w sektorach określanych jako trudne do dekarbonizacji, wymagających dużych ilości energii, wysokich temperatur lub dużego zasięgu i elastyczności.
Dzięki swoim właściwościom fizykochemicznym wodór dobrze sprawdza się w transporcie ciężkim i długodystansowym, a jednocześnie pełni rolę zeroemisyjnego paliwa i surowca procesowego w przemyśle chemicznym i hutniczym.
Jako chemiczny nośnik energii może być również przekształcany w inne formy – takie jak amoniak czy paliwa syntetyczne – co ułatwia jego magazynowanie i transport oraz otwiera drogę do międzynarodowego obrotu czystą energią.
W ten sposób wodór nie tylko będzie coraz bardziej wspierał dekarbonizację poszczególnych sektorów, lecz także zepnie je w jeden, bardziej elastyczny i odporny system, w którym kluczową rolę odegra możliwość wielkoskalowego i długoterminowego magazynowania energii.
