Nie ma odwrotu – nadchodzi era wodorowa
Nie ma odwrotu od nadejścia ery wodorowej w energetyce, transporcie i syntezie chemicznej. Kwestią jest tempo rozwoju tych technologii, tutaj być może będą korekty w zakresie harmonogramu uruchamiania najbardziej kapitałochłonnych przedsięwzięć mówi prof. Mirosław Miller z hiPower Energy.
Jakie są główne zalety technologii wodorowych jako paliwa?
Mirosław Miller – Wodór może być paliwem w czystej postaci, albo w postaci tzw. e-paliw, czyli amoniaku lub węglowodorów syntetycznych, do których produkcji użyto tzw. zielonego wodoru. Wodór zielony, to wodór wyprodukowany bez zastosowania surowców kopalnych, głównie w procesie elektrolizy wody zasilanym zieloną energią (fotowoltaika, wiatr). Zaletą zielonego wodoru i e-paliw jest to, że są one bezemisyjne, tzn. nie zwiększają śladu węglowego. Do ich produkcji i wykorzystania nie potrzebujemy zupełnie surowców kopalnych, a jeśli w procesach ich wykorzystania emitowany jest CO2, to jest on gazem neutralnym o pochodzeniu biogenicznym, albo odseparowanym z powietrza lub wody.
A czy są minusy zastosowania dzisiejszych technologii wodorowych?
Mirosław Miller – Największymi problemami związanymi z wdrażaniem technologii wodorowych są ich wysokie koszty, brak istotnych uregulowań prawnych (w tym przepisy bezpieczeństwa) oraz brak infrastruktury do dystrybucji, magazynowania i przetwarzania wodoru. Problemem jest też magazynowanie wodoru związane z przenikalnością wodoru przez wszystkie materiały stosowane do konstrukcji zbiorników magazynujących ten gaz. Trzeba zaznaczyć, że wodór, jako gaz bardzo lekki, przechowuje się w zbiornikach pod bardzo wysokim ciśnieniem (350 albo 700 bar), w przeciwnym wypadku zbiorniki musiałyby mieć absurdalnie duże rozmiary, a więc i dużo ważyć. Bariery te zapewne będą z czasem malały, ale długo jeszcze nie znikną całkowicie. Np. cena wodoru związana jest ściśle z ceną zielonej energii, która w naszej szerokości geograficznej zawsze będzie wyraźnie wyższa, niż np. w krajach równikowych (słońce) albo nadmorskich (wiatr). UE zakłada, że do 2030 ok. 50% zielonego wodoru będzie importowana do Europy z krajów takich jak Chile, Maroko, czy Namibia. Ale ten transport będzie kosztowny oraz będzie się wiązał ze stratami wynikającymi z przenikalności wodoru przez ścianki zbiorników. Jedna z technologii rozwijanych przez hiPower ma na celu obniżenie tej przenikalności i w wyniku tego zmniejszenie strat związanych z magazynowaniem i dystrybucją wodoru z zastosowaniem zbiorników oraz rurociągów.
Czy istnieją zagrożenia związane z wykorzystaniem wodoru?
Mirosław Miller – Wodór jest obojętny dla organizmu, ale jest paliwem, czyli łatwo utlenia się w zetknięciu z powietrzem (tlenem). Każde paliwo jest niebezpieczne, gdyż przypadkowy zapłon może spowodować wysoką temperaturę, pożar i ewentualnie wybuch. Wybuch wodoru może mieć jednak miejsce tylko w sytuacji, gdy w atmosferze jego ilość w stosunku do tlenu jest bliska 2 (wodór) : 1 (tlen). Jest to rzadka, raczej przypadkowa sytuacja. Zapłon wodoru wydobywającego się z otworu dziurawego zbiornika spowoduje spokojne i szybkie wypalenie gazu w postaci pionowej pochodni, przy czym „spalinami” jest czysta para wodna. Natomiast zapłon paliw płynnych to zwykle powiększająca się, płonąca „plama”, pokrywająca wszystkie obiekty w zasięgu pożaru, w tym znajdujących się w pobliżu ludzi, a ponadto spaliny, cięższe od powietrza, trujące, pozostają w strefie pożaru powodując utratę przytomności i brak możliwości oddalenia się z miejsca wypadku. Można więc powiedzieć, że wodór w większości przypadków jest bezpieczniejszy od innych, palnych substancji chemicznych.
Jakie są oczekiwania dotyczące rozwoju technologii wodorowych w Polsce i Europie?
Mirosław Miller – Oczekiwania są ogromne, niestety często nie są one poparte właściwą analizą rynkową i ekonomiczną. Optymizmem napawają dziś przede wszystkim możliwości technologiczne. W ostatnich tygodniach przybywa rzetelnych analiz, które nieco studzą początkowy optymizm. Rozwój technologii wodorowych będzie uwarunkowany budowaniem całkowicie nowej infrastruktury, tworzeniem regulacji prawnych, wreszcie rozwijaniem kultury technicznej. To zajmie nam co najmniej 10 lat i pochłonie ogromne środki, głównie środki publiczne. Pojawiają się nieprzewidziane początkowo bariery. Np. kraje, które ogłosiły strategie eksportu taniego zielonego wodoru dzięki niskiej cenie zielonej energii, jak wspomniane wyżej Chile czy Maroko, napotkały na barierę dostępności wody potrzebnej do produkcji wodoru. Obecnie finansowanie uzyskuje jedynie jeden na 25 projektów wodorowych, których przybywa lawinowo w ostatnich dwóch latach.Postuluje się, żeby świat skupił się na obszarach zastosowań, które nie wymagają tak dużych nakładów. Są to np. produkcja nawozów azotowych, rafinacja stali, transport morski i lotniczy. Z pewnością takim kierunkiem jest przetwarzanie wodoru do tzw. e-paliw, w tym e-metanolu oraz amoniaku, gdyż do tych substancji dysponujemy zarówno pełną infrastrukturą jak też łańcuchami wartości. Wykorzystywane są one dziś wyłącznie do odpowiednich substancji „szarych” wytwarzanych z gazu ziemnego, ale mogą być bez żadnych inwestycji natychmiast stosowane do chemicznie identycznych substancji „zielonych”, jak e-amoniak czy e-metanol.
UE wypracowała bardzo ambitną strategię rozwoju technologii wodorowych. Widać już jednak konieczność weryfikacji tych planów. Jednym z projektów kwestionowanym coraz częściej przez ekspertów jest budowa tzw. „wodorowego szkieletu”, czyli sieci rurociągów przesyłowych, który ma służyć dystrybucji tego gazu na całym kontynencie. Ma on pochłonąć ponad 100 mld euro, tymczasem nie widać na razie perspektywy wystarczającego zapotrzebowania na tę inwestycję.
Jakie innowacyjne technologie wodorowe są rozwijane przez hiPower Energy?
Mirosław Miller – Budujemy jako hiPower Energy grupę kapitałową, włączając do niej spółki portfelowe pracujące nad innowacyjnymi rozwiązaniami, które są na poziomie gotowości technologicznej (TRL) między 4 a 7. Naszym celem jest pozyskanie dla nich kolejnych rund finansowania oraz przybliżenie w ciągu 2-3 lat do rynku. W jednym z naszych projektów pracujemy np. nad dedykowaną warstwą uszczelniającą zbiorniki magazynujące wodór. Ten materiał znajduje się już po fazie udanych testów na rzeczywistych zbiornikach. Kolejną z rozważanych przez nas inwestycji jest spółka, której założyciele opracowują autorską konstrukcję elektrolizera alkalicznego do produkcji wodoru. Innowacją w tym projekcie jest znacznie wyższe ciśnienie, jakie osiąga produkowany wodór wewnątrz urządzenia w porównaniu do dostępnych na rynku elektrolizerów.
Inny z naszych projektów dotyczy wychwytu i oczyszczania z gazów poprzemysłowych takich składników jak wodór i CO2 w celu zawrócenia ich do procesów technologicznych. Ten projekt rozwijamy w ramach Joint Venture z firmą tajwańską, która wdraża system recyklingu wodoru stosowanego jako atmosfera ochronna w przemyśle półprzewodnikowym. W Polsce mamy inne gałęzie przemysłu emitujące zanieczyszczony wodór, ale przecież planowane są też inwestycje w sektorze półprzewodników.
Jakie doświadczenie ma hiPower Energy w dziedzinie technologii wodorowych?
Mirosław Miller – Nasza spółka opiera swój rozwój na zespołach naukowych i technologicznych, mających już znaczne doświadczenie w obszarze technologii wodorowych. Doświadczenie grupy hiPower Energy jest sumą doświadczeń tych zespołów. Wspomniałem o partnerze z Tajwanu, z którym w ramach JV współpracujemy nad recyklingiem wodoru oraz wykorzystaniem e-metanolu do zasilania chemicznych ogniw paliwowych w celu produkcji zielonej energii. Inna z rozważanych przez nas inwestycji być może zaowocuje powstaniem spółki opartej o know-how zespołu wywodzącego się z Politechniki Wrocławskiej, która ma już ponad 20-letnie doświadczenie w zakresie badań wytrzymałościowych zbiorników do magazynowania wodoru. Takie zbiorniki pracują pod wysokim ciśnieniem 350-700 bar, przy czym ciśnienie to cyklicznie, z dużą częstotliwością – w miarę zużywania wodoru – spada, a następnie rośnie przy ładowaniu ich kolejną porcją gazu. Jeśli weźmiemy jeszcze pod uwagę przenikalność wodoru, to łatwo sobie wyobrazić jakie wymagania stawiane są takim zbiornikom i materiałom stosowanym do ich produkcji. Nasza spółka mogłaby świadczyć usługi w zakresie certyfikacji nowych typów zbiorników ale również będzie rozwijała metodologię tych badań, brała udział w tworzeniu norm, projektowała narzędzia itp. Mamy w sektorze badań zbiorników europejskich oraz globalnych partnerów naukowych i przemysłowych, z którymi zespół realizuje od ponad 20 lat duże projekty w ramach programów FP6, H2020, a teraz Horizon Europe.
Jakie są perspektywy dla wodoru jako paliwa przyszłości w Europie?
Mirosław Miller – Moim zdaniem nie ma odwrotu od nadejścia ery wodorowej w energetyce, transporcie i syntezie chemicznej. Kwestią jest tempo rozwoju tych technologii, tutaj być może będą korekty w zakresie harmonogramu uruchamiania najbardziej kapitałochłonnych przedsięwzięć. Wprowadzajmy wodór do tych sektorów, które są na to gotowe i gdzie nie trzeba będzie wielkich nakładów na infrastrukturę. Tam, gdzie jest inaczej, i gdzie mamy dziś jeszcze alternatywne rozwiązania bez znaczących, negatywnych skutków środowiskowych, klimatycznych i społecznych, róbmy to ostrożniej, nie zaniedbując jednak sfery edukacji, świadomości społecznej, budowania kultury wodorowej. Ten swoisty okres przejściowy można wykorzystać na doskonalenie legislacji, obniżanie cen zielonej energii, np. poprzez lepsze i tańsze metody jej magazynowania oraz wykorzystywanie zielonego wodoru do produkcji chemicznej takiej jak synteza e-paliw.
Czy hiPower Energy ma plany dotyczące innych technologii związanych z energią?
Mirosław Miller – Tańszy e-metanol mógłby być dziś wytwarzany z wodoru, do którego stosujemy nadmiarową, najtańszą energię z fotowoltaiki (energia ta, w nowym systemie cen 15-minutowych energii, mogłaby być wręcz za darmo) oraz z CO2 wychwyconego z instalacji przemysłowych, dzięki któremu obniżylibyśmy koszty emisji EU ETS. Jesteśmy dziś potentatem w instalacjach PV (niektóre inwestycje stanęły, bo nie wiadomo co robic z nadmiarową, niestabilną energią) oraz potentatem w zakresie emisji CO2 w przemyśle. Aż się prosi o projekt, który rozwiąże oba problemy i da potężną wartość dodaną w postaci cennego paliwa. Może być ono traktowane jako rodzaj „zielonego” akumulatora zielonej energii, bez udziału chemicznych baterii. Oceniamy też alternatywne metody syntezy e-metanolu z wykorzystaniem żywych organizmów, katalizatorów i CO2. Metoda byłaby przełomowa pod względem niskich kosztów produkcji, ale zbyt wcześnie jeszcze, żeby o tym mówić w szczegółach.
Reasumując, budujemy swoisty łańcuch wartości dla e-metanolu i e-paliw, bazując na dzisiejszej sytuacji na rynku zielonej energii i koniecznych zmian w zakresie ograniczenia emisji CO2.
Jakie długoterminowe cele ma hiPower Energy w kontekście wodoru?
Mirosław Miller – Nasze plany dotyczą technologii wodorowych i rozwiązań hybrydowych, wiążących ze sobą różne rodzaje zielonych energii w swoisty miks o znacznie lepszej charakterystyce. To obecnie pięta achillesowa zielonej energetyki i dlatego nie może ona służyć już dziś zasilaniu autonomicznemu obiektów, bez potrzeby podłączenia do sieci przesyłowej. Jesteśmy zainteresowani organizacją takiego „huba” energetycznego, w którym mieszane byłyby ze sobą komponenty aktualnie dostępne na ogół jako samodzielne źródła: biometanownie, fotowoltaika, wiatr, geotermia, generatory prądu zasilane e-metanolem, e-amoniakiem, biometanem. Prawdopodobnie byłoby to możliwe – i to bez kosztownych oraz nieekonomicznych baterii chemicznych, albo z bardzo małym ich udziałem w rodzaju awaryjnego UPS. Idące w tym kierunku rozwiązania widzieliśmy już w kilku miejscach na świecie, np. w Skive w Danii. Jesteśmy gotowi zarządzać takim hubem, z udziałem silniejszych od nas partnerów, gdyż takiego przedsięwzięcia nikt nie udźwignie w pojedynkę. Jesteśmy młodą firmą, która dopiero buduje swoją tożsamość rynkową i potencjał technologiczny. Mamy w Polsce coraz więcej instalacji PV, które nie mogą być podłączone do sieci. Rośnie liczba projektów biometanowni o dużej mocy, które będą produkowały biometan i zielony CO2. Jest więc dobry moment, żeby spróbować wygenerować tego typu pilotażowe projekty. Rolę hiPower Energy postrzegamy jako partnera specjalizującego się w produkcji oraz recyklingu wodoru, wychwycie zielonego CO2, syntezie e-metanolu, adaptacji generatorów i silników do zasilania wodorem, a także e-paliwami.
rozmawiał Mariusz Gryżewski
Mirosław Miller
Koordynator Projektów B+R na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu, profesor chemii i inżynierii materiałowej. Autor ponad 120 publikacji, 1700 cytowań. Współtwórca i pierwszy prezes Wrocławskiego Centrum Badań EIT+ (obecnie PORT Łukasiewicz), współzałożyciel i Chief Scientific Officer grupy kapitałowej hiPower Energy w obszarze technologii wodorowych. Ekspert Komisji Europejskiej i Circular Bio-based Europe JU.
Dodaj komentarz