Zielony wodór dla przemysłu
Zielony wodór to istotny element transformacji energetycznej i coraz szerzej doceniane paliwo jutra. Dzięki niemu mamy szansę na dekarbonizację sektorów gospodarki trudnych do zelektryfikowania i tym samym osiągnięcie celu UE, którym jest neutralność klimatyczna do 2050 roku.
Pomimo tego, że podstawowa technologia wytwarzania zielonego wodoru – elektroliza wody z wykorzystaniem energii odnawialnej – cechuje się dużą dojrzałością technologiczną, ciągle istnieją systemowe przeszkody, które utrudniają wprowadzanie zielonego wodoru na odpowiednio dużą skalę.
Jednak spadające koszty elektrolizy, rosnące wsparcie polityczne i zainteresowanie sektora prywatnego sprawiają, że moment komercyjnej opłacalności tej technologii – czyli punkt zwrotny – jest coraz bliżej.
Zielony wodór to wodór produkowany w sposób zrównoważony, bez emisji CO₂, najczęściej za pomocą procesu elektrolizy wody z wykorzystaniem energii z odnawialnych źródeł energii (OZE). Akty delegowane do dyrektywy o energii odnawialnej (RED II, a następnie RED III) ustanawiają szczegółowe warunki, kiedy wodór elektrolityczny może zostać uznany za wodór odnawialny (zielony).
Kolor wodoru to nie kolor samego pierwiastka, tylko umowny kolor przypisywany technologii, której używa się, aby go pozyskać.
Polska jest trzecim co do wielkości producentem szarego wodoru w UE, wytwarzając ponad 1,3 mln ton rocznie. Problem w tym, że szary wodór pozyskuje się za pomocą reformingu parowego metanu (SMR – Steam Methane Reforming), podstawowego składniku gazu ziemnego. Zgodnie z informacjami Międzynarodowej Agencji Energetycznej, metoda ta uwalnia do atmosfery około 9-10 kg CO₂ na każdy pozyskany kilogram wodoru.
Dlatego zielony wodór jawi się jako obiecujący element postępującej transformacji energetycznej.
Technologie produkcji zielonego wodoru
Zielony wodór powstaje bez emisji gazów cieplarnianych. Najpopularniejszą z technologii produkcji zielonego wodoru jest elektroliza wody z użyciem prądu. Odbywa się to w urządzeniach znanych jako elektrolizery. Do najpopularniejszych zaliczamy elektrolizery alkaiczne (ALK) i elektrolizery membranowe (PEM i AEM). Technologie ALK i PEM są dojrzałe technologicznie i możliwe do powszechnego skomercjalizowania. AEM jest w trakcie ciągłego rozwoju do skali przemysłowej.
Najdłużej stosowaną i wciąż najpowszechniejszą technologią produkcji zielonego wodoru są elektrolizery alkaliczne. Wyróżnia je wysoka wydajność oraz długa żywotność podzespołów (wynoszącą 50–90 tys. godzin). W dużych instalacjach korzyści te są jeszcze bardziej odczuwalne, a opłacalność inwestycji dodatkowo wzmacnia konkurencyjny koszt samych urządzeń.
Inną technologią istotną dla zielonego wodoru są odnawialne źródła energii. To one muszą być używane do zasilenia procesu elektrolizy. Ponadto muszą być to moce dodatkowe w stosunku do istniejących mocy OZE, żeby wykorzystanie energii odnawialnej nie obniżało dekarbonizacji sektora elektroenergetycznego.
Projekty produkcji zielonego wodoru często przewidują dedykowane im obiekty OZE.
Systemy Power-to-Gas, w których stosuje się elektrolizer i OZE, wymagają przewymiarowania dostępnej mocy OZE względem nominalnej mocy elektrolizera, by zapewnić jego prawidłowe działanie. Zmienność po stronie OZE ma wpływ na stabilność pracy elektrolizera i wydajność produkcji H₂.
Zastosowanie zielonego wodoru - wodór w przemyśle i transporcie
Przekształcamy świat w kierunku zielonej energii
Zielony wodór jest postrzegany jako nadzieja na dekarbonizację tych sektorów gospodarki, które będą trudne do zelektryfikowania. Szczególnie dotyczy to tych gałęzi, w których wodór jest już ważnym elementem procesów przemysłowych. Przemysłowa produkcja wodoru i wykorzystywanie go na miejscu dominuje w obecnej produkcji szarego wodoru, dlatego często to w tych zakładach dostrzega się największy potencjał na wodorową rewolucję.
Rafinerie
Wytwarzanie wodoru jest potrzebne do przetwarzania ropy naftowej w benzynę, olej napędowy i inne chemikalia. To właśnie w przemyśle rafineryjnym jest produkowana i zużywana znaczna część szarego wodoru.
Wodór w transporcie
Wśród polskich miast, które zdecydowały się na autobusy wodorowe są Poznań, Wrocław, Wałbrzych, Konin i Rzeszów. Wodór wykazuje wyższy potencjał w transporcie długodystansowym, ciężarowym i autobusowym niż pojazdy BEV (Battery Electric Vehicle) ze względu na krótsze tankowanie i dłuższe zasięgi.
Metalurgia (produkcja stali)
Wodór w metalurgii odgrywa istotną rolę, a realizacja zeroemisyjnej produkcji stali z użyciem zielonego wodoru jest kluczem do założeń neutralności klimatycznej Europy. Jak podaje organizacja WiseEuropa, sam przemysł stalowy odpowiada za około 2.5% emisji w Polsce, 5% emisji CO2 w UE i ok. 7-8% emisji gazów cieplarnianych na całym świecie.
Produkcja amoniaku
Wodór w przemyśle chemicznym jest wykorzystywany jako surowiec do produkcji wielu związków, w tym amoniaku i metanolu. Produkcja amoniaku już teraz odpowiada za znaczną część zapotrzebowania na wodór w UE.
Obecnie przemysł rafineryjny i chemiczny są głównymi odbiorcami wodoru produkowanego w Polsce. Jak podaje Polski Instytut Ekonomiczny, w 2022 roku rafinacja ropy naftowej i produkcja amoniaku odpowiadały za ponad 96% łącznego zapotrzebowania na H₂ w Polsce, które wynosiło ponad 784 tys. ton rocznie.
Wkład Electrum w rozwój zielonego wodoru
W Electrum bierzemy udział w starcie wodorowej rewolucji i realizujemy pierwszy taki projekt w północnej Polsce – elektrolizer 5 MW dla Rafinerii Gdańskiej.
Zakres projektu obejmuje kompleksowe wykonanie instalacji elektrolizy wody o mocy 5 MW w technologii alkalicznej, wraz z pełną infrastrukturą towarzyszącą.
Electrum odpowiada za cały cykl inwestycyjny – od opracowania projektu koncepcyjnego, przez projekt budowlany i wykonawczy, aż po dostawę, montaż i uruchomienie instalacji.
W ramach kontraktu wykonane zostaną również prace ziemne, fundamentowe, instalacje sanitarne, elektryczne oraz budowa estakady pod rurociągi wodorowe.
Zalety zielonego wodoru - Dlaczego jest tak ważny?
Zielony wodór na ten moment jawi się jako niezbędny filar osiągnięcia celu neutralności klimatycznej do 2050 roku. Ale oprócz istotnej roli w dekarbonizacji przemysłu – w którym zużywana jest znaczna część szarego wodoru i który trudno będzie zelektryfikować – czy w transporcie, ma on też ogromny potencjał jako magazyn energii z OZE.
Energia jest magazynowana w wodorze w postaci chemicznej, z możliwością jej ponownego przekształcenia w ciepło lub energię elektryczną. W praktyce w takich systemach, nadmiar energii elektrycznej, która nie może zostać natychmiast zużyta, jest kierowany do elektrolizerów. Wytworzony dzięki temu wodór może być dalej magazynowany i wykorzystywany tam, gdzie jest potrzebny – jako paliwo albo surowiec – tworząc w ten sposób tzw. długoterminowy magazyn energii. Dlatego magazynowanie zielonego wodoru to istotny elementem transformacji energetycznej.
Wodór jako paliwo rozumiemy m.in. jako wodorowe ogniwa paliwowe. To urządzenia elektrochemiczne – elektrochemiczne konwertery energii – które przetwarzają wodór na energię elektryczną, pełniąc kluczową funkcję w systemach magazynowania energii.
W zintegrowanych układach typu Power-to-Gas-to-Power wodór wytwarzany w elektrolizerze jest magazynowany, a następnie – w razie potrzeby – ponownie zamieniany na energię elektryczną w ogniwie paliwowym, przy czym jedynym produktem ubocznym jest woda.
Dla sprawnej pracy ogniw bardzo ważna jest wysoka czystość paliwa – zielony wodór z elektrolizy osiąga standard 99,97%, co pozwala na jego bezpieczne użycie w układach napędowych, podczas gdy wodór z reformingu wymaga bardziej kosztownego oczyszczania ze względu na możliwą zawartość substancji mogących zatruć ogniwo paliwowe.
Jego największą przewagą jest brak emisji CO₂ w procesie produkcji, pod warunkiem że energia do elektrolizy pochodzi ze źródeł odnawialnych. Dzięki temu zielony wodór wspiera globalne cele klimatyczne i buduje nowe filary bezpieczeństwa energetycznego.
Electrum – partner w projektach wodorowych
Z prawie 30-letnim doświadczeniem w sektorze energetycznym i silnym zapleczem inżynieryjnym, Electrum oferuje kompleksowe wsparcie w realizacji projektów wodorowych:
- od analizy i koncepcji,
- przez projektowanie i budowę,
- po integrację z systemami zarządzania energią i wsparcie eksploatacyjne.
Łączymy kompetencje w zakresie optymalizacji kosztów CAPEX i OPEX z praktyczną wiedzą o rynku oraz regulacjach UE. Naszym zadaniem jest skuteczne przekładanie ambitnych wizji na działające instalacje.
Zalety zielonego wodoru - Dlaczego jest tak ważny?
Polska Strategia Wodorowa do roku 2030 z perspektywą do roku 2040 (PSW), opublikowana w październiku 2021 r. jest dokumentem strategicznym, który określa główne cele dla rozwoju nowej gałęzi gospodarki wodorowej w Polsce.
Nadrzędnym celem PSW jest stworzenie polskiej gałęzi gospodarki wodorowej oraz jej rozwój na rzecz osiągnięcia neutralności klimatycznej i utrzymania konkurencyjności polskiej gospodarki. Wodór ma pełnić rolę magazynu energii, umożliwiając szybsze osiągnięcie neutralności klimatycznej.
PSW jest spójna z inicjatywami Unii Europejskiej, takimi jak unijna strategia wodorowa i Europejski Zielony Ład, i wpisuje się w ramy Porozumienia paryskiego.
W połowie 2024 r. uruchomiono program „Wodoryzacja Gospodarki” z budżetem 1,1 mld zł pochodzącym z Krajowego Planu Odbudowy (KPO).
Dostępne są także programy NFOŚiGW, np. „Wsparcie infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych i infrastruktury tankowania wodoru”.
Schemat działania elektrolizera 5 MW dla Rafinerii Gdańśkiej
Czas na Twój projekt wodorowy
Potencjał zielonego wodoru jest ogromny. Zielony wodór przestaje być technologią przyszłości – staje się technologią dnia dzisiejszego. Punkt zwrotny dla jego masowego wdrożenia zbliża się szybciej, niż jeszcze niedawno przewidywano.
W Electrum jesteśmy gotowi pomóc Twojej organizacji w wejściu w erę zielonego wodoru – od pierwszego pomysłu po działającą instalację.