Czy wodór będzie paliwem przyszłości?

Czy wodór będzie paliwem przyszłości? Wiele osób widzi w nim kluczowy element nowej bezemisyjnej gospodarki i ropę XXI wieku. Czy nadzieje pokładane w wodorze są słuszne? Czy rzeczywiście odegra on w nadchodzących latach tak wielką rolę? Jakie są główne przeszkody, które stoją temu na drodze i czy da się je przeskoczyć? Odpowiedzi na powyższe pytanie usłyszycie w tym właśnie odcinku.

---

Główne źródła i materiały wykorzystane w odcinku

• Dłuższe artykuły i raporty:
  • In-depth Q&A: Does the world need hydrogen to solve climate change? – bardzo ciekawy o rozbudowany artykuł o przyszłości wodoru od Carbon Brief
  • Atmospheric implications of increased Hydrogen use – raport dla rządu UK o wpływie wodoru w atmosferze na efekt cieplarniany
  • Fugitive Hydrogen Emissions in a Future Hydrogen Economy – raport o wyciekach wodoru (również przygotowany dla rządu UK)
  • Strategia w zakresie wodoru na rzecz Europy neutralnej dla klimatu
• Krótsze artykuły:
  • Airbus charts path to zero emission aviation by 2035 – o planach Airbusa w kwestii wodorowych samolotów
  • EU electrolyser industry commits to boost manufacturing capacity tenfold by 2025 – artykuł o niedawnych planach zwiększenie produkcji zielonego wodoru do 2025
  • Wodorowy sojusz? Potencjał współpracy Niemiec i Rosji w energetyce wodorowej – komentarz Ośrodka Studiów Wschodnich na temat wodoru z Niemczech i planach współpracy z Rosją w tym zakresie (materiach opublikowany przez inwazją Rosji na Ukrainę)
  • Czy wodór to ropa XXI wieku? Jak Niemcy chcą stać się wodorową potegą – odcinek podcastu OSW na temat wodoru w Niemczech
• Dane o produkcji energii elektrycznej w Niemczech: 
  • Germany’s energy consumption and power mix in charts – obraz ogólny 
  • Agora Energiewende – Power Generation and Consumption – statystyki dziennego zapotrzebowania na energię
  • Public Net Electricity Generation in Germany in 2021: Renewables Weaker Due to Weather – podsumowanie dotyczące produkcji elektryczności w Niemczech w 2021
• Polecam uwadze także dwa poniższe raporty o potencjalnej przyszłości wodoru:
  • New energy outlook autorstwa Bloomberg New Energy Finance
  • The future of hydrogen od IAE

---

Podcast do czytania

Czy wodór będzie paliwem przyszłości? Wiele osób widzi w nim kluczowy element nowej, bezemisyjnej gospodarki i „ropę XXI wieku”. Czy nadzieje pokładane w wodorze są słuszne? Czy rzeczywiście odegra on w nadchodzących latach tak wielką rolę? Jakie są główne przeszkody, które dzielą nas od faktycznego wdrożenia zielonego wodoru na masową skalę? Usłyszycie o tym w dzisiejszym odcinku.

Kolejna fala zainteresowania wodorem

W dzisiejszym odcinku chciałby skupić się na wodorze, z którym  wiązane są bardzo duże nadzieje. Wiele osób mówi o tym, że będzie to paliwo przyszłości lub “ropa XXI wieku”. I wodór pojawiał się już co prawda kilkakrotnie w tym podcaście, ale zazwyczaj było to między wierszami, gdzieś tam na marginesie innych rozmów. Natomiast w dzisiejszym odcinku chciałbym skupić się całkowicie na tym paliwie, przedstawić jego plusy, jego minusy oraz rozważyć, jakie są główne przeszkody, które mogą stać na drodze do spełnienia nadziei, które są w nim pokładane.

I na początek chciałbym zacząć od zaznaczenia, że aktualna fala zainteresowania wodorem to nie jest pierwszy raz, kiedy z wodorem wiązane są bardzo duże nadzieje. Pierwszy raz podobne zjawisko miało miejsce  w latach 70-tych, po kryzysie naftowym, kiedy embargo na eksport ropy naftowej do krajów zachodnich było nałożony przez kraje OPEC – było w trakcie wojny Izraela z państwami arabskimi – i w związku z wysokimi cenami ropy wówczas już pojawiło się takie zainteresowanie wodorem, i pojawiały się głosy, że to będzie to nowe paliwo, które pozwoli zastąpić ropę. Natomiast później ceny ropy spadły i tak naprawdę wodór i pomysły związane z wodorem zostały odstawione na półkę. Natomiast temat powrócił w latach 90-tych i we wczesnych latach dwutysięcznych, kiedy znowu pojawiały się głosy przewidujące rychłe zwiększenie roli wodoru, co jednak nie nastąpiło. I ponownie jak w poprzednim przypadku, tutaj również było to związane ze spadkiem cen paliw kopalnych, m.in. było to spowodowane rozwojem technologii wydobycia ropy i gazu ze złóż łupkowych.

Natomiast dziś wiele osób widzi w wodorze paliwo, które umożliwi nam zastąpienie paliw kopalnych i pozyskanie taniej energii właśnie z tytułu wykorzystania wodoru. Jednocześnie wiele osób, wielu polityków, ale też wiele ludzi związanych z biznesem, często też związanych  z branżą paliw kopalnych, ma nadzieje związane z wykorzystaniem części infrastruktury, która jest zbudowana do paliw kopalnych, a którą moglibyśmy teoretycznie wykorzystywać również do przesyłu wodoru. Takim przykładem są chociażby gazociągi, które już istnieją i którymi przesył wodoru jest również możliwy.

Natomiast kluczowe dla rozwoju wodoru i wykorzystaniu go jako paliwa, które ma nam pomóc w dekarbonizacji gospodarek, jest możliwość pozyskiwania taniej energii ze źródeł odnawialnych. Taniej energii i to w dużych ilościach. I w dzisiejszym odcinku chciałbym odpowiedzieć na pytanie: Czy faktycznie jest to możliwe i wykonalne? I jakie przeszkody mogą stać na drodze do tego, aby wodór faktycznie był paliwem, które pozwoli zbudować gospodarkę całkowicie bezemisyjną? Natomiast najpierw chciałbym powiedzieć nieco o tym, dlaczego wodór wydaje się wielu osobom tak obiecujący.

Nadzieje wiązane z wodorem

Wykorzystanie wodoru będzie najprawdopodobniej szczególnie istotne w tych obszarach, gdzie w tym momencie trudno jest zrezygnować z paliw kopalnych, a które jednocześnie trudno jest zelektryfikować. Są to procesy przemysłowe, takie jak chociażby produkcja stali, do które potrzebna jest wysoka temperatura, uzyskiwana w wyniku spalania węgla, a konkretnie koksu. Natomiast są też inne sektory przemysłowe, gdzie paliwa kopalne są wykorzystywane do pozyskania ciepła. Są to chociażby hutnictwo szkła czy produkcja aluminium. I tutaj są wiązane duże nadzieje z tym, że  paliwa kopalne będzie można zastąpić po prostu spalaniem wodoru do uzyskania niezbędnych temperatur w tych procesach przemysłowych.

Innym obszarem, gdzie są duże nadzieje związane z wykorzystaniem wodoru, jest transport. Jeżeli chodzi o transport osobowy, no to tutaj raczej rola wodoru będzie ograniczona, bo jesteśmy na relatywnie dobrej drodze do elektryfikacji transportu osobowego i auta elektryczne stają się coraz bardziej popularne, choć oczywiście tutaj warto zaznaczyć, że tak naprawdę najbardziej wydajny energetycznie jest transport zbiorowy, a nie podróż autami osobowymi. Natomiast jeżeli chcielibyśmy popatrzeć na same auta osobowe, no to wodór jest tutaj mniej wydajny, niż auta na baterie, ponieważ straty wynikające z konwersji elektryczności na wodór – jeszcze za chwilę powiem nieco więcej o tym procesie – a później z konwersji wodoru na energię w samochodzie, są dosyć duże. Ponad 3 razy bardziej wydajne są pod tym względem energetycznie samochody na baterie. Natomiast oczywiście plus wodoru jest taki, że nie trzeba wydobywać litu, co wiąże się dużymi kosztami środowiskowymi, który w tym momencie jest wykorzystywany do baterii w samochodach. Ale mimo wszystko Europa oraz Stany Zjednoczone zdają się stawiać na samochody elektryczne. Jedynymi w sumie krajami, które w tym momencie nadal wiążą duże nadzieje z autami wodorowymi, są Japonia oraz Korea Południowa. Tam nadal plany wykorzystania aut zasilanych wodorem są dosyć ambitne.

Natomiast dużo większa rola jest związana z wykorzystaniem wodoru w przyszłości w transporcie towarowym. W przypadku chociażby samochodów ciężarowych, zasilanie takiego samochodu baterią byłoby trochę karkołomne, nawet bardzo karkołomne, ponieważ bateria która byłaby w stanie zasilić taki samochód, byłaby zdecydowanie zbyt ciężka i taka ciężarówka przewoziłaby w zasadzie głównie baterię. I są różne pomysły, które są opracowywane, aby wymyślić alternatywne rozwiązanie. Jednym z takich pomysłów jest budowa trakcji elektrycznych nad autostradami i drogami, tak aby podczas podróży po tych drogach samochody ciężarowe mogły po prostu w ten sposób pobierać prąd w trakcie podróży. Natomiast innym rozwiązaniem jest właśnie wodór. I dużo łatwiejsze jest zbudowanie ciężarówki zasilanej wodorem, niż ciężarówki zasilanej bateriami. I tutaj są plany związane z wykorzystaniem wodoru, i z tym obszarem wiążą się bardzo duże nadzieje.

Tutaj warto zaznaczyć, że tak naprawdę mamy  istniejące już technologie, które pozwalają przewozić towary na duże odległości. A mianowicie mam tu oczywiście na myśli kolej. Jeżeli byśmy rozbudowali, chociażby w Europie, sieć kolejową tak, aby była dostosowana do przewozu dużo większych ilości  towarów, takich które są w głównej mierze w tym momencie przewożone drogami, i tak by w każdym powiecie była co najmniej jedna stacja przeładunkowa, która pozwoliłaby wyładować te towary i zawieźć już mniejszymi samochodami – nie wielkimi samochodami ciężarowymi z gigantycznymi bateriami, tylko mniejszymi autami lub autami elektrycznymi o mniejszym zasięgu – już do docelowych miejsc w ramach danego terenu, no to tak naprawdę bylibyśmy w stanie już w oparciu o bieżące, istniejące już teraz technologie, zbudować sposób bezemisyjnego przewozu towarów. I nie jest tutaj moim zdaniem niezbędne wykorzystanie wodoru, natomiast potrzebna jest decyzja – polityczna, jakby nie patrzeć  – aby rozwinąć tego typu infrastrukturę. Na pewno przeniesienie transportu z dróg na tory zwiększyłoby komfort użytkowników dróg dla celów osobowych, i wie o tym chyba każdy kto był świadkiem ścigania się ciężarówek na autostradach, kiedy jedna jest szybsza od drugiej gdzieś mniej  więcej o 2 km/h.

Innym wykorzystaniem wodoru, które jest często wspominane, jest wykorzystywanie go na kolei na trasach niezelektryfikowanych, tam gdzie nie ma trakcji elektrycznej. Często podnosi się argument nieopłacalności tego, aby kłaść tam trakcję elektryczną, ponieważ dane tory mogą być niewykorzystywane zbyt często. Natomiast tutaj warto sobie zadać pytanie: czy może jednak, zamiast rozwijać transport na wodór, może po prostu lepiej zelektryfikować te linie? Jeżeli chodzi o zarzut nieopłacalności – no tak, owszem, zapewne ten wydatek się nie zwróci, ale jeżeli ktoś buduje asfaltową drogę do małej miejscowości, to również nie rozpatruje tego w kategoriach opłacalności – czy ta droga, która do kilku czy kilkunastu domów jest doprowadzona, czy ona się zwróci. Nikt na to naprawdę nie patrzy w ten sposób, i myślę że podobnie powinniśmy patrzeć na kolej. Innym obszarem, z którym są wiązane duże nadzieje, jest transport morski, gdzie też z oczywistych względów baterie się nie nadają, natomiast wodór wydaje się tutaj sensownym wyjściem i dobrze, aby ten obszar był rozwijany, bo jak na razie te technologie są zdecydowani w powijakach.

Jeżeli chodzi o transport lotniczy,  to również są plany wykorzystania wodoru – na przykład Airbus zapowiada, że do 2035 roku będzie w stanie uruchomić produkcję samolotu na wodór, który ma docelowo mieć 3700 km zasięgu. Natomiast, no trzeba przyznać, że ten zasięg nie jest szczególnie imponujący, więc tego typu samolot nie byłby w stanie pokonać odległości międzykontynentalnej. Ale tutaj też warto mieć na uwadze, czy para wodna emitowana podczas lotu takiego samolotu, nie będzie mieć efektu ocieplającego, podobnie jak smugi kondensacyjne, które już w istniejących samolotach ciągną  się za samolotami i również mają efekt ocieplający, bo w tym miejscu warto przypomnieć, że para wodna również jest gazem cieplarnianym. Alternatywą może być – zamiast wykorzystania ciekłego wodoru w samolotach – mogą być ogniwa wodorowe i następnie przechowywanie wody, powstającej jako odpad w wyniku utleniania  wodoru, na pokładzie samolotu. Natomiast zastosowanie takiego rozwiązania rodzi trudność, jeżeli chodzi o dłuższe trasy. A jeżeli chodzi o krótkie trasy, no to tutaj warto zadać sobie pytanie: czy faktycznie transport lotniczy jest niezbędny.

Z wodorem są też wiązane nadzieje jeżeli chodzi o eksplorację kosmosu. Tutaj warto chociażby wspomnieć o tym, że Japońska Agencja Eksploracji Aerokosmicznej we współpracy z Toyotą niespełna 2 lata temu ogłosiła, że do 2035 roku planuje rozpocząć produkcję wodoru na południowym biegunie Księżyca, gdzie znajdują się niemałe pokłady lodu i ten lód miałby być wykorzystywany jako surowiec właśnie do produkcji wodoru. Innym obszarem, gdzie często wspominane jest możliwe wykorzystania wodoru zamiast gazu czy węgla jest ciepłownictwo, choć tutaj oczywiście wydajniejsze są pompy ciepła zasilane elektrycznością. Myślę, że pompa ciepła i termomodernizacja budynków to jest dużo bardziej wydajne i dużo bardziej skuteczne rozwiązanie niż zastosowywanie wodoru, więc wodór powinien być tutaj stosowany tylko w ograniczonym zakresie.

Natomiast przede wszystkim nadzieje związane z wodorem wiążą się z wykorzystaniem go jako magazynu energii. Zgromadzony wodór można następnie użyć do wspomnianych przed chwilą zastosowań, albo do pozyskania elektryczności, gdy na przykład ze źródeł odnawialnych mamy bardzo małą generację, ponieważ są miesiące zimowe i mamy mało słońca, a przy okazji nie wieje wiatr. Więc stabilizowanie systemu energetycznego opartego na OZE to jest jedna z głównym nadziei wiązanych z wykorzystaniem wodoru. Oczywiście jest to rozwiązanie – z punktu widzenia ilości energii, którą trzeba w to włożyć i później pozyskać – mało wydajne i więcej o tym powiem za chwilę. Więc warto korzystać z wodoru tylko wtedy, gdy faktycznie brakuje prądu (a nie jako podstawowe źródło zasilania), no i na małą skalę. Tak naprawdę baterie mają większą wydajność niż wodór, bo wydajność baterii jeżeli chodzi o prąd użyty do ładowania i następnie odzyskane ilości energii to jest gdzieś 80%, a w przypadku wodoru jesteśmy w stanie odzyskać tylko około 40% użytej energii. Natomiast trudno sobie wyobrazić budowę setek tysięcy baterii po to, aby przechowywać energię na chociażby miesiące zimowe, kiedy generacja z fotowoltaiki będzie niewielka. Tutaj wodór wydaje się lepszym rozwiązaniem, ponieważ można go przechowywać naprawdę wiele tygodni. I wodór gromadzi naprawdę dużo energii na jednostkę masy, więcej niż benzyna czy inne stosowane obecnie paliwa.

Ale nawet skompresowany wodór zajmuje więcej miejsca niż paliwa, które wykorzystujemy obecnie. I warto tutaj wspomnieć, że przechowywanie wodoru również jest dosyć trudne. Wymaga szczególnych warunków, ponieważ: przechowywanie wodoru w formie gazowej wymaga ciśnienia od 350 do 700 atmosfer, natomiast przechowywanie go w formie ciekłej wymaga naprawdę niskiej temperatury. A mianowicie: -253 stopnie Celsjusza to jest temperatura, która jest potrzebna, aby wodór mógł być przechowywany bądź transportowany w formie ciekłej. I uzyskanie takich temperatur lub takiego ciśnienia oczywiście również wymaga energii. Więc przechowywanie wodoru jest trudniejsze niż przechowywanie chociażby paliw kopalnych. Dodatkowo, wodór jest najmniejszym ze wszystkich pierwiastków, więc łatwo wycieka, wydostaje się przez nawet najmniejsze szczeliny, i jest to spory problem z punktu widzenia polityk klimatycznych, ale więcej na ten temat powiem później. Natomiast teraz chciałbym powiedzieć parę słów o tym, jak dzielimy wodór ze względu na sposób jego pozyskiwania.

Kolory wodoru

Wodór, choć sam w sobie jest gazem bezbarwnym, używamy nazw kolorów do określania wodoru w zależności od tego, w jaki sposób  został pozyskany. No i tak: wodór pozyskany z paliw kopalnych, głównie z metanu nazywamy „wodorem szarym”. Gdy pozyskujemy wodór z metanu, no to oddzielamy atomy wodoru od atomów węgla, no i w ten sposób uzyskujemy wodór, natomiast węgiel trafia do atmosfery w formie dwutlenku węgla, no i w ten sposób mamy oczywiście związane z tym emisje gazów cieplarnianych.

Dlatego alternatywą jest „wodór niebieski”, również pozyskiwany z metanu, ale generowany podczas pozyskiwania wodoru dwutlenek węgla jest wychwytywany. Trudności rodzi oczywiście wychwycenie całego dwutlenku węgla. Aktualnie skuteczność wychwytywania przy opracowanych metodach to jest 80-90%, no i pozostała część dwutlenku węgla trafia jednak do atmosfery. Oczywiście warto tutaj też mieć na względzie,  że samo wydobycie i przesyłanie metanu również wiąże się z emisjami wynikającymi z wycieków właśnie tego gazu cieplarnianego do atmosfery podczas wydobycia czy przesyłu. I zgodnie z szacunkami, gdyby nawet  udało się zwiększyć skuteczność wychwytywania do 95% emitowanego dwutlenku węgla – to i tak na każdy kilogram uzyskiwanego wodoru emitowalibyśmy od 700 gramów do 2,5 kilograma dwutlenku węgla.

A zatem interesować powinien nas głównie „zielony wodór”, produkowany przy użyciu procesu elektrolizy. Proces elektrolizy polega w uproszczeniu na tym, że przy pomocy energii elektrycznej rozdzielamy cząsteczkę wody H₂O na tlen oraz na wodór, i jest to proces znany od dawna, bo został już odkryty w 1800 roku. No i można postawić pytanie, dlaczego w takim razie nie jest on powszechnie  stosowany? Otóż wymaga on naprawdę dużo energii. Więcej energii trzeba włożyć  w pozyskanie w ten sposób wodoru, niż uzyskuje się z jego spalania, aby odzyskać tą energię na późniejszym etapie. No i właśnie dlatego stanowi on bardzo mały udział w ogólnej produkcji wodoru. I czy jest to przeszkoda nie do przeskoczenia? No tak naprawdę – to zależy. Może to jak najbardziej mieć sens energetyczny, ale tylko wtedy, kiedy do elektrolizy będziemy wykorzystywać energię elektryczną ze źródeł odnawialnych, gdy mamy bardzo słoneczny letni dzień, albo gdy dzień jest bardzo wietrzny i mamy zainstalowane duże moce w fotowoltaice albo w turbinach wiatrowych i ceny na giełdach energii są tak niskie, że zużycie dużych jej ilości nie wiąże się z dużym kosztem, a w zasadzie ten koszt jest minimalny.

No i tak – skoro znamy już główne typy wodoru, to może powiedzmy o tym, ile jakiego wodoru w tym momencie uzyskujemy i czy bylibyśmy w stanie przejść w całości na zielony wodór. Dziewięćdziesiąt-kilka procent wodoru który produkujemy, to jest wodór szary, czyli ten produkowany z paliw kopalnych, co oczywiście wiąże się z emisjami. I aktualnie produkcja wodoru jest niemałym źródłem gazów cieplarnianych, bo mianowicie cały wodór produkowany na świecie wiąże się wyemitowaniem rocznie 830 megaton dwutlenku węgla w ciągu roku – a zatem jest to jest więcej niż roczne emisje Niemiec. No i można zadać sobie pytanie – dlaczego? Otóż wynika to  z tego, że szary wodór jest – a w zasadzie to był – najtańszy, ponieważ jego uzyskanie wiąże się z dużo niższym kosztem niż uzyskanie wodoru niebieskiego czy zielonego. Według liczb podanych w „Strategii w zakresie wodoru na rzecz Europy neutralnej dla klimatu”, czyli takiej strategii wodorowej Unii Europejskiej (to jest dokument z 2020 roku): wodór szary – pozyskanie jego kilograma wiązało się  z kosztem 1,5 euro, pozyskanie wodoru niebieskiego to był koszt około 2 euro, natomiast pozyskanie wodoru zielonego to był koszt od 2,5 do 5,5 euro za kilogram. I aktualnie, w związku z wysokimi cenami gazu, zielony wodór zaczyna być konkurencyjny. Jeżeli popatrzymy na dane z kwietnia, no to według Bloomberg New Energy Finance koszt wodoru zielonego jest od kilku centów do nawet ponad 2 dolarów niższy niż koszt wodoru szarego. I warto byłoby wprowadzić już teraz rozwiązania systemowe, które miałyby utrzymać opłacalność zielonego wodoru, nawet gdy ceny gazu spadną.

A jakie są aktualnie nasze możliwości pozyskiwania wodoru zielonego?  W Unii Europejskiej moc istniejący elektrolizerów to jest poniżej 2 gigawatów. Dla porównania, wszystkie elektrownie węglowe tylko w Polsce to jest moc ooło. 30 gigawatów. Unia Europejska chce znacząco zwiększać  te moce (elektrolizerów) w najbliższych latach. Do 2025 roku ma to być 17,5 gigawata, a do 2030 roku aż 40 gigawatów mocy. No i można zapytać, czy to będzie  wystarczające, bo w porównaniu z obecną ilością  brzmi to jak naprawdę dużo, ale pytanie czy jest to dosyć, aby wodór mógł zacząć spełniać nadzieje, które są w nim pokładane. By się temu dokładnie przyjrzeć, popatrzmy na przykład Niemiec, czyli kraju, który chce wiązać z wodorem szczególnie duże nadzieje.

Plany wodorowe Niemiec

Niemcy są krajem, w którym wodór ma odgrywać naprawdę dużą rolę w transformacji energetycznej. Zatem zobaczmy, jakie są dokładnie ich plany odnośnie produkcji zielonego wodoru i jak to się ma do obecnego wykorzystania paliw kopalnych. Niemcy do 2030 roku planują zbudować elektrolizery do produkcji zielonego wodoru o mocy 10 gigawatów. I jest to plan zwiększony dwukrotnie przez  nowy rząd w stosunku do planu, który obowiązywał za czasów Angeli Merkel. I już na pierwszy rzut oka widać, że nie wydaje się  to być szczególnie dużo, biorąc pod uwagę że Niemcy mają ponad 120 gigawatów mocy zainstalowanej w energetyce wiatrowej i fotowoltaicznej, a dodatkowo planują jeszcze dalej rozbudowywać swoje moce odnawialne. Niemcy, by zaspokoić bieżące potrzeby na elektryczność w ciągu dnia potrzebują od 50 do 75 gigawatów mocy pracujących elektrowni, które produkują moc i dokładna wartość zależy po prostu od pory dnia.

A zatem to 10 gigawatów elektrolizerów wydaje się być trochę kroplą w morzu na potrzeby pełnego wykorzystania potencjału energii odnawialnej, gdy panele fotowoltaiczne lub farmy wiatrowe produkują energię z pełną mocą, gdy jest bardzo słonecznie albo bardzo wietrznie. No i jeżeli popatrzymy jeszcze, jak wygląda niemiecka produkcja elektryczności, jaki jest jej eksport, czyli ta nadwyżka ponad zaspokojenie bieżących potrzeb, no to okazuje się, że tylko elektryczność w ilości 12% tej energii wyprodukowanej z wiatru i słońca jest eksportowana do innych krajów. Jak do tego dodamy jeszcze informację, że z paliw kopalnych w 2020 roku Niemcy pozyskali około 20% więcej elektryczności niż z wiatru i Słońca (a w przyszłości ta wartość może być jeszcze gorsza, biorąc pod uwagę, że z końcem roku planują wyłączyć swoje ostatnie elektrownie jądrowe), no to rysuje nam się obraz sytuacji, w którym potrzebne są zdecydowanie większe moce odnawialne oraz dużo, dużo większe moce elektrolizerów, które będą w stanie nadwyżki tej mocy przekształcać na zielony wodór. No i szczerze mówiąc – przy 10 gigawatach elektrolizerów za bardzo nie widzę tej redukcji emisji o 50% zgodnie z celami obowiązującymi dla całej Unii Europejskiej do 2030 roku. I tu jestem bardzo sceptyczny, biorąc pod uwagę, że Niemcy szczególnie wysoką rolę chcą przypisywać wodorowi do stabilizowania systemu energetycznego opartego w całości o źródła odnawialne.

No i w tym tym miejscu warto wspomnieć o czymś o czym donoszą  analitycy Ośrodka Studiów Wschodnich zajmujący się Niemcami i tematyką energetyki, a mianowicie, że Niemcy tak naprawdę są w stanie pokryć tylko ok. 15-30% własnego zapotrzebowania zielonym wodorem. Nie ma po prostu wystarczających możliwości, żeby postawić  na tyle dużo źródeł odnawialnych, aby następnie przekształcić tę energię na zielony wodór. Niemcy potrzebować będą importu wodoru z innych miejsc, spoza granic swojego kraju. I tutaj jednym z kierunków o którym myśleli była Rosja, no ale pytanie na ile te plany będą aktualne, biorąc pod uwagę obecną wojenną sytuację na wschodzie Europy i agresywną postawę Rosji oraz toczące się dyskusje i ścieranie się koalicjantów w ramach rządu w Niemczech odnośnie tego, jaka polityka powinna być prowadzona względem Rosji.

Natomiast jeżeli popatrzymy w szerszym europejskim kontekście na to, gdzie są tak naprawdę najlepsze możliwości do rozwoju energetyki odnawialnej i następnie przekształcania tej pozyskanej energii w wodór i popatrzymy na otoczenie Europy, otoczenie Unii Europejskiej, to szczególnie obiecujące się tutaj wydaje sąsiedztwo północnej Afryki, gdzie na Saharze – jak wiemy – mamy bardzo duże nasłonecznienie i warunki do wykorzystania tej energii na potrzeby farm fotowoltaicznych. No i pierwsze plany są już realizowane – m.in.  w Maroku czy w Mauretanii są przygotowywane farmy fotowoltaiczne, często wspomagane wiatrakami, które mają dostarczać energię ze źródeł odnawialnych i następnie docelowo przekształcać ją w zielony wodór, a następnie w dalszej kolejności te plany mają obejmować też budowę podobnych instalacji w innych krajach regionu.

Tutaj warto też zadać pytanie o bezpieczeństwo energetyczne, ponieważ często jako taka przewaga energetyki odnawialnej jest podawany fakt, że zwiększa ona nasze bezpieczeństwo energetyczne, ponieważ więcej energii możemy produkować u siebie i nie jesteśmy zależni od dostawy paliw – czy to paliw kopalnych, czy innych źródeł energii z zewnątrz. Natomiast jeżeli będziemy stawiać na import wodoru z zewnątrz, spoza Europy, no to nadal jakiś sposób zależności energetycznej od importu z tamtego regionu będzie istniał i w razie jakichś niepokojów czy wojen – które mogą się wydarzyć w tamtej części świata w związku z nasilającym się globalnym ociepleniem, które szczególnie mocno dotknie duże połacie Afryki – to może się okazać, że stawianie na wodór, tak jak to chcą robić Niemcy, i ograniczanie produkcji elektryczności we własnym kraju, chociażby poprzez zamykanie elektrowni jądrowych, nie jest najlepszą strategią z punktu widzenia bezpieczeństwa energetycznego, jak bardzo by Niemcy nie chcieli tego widzieć inaczej. Warto tutaj też wspomnieć o jeszcze jednym w kontekście lokalizacji potencjalnych farm fotowoltaicznych czy wiatrowych, energia z których miałaby być przekształcana w zielny wodór. Oczywiście jest tutaj potrzebna woda, która w wielu miejscach na świecie staje się powoli towarem deficytowym i której będzie coraz bardziej brakować z uwagi na zmiany klimatu. Więc najrozsądniejsze jest lokalizowanie elektrolizerów w takim miejscu, aby miały dostęp do wody morskiej, której będzie cały czas pod dostatkiem i którą będzie można przekształcać po prostu na wodór.

Tak jak wspominałem, elektrolizery niezależnie od tego, czy będą zlokalizowane w Europie czy poza Europą, powinny być wykorzystywane przede wszystkim wtedy, gdy mamy tani prąd, gdy mamy go szczególnie dużo ze źródeł odnawialnych, zwłaszcza jeżeli celem transformacji naszej energetyki w kierunku wodoru ma być zeroemisyjność. Co oznacza, że instalowane elektrolizery nie będą zapewne działać non-stop, ponieważ mogą zdarzyć się przestoje w produkcji energii odnawialnej z uwagi na pogodę, co jest typowe w takim regionie świata jak Europa. A zatem oznacza  to, że koszt inwestycji w elektrolizery będzie relatywnie większy. Czasem ten argument jest podnoszony w odniesieniu do elektrowni jądrowych – że jest to zawsze duża inwestycja i potem jest nacisk, aby działały cały czas. Natomiast ten nacisk na funkcjonowanie non-stop pewnie będzie dotyczyć również produkcji wodoru w elektrolizerach, ponieważ jeśli jakieś przedsiębiorstwo poniesie koszty na stawianie elektrolizerów, to będzie nacisk na to, aby wykorzystywać je cały czas. Natomiast trzeba sobie tutaj powiedzieć, że najprawdopodobniej – albo koszt instalacji będzie tani, albo będzie ona bezemisyjna. I dotyczy to tak naprawdę wielu różnych technologii i projektując nasz system energetyczny nie powinniśmy patrzeć  tylko i wyłącznie na cenę. Musimy się w pewnych sytuacjach godzić z określonymi kosztami.

Wycieki wodoru

W kontekście wodoru warto wspomnieć o jeszcze jednym zjawisku, które bardzo często jest pomijane w dyskusjach na temat tego paliwa. Mianowice wodór, tak jak wspominałem, jest bardzo małym pierwiastkiem, więc bardzo łatwo ucieka do atmosfery przez wszelkie nieszczelności – czy to podczas jego produkcji, przesyłu czy wykorzystania w docelowych instalacjach. Wodór sam w sobie nie jest co prawda gazem cieplarnianym, ale ma zauważalny wpływ na czas trwania innych gazów cieplarnianych, szczególnie metanu, w atmosferze. Ponieważ metan, który średnio w atmosferze jest w stanie przetrwać kilkanaście lat i następnie rozpada się, przez obecność wodoru jest w stanie przetrwać w powietrzu zauważalnie  dłużej i przez to dłuższej wywiera efekt ocieplający.

Jak silny jest ten wpływ wodoru? Tutaj warto odnieść się do raportu przygotowanego dla Departamentu Biznesu, Energii i Strategii Przemysłowej rządu Wielkiej Brytanii, który jest dosyć świeży, bo pochodzi z kwietnia tego roku. I raport ten sygnalizuje, że wpływ wodoru na ocieplenie klimatu jest dużo większy niż wcześniej sądzono. Wynika to z tego, że po raz pierwszy ten raport uwzględnia badania wpływu wodoru w stratosferze. Do tej pory przede wszystkim koncentrowano się na wpływie wodoru w niższych warstwach atmosfery. I jakie są wyniki? Otóż wodór w okresie 100 lat ma 11-krotnie większy wpływ na ocieplenie klimatu niż dwutlenek węgla. Przy czym wartość ta jest wartością uśrednioną, tak naprawdę jest tutaj dość duża niepewność. Autorzy podają, że ten wpływ faktycznie jest od 6 do 16 razy większy niż wpływ na ocieplenie wywierany przez CO₂. Ta niepewność wynika z trudności w oszacowaniu w jakiej ilości wodór obecny w atmosferze jest w stanie być absorbowany przez glebę. Ten efekt jest jeszcze większy, jeżeli popatrzymy sobie na wpływ na ocieplenie w perspektywie 20-letniej. W takim horyzoncie czasowym wpływ wodoru na ocieplenie jest 33 razy większy niż wpływ dwutlenku węgla. Natomiast tutaj również jest duża doza niepewności. Tak naprawdę ten wpływ jest między 20 a 44 razy większy. Natomiast ta wartość, którą podałem, jest wartością średnią. I chodzi tutaj o samo trwanie wodoru w atmosferze, bo nie są tutaj uwzględnione emisje wynikające z samej produkcji szarego czy niebieskiego wodoru. I jeżeli chodzi o wykorzystanie istniejącej infrastruktury: warto mieć tutaj  na uwadze, że wodór jest dużo mniejszą cząsteczką niż cząsteczki metanu i może dużo łatwiej wyciekać przez istniejące gazociągi jeżeli byłyby one wykorzystywane do przesyłu wodoru, szczególnie w miejscach, w których poszczególne fragmenty gazociągu są ze sobą połączone.

Inny raport, również przygotowany dla rządu Wielkiej Brytanii, analizuje skalę wycieków z produkcji, transportu i użytkowania wodoru (linki do wszystkich tych raportów  będziecie mogli znaleźć w notatkach do tego odcinka podcastu). No i w zależności od tego, w jaki sposób jest produkowany czy przesyłany, czy użytkowany, to czasami ilość tego uciekającego wodoru jest szacowana na ułamek procenta, czasami jest to 1-2%, natomiast moją uwagę szczególnie zwróciły 2 liczby w tym raporcie. Mianowicie autorzy tego opracowania szacują, że wodór produkowany w wyniku elektrolizy może się wiązać z wyciekami ponad 9% całości pozyskanego w ten sposób wodoru. Natomiast, jeżeli chodzi o transport wodoru w formie ciekłej, to straty wodoru z tego tytułu mogą wynosić aż ponad 13%. Natomiast dużo mniejsze są one w przypadku transportu w formie gazowej, aczkolwiek można mieć obawy, że transport w formie ciekłej będzie tą preferowaną formą, z uwagi na fakt, że wodór w tej formie zajmuje po prostu mniej miejsca i może to być szczególnie nasilona preferencja transportu w tej wersji, szczególnie gdy mamy do czynienia z przesyłem dużej ilości wodoru międzykontynentalnie, np. z Australii do Chin czy Japonii, lub z Afryki do Europy, czyli z tych terenów, gdzie są warunki do wyprodukowania dużej ilości zielonego wodoru do miejsc, gdzie będzie on najbardziej potrzebny.

I jak się ma skala tego zjawiska do ogólnej przewidywanej produkcji wodoru na przykład w 2050 roku? Jeżeli popatrzymy na jedną z prognoz, no to Bloomberg New Energy Finance przewiduje, że w tym właśnie roku produkcja  światowa wodoru może wynieść 800 milionów ton. I jeżeli cały ten wodór miałby być produkowany z elektrolizy w formie wodoru zielonego, no to przy wyciekach wodoru wielkości 9% – tak jak szacowane jest w tym wspomnianym raporcie – mielibyśmy efekt ocieplający będący ekwiwalentem 800 milionów ton dwutlenku węgla emitowanych co roku do atmosfery. Oczywiście jest to duża wartość, ale zauważalnie mniejsza od naszych obecnych emisji dwutlenku węgla, stanowiących blisko 40 miliardów ton rocznie. Natomiast jest to ilość, której na pewno nie powinniśmy lekceważyć. Zwłaszcza że do tego mogą  dojść jeszcze emisje wynikające z transportu – natomiast tutaj będzie zależeć, ile będzie wodoru transportowane i na jakie odległości i w jaki sposób. Jednakowoż na pewno jest to zjawisko, nad którym powinniśmy bardziej się pochylić i poświęcić więcej uwagi badaniom tego, ile tego wodoru faktycznie ucieka. Potrzebne będą inwestycje w monitorowanie, ile jest wodoru w danym momencie w atmosferze i jakie są wielkości  wycieków na poszczególnych etapach produkcji, transportu czy wykorzystania wodoru. Oraz powinny być prowadzone badania, tak aby skalę tych wycieków maksymalnie zmniejszyć. Niepokojące moim zdaniem jest to, że o wyciekach wodoru nie ma mowy w „Strategii w zakresie wodoru na rzecz Europy neutralnej dla klimatu”, czyli tej wspomnianej strategii wodorowej dla Unii Europejskiej, która jest pełna optymizmu jeżeli chodzi  o rozwój wykorzystania wodoru w różnych branżach – w energetyce, w przemyśle, w transporcie – natomiast niepokojące bardzo jest to, że nie zwraca ona uwagi na to zjawisko.

No i tutaj warto zadać jeszcze jedno pytanie: czy rozwój technologii wodorowych będzie wystarczająco szybki? Bo to jest na przykład zarzut, który zwolennicy wykorzystania wodoru jako czynnika stabilizującego systemy oparte w 100% na źródłach odnawialnych stawiają wobec energii z atomu, która jest budowana wiele lat. Ale co do atomu – wiadomo że on działa i jesteśmy w stanie policzyć, ile jest nam w stanie dostarczyć elektryczności. Natomiast jeżeli chodzi o wodór, no to owszem, mamy często różne pilotażowo wykorzystywane prototypy jakichś technologii, natomiast to jest OK żeby stwierdzić, że coś jest wykonalne. Natomiast żeby przeskalować te technologie i wykorzystać je na większą metę potrzebny jest tak naprawdę czas liczony w dekadach. I w przypadku wodoru potrzebujemy po pierwsze już teraz bardzo inwestować w rozwój technologii, jeżeli chodzi zarówno i o transport, i o produkcję zielonego wodoru, i o zmniejszenie tych wspomnianych wycieków. I potrzebne są polityki, tak aby producenci wiedzieli, że inwestycje w tych obszarach będą dla nich opłacalne, niezależnie od tego, jak się będą kształtować ceny paliw kopalnych. I wodór powinniśmy wykorzystywać oczywiście, jak najbardziej – przede wszystkim tam, gdzie jest  to niezbędne. Natomiast tam, gdzie możemy pozyskać elektryczność z innych źródeł, tam powinniśmy podchodzić bez uprzedzeń do różnych sposobów pozyskania energii, ponieważ najważniejsze dla nas jest to, aby była ona bezemisyjna.

Konkluzje

Wodór może być istotnym elementem naszej transformacji w kierunku bezemisyjnej gospodarki. Aczkolwiek to, czy faktycznie tak się stanie, zależeć będzie od kilku czynników. Od pierwszego z nich, czyli od rozwoju technologicznego, w szczególności w tych obszarach, gdzie w tym momencie technologie albo nie istnieją, albo są niedopracowane lub nie są skalowalne. Jak również w obszarze produkcji i transportu wodoru, tak by zminimalizować jego wycieki do absolutnego minimum, tak aby jak najmniej trafiało go do atmosfery i w pośredni sposób nasilało efekt cieplarniany. Zależeć to też będzie od wsparcia ze strony państw bądź organów Unii Europejskiej. Przedsiębiorstwa  powinny mieć pewność, że już teraz opłaca im się zastępować paliwa kopalne zielonym wodorem, ponieważ jeżeli nie zaczniemy teraz inwestować i rozwijać odpowiednich technologii czy mocy przemysłowych, to jeżeli zaczniemy to robić za  10 czy 15 lat, możemy nie zdążyć wdrożyć odpowiednich technologii opartych na czystym wodorze odpowiednio szybko.

I od powyższych niewiadomych zależy to, jaka będzie faktyczna rola i znaczenie  wodoru w nowej, czystej gospodarce. Powinniśmy oczywiście dołożyć starań, aby wdrożenie  bezemisyjnych, tudzież jak najbardziej niskoemisyjnych  technologii wodorowych się powiodło. Natomiast nie powinniśmy zakładać, że z pewnością się to uda. Po drodze mogą pojawić się trudności, których w tym momencie nie przewidujemy i najrozsądniejszym wyjściem wydaje się chyba inwestowanie w wodór przede wszystkim tam, gdzie nie ma innej sensownej alternatywy. Natomiast warto tutaj zaznaczyć, że wyłączanie już teraz bezemisyjnych źródeł energii, takich jak na przykład elektrowni jądrowych u naszego zachodniego sąsiada, żeby kiedyś w przyszłości zastąpić je wodorem (natomiast nie wiadomo do końca kiedy) – myślę że te dane, które podawaliśmy na temat Niemiec w tym odcinku dobrze to obrazują – to oczywiście nie jest dobre podejście. Kończy się to spalaniem większej ilości paliw kopalnych w okresie przejściowym, który nota bene nie wiadomo jak długo potrwa.

Podsumowując – powinniśmy oczywiście rozwijać wszystkie technologie, które mogą nam pomóc zdekarbonizować gospodarkę, natomiast może się okazać, że w jakimś obszarze np. w obszarze gospodarki wodorowej, pojawią się jakieś trudności, których w tym momencie nie przewidujemy. Jednocześnie może się okazać, że przełom nastąpi w jakimś innym obszarze, np. w pozyskiwaniu uranu z wody morskiej w tani sposób, tak aby to było tańsze niż pozyskiwanie uranu z rudy, co swoją drogą rozwiązałoby nasze problemy z dostępem do bezemisyjnej elektryczności, o ile oczywiście będziemy jeszcze wtedy mieć wystarczającą ilość elektrowni jądrowych. Podsumowując – powinniśmy inwestować w każdą z bezemisyjnych technologii i w badania nad nimi, natomiast to jaka rola przypadnie każdej z nich i które z tych badań okażą się najbardziej owocne, o tym przekonamy się zapewne w najbliższych dekadach.