Od lat 60-tych NASA używa wodorowych ogniw paliwowych do misji Apollo. I mimo, że wodór i jego potencjał od kilku dekad fascynuje naukowców oraz największe firmy na świecie, to obecnie powszechne jego używanie wydaje się niemożliwe, jak kiedyś loty na Księżyc. Jednak, jak twierdzą niektórzy – to tylko kwestia czasu…
A wszystko przez… emisję gazów cieplarnianych i rosnące zapotrzebowanie na energię. Gospodarka zeroemisyjna do 2030 r. to deklarowany przez Europę 30-letni plan powstrzymania zmian klimatycznych. Nadzieję pokłada się w odnawialnych źródłach energii, które mają zastąpić paliwa kopalne. Tym bardziej, że wraz ze zwiększaniem się liczby ludności i wzrostem gospodarczym na świecie szacuje się, że popyt na energię wzrośnie o 50% w ciągu najbliższych 30 lat. Wodór odgrywa w tym planie ważną rolę – a dokładniej „zielony wodór”, który jest wytwarzany przy użyciu odnawialnej energii elektrycznej i elektrolizy, przez co nie generuje CO2 do atmosfery. Jest kluczem do spowolnienia zmian klimatycznych.
Źródło: International Energy Agency
Łakomy kąsek
Wodór to pierwiastek, który powszechnie występuje we Wszechświecie. Może służyć do magazynowania energii, wytwarzania ciepła lub jako paliwo transportowe. Jego praktycznie nieograniczone zasoby, a tym samym ogromny potencjał powoduje, że największe firmy na świecie, takie jak Toyota i Hyundai już jakiś czas temu rozpoczęły inwestowanie w wodór.
Pierwszy z koncernów samochodowych planuje produkować po 2020 r. ok. 30.000 samochodów elektrycznych napędzanych wodorem. Wyjściowym krokiem w tym kierunku jest ich model hybrydowej Toyoty Mirai (auto elektryczne napędzane wodorem), który umożliwia pokonanie dystansu 550 km (samochody elektryczne średnio mogą pokonać ok. 200 km), a czas jej tankowania wynosi 4 minuty (elektryki ładuje się dłużej).
Źródło: www.toyota.pl
Druga z marek szacuje swoją produkcję na poziomie 700.000 samochodów, którą uzyska w 2030 r. Warto przypomnieć, że na Auto Expo 2020 Hyunadi zaprezentował ekologicznego i ekonomicznego SUV-a Hyundaia Nexonapędzanego wyłącznie wodorowymi ogniwami paliwowymi. Niestety, na razie na próżno go szukać w polskich salonach.
Źródło: www.hyundai.com
Rynkowi gracze szacują, że wokół wodoru można zbudować rynek o wartości 2,5 biliona dolarów, dlatego też podczas Światowego Forum Ekonomicznego w Davos w 2017 r. powstała Rada ds. Wodoru. To globalna inicjatywa kierowana przez dyrektorów generalnych z 92 wiodących firm energetycznych, transportowych, przemysłowych i inwestycyjnych, posiadających wspólną i długoterminową wizję rozwoju gospodarki wodorowej.
Innym uczestnikiem rynku jest Toshiba, która od lat 60. prowadzi badania nad ogniwami paliwowymi i twierdzi, że jest liderem w technologii wodorowej. Firma opracowała farmę słoneczną i 10-megawatową instalację do produkcji wodoru z energii odnawialnej. Obiekt został uruchomiony w 2019 r. w Fukushimie, która w 2011 roku została dotknięta niszczycielskim tsunami i katastrofą nuklearną. Taka symbolika.
Wyścig przyśpiesza
Tempo dyskusji odnośnie wodoru przyśpieszyło po wybuchu epidemii koronawirusa. Rządy wielu krajów, jak Niemcy, Wielka Brytania, Australia czy Japonia ogłosiły konkretne plany i działania dotyczące wodoru.
Australia przeznaczyła 191 mln dolarów na rozpoczęcie projektów wodorowych. Portugalia planuje nową elektrownię wodorową zasilaną energią słoneczną. Holandia przedstawiła strategię, w której pułap 500 megawatów z „zielonego wodoru” ma być uzyskany do 2025 r.
Ze swojej strony niemiecki rząd ogłosił cel osiągnięcia 5 gigawatów mocy wytwórczych ze źródeł odnawialnych do 2030 r. Aby umożliwić produkcję „zielonego wodoru” planuje wydać 7 miliardów euro na wsparcie wprowadzenia technologii wodorowej na rynek i kolejne 2 miliardy euro na wspieranie międzynarodowych partnerstw.
Nawet w Polsce w połowie maja br. ogłoszono, że w Rzeszowie ma powstać Dolina Wodorowa. Słyszeliście o tym?
Wizje wodorowych miast
W 2018 r. Chiny ogłosiły, że miasto Wuhan do 2025 r. stanie się światowym miastem wodorowym. W ramach realizacji tego celu w aglomeracji ma działać 3 do 5 wiodących na świecie przedsiębiorstw zajmujących się wodorem i od 30 do 100 stacji paliw wodorowych. Niestety, plany rozwoju Wuhan zahamowała pandemia koronawirusa.
Podobnie, jak zapowiedzi Korei Południowej w 2019 r., która do 2022 r. miała zbudować 3 miasta napędzane wodorem (projekt pilotażowy wspierany przez Ministerstwo Ziemi, Infrastruktury i Transportu). Miasta te miały być wyposażone w ogniwa paliwowe o mocy 9,9 megawatów, 670 elektrycznych aut osobowych zasilanych ogniwami wodorowymi oraz 30 autobusów napędzanych wodorem. Dalekosiężne plany Korei zapowiadały, że to tylko czubek góry lodowej, bo do 2040 r. kraj ten chciał, by na wodór przeszło 30% wszystkich koreańskich miast i miasteczek. Ministerstwo Handlu, Przemysłu i Energii ogłosiło te plany nowym motorem wzrostu koreańskiej gospodarki. Jak widać, z powodu epidemii terminy wodorowej strategii Korei uległy przesunięciu w bliżej nieokreśloną przyszłość.
Wizualizacja wodorowego miasta wg planów Korei Południowej. Źródło:https://www.bdcnetwork.com/
Na dobrej drodze ku hydrogen-powered cities jest Japonia, która postrzega wodór jako ważne narzędzie nie tylko do redukcji emisji dwutlenku węgla, ale także ze względu na bezpieczeństwo energetyczne.
Kraj ten może się obecnie poszczycić największą na świecie siecią stacji tankowania wodoru. Aktualnie jest ich 135 i są mocno dotowane przez rząd, co symbolizuje wiarę w przyszłość wodoru i pragnienie, by przewodzić światu w wyścigu o jego komercjalizację. Do 2030 r. w Japonii ma powstać 900 działających stacji do tankowania wodoru. Wiele z japońskiej floty bo ok. 4.000 pojazdów napędzanych wodorem i aktualnie jeżdżących po ulicach Tokio należy do rządu. Resztę kupują zamożni, świadomi ekologicznie entuzjaści, których stać na auto za 7 milionów jenów (około 68.000 dolarów).
Jednak najbardziej imponujący przykład zaufania Japonii do wodoru cumuje w portowym mieście Kobe i nazywa się Suiso Frontier. Zbudowany przez japońskie Kawasaki Heavy Industries i zwodowany w roku 2019 statek jest pierwszym na świecie zaprojektowanym do przewożenia wodoru w postaci płynnej (ekstremalne warunki -253 stopni Celsjusza).
Źródło: https://asia.nikkei.com/
Do 2030 roku Kawasaki Heavy chce mieć dwa statki, które będą w stanie przewieźć do Japonii 225.000 ton wodoru, co będzie wystarczające do napędzenia 3 milionów pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi rocznie! Ambitnie.
Również i Japonia miała dużo dalej idące plany, które pokrzyżował COVID-19. Jej wizytówką miały być Igrzyska Olimpijskie w Tokio 2020, a dokładniej część wioski olimpijskiej, znana jako flaga Harumi, która miała zostać wyposażona w ogniwa paliwowe wykorzystujące wodór do wytwarzania energii elektrycznej do oświetlenia i klimatyzacji, a zwiedzający byliby przewożeni do różnych części Tokio autobusami napędzanymi wodorem. Także ta „wizytówka” wodorowej polityki japońskiego rządu musi poczekać na lepszy czas.
Duży potencjał i duże przeszkody
Wodór ma zarówno zwolenników, jak i przeciwników. Krytycy skupiają się na kosztach. Produkcja „zielonego wodoru” kosztuje aktualnie ok. 3-6 dolarów za kg. „Czarny wodór” obejmuje metody bazujące na paliwach kopalnych (węgiel, gaz lub ropę naftową), jego produkcja jest tańsza, bo oscyluje ok. 1 – 1,8 dolara/ kg, przez co 98% wodoru na świecie uzyskuje się w ten sposób. Niestety, „czarny wodór” nie jest ekologicznym paliwem, bo przy jego produkcji wytwarza się dwutlenek węgla.
Ogromne nakłady inwestycyjne dotyczą także infrastruktury. Konieczna byłaby modyfikacja rurociągów lub budowa nowych, które mogłyby dostarczać wodór do miast, nie mówiąc już o budowie stacji tankowania aut. W Polsce aktualnie nie ma ani jednej, ale jest światełko w tunelu – ostatnio czytałem, że pierwsza ma powstać niedługo w… Gdańsku.
Nie można również zapomnieć o trudności w magazynowaniu wodoru – na tę chwilę mamy ograniczone możliwości technologiczne przechowywania paliwa w zbiornikach i instalacjach w pojazdach.
Głos w sprawie ogniw paliwowych zabrał sam założyciel Tesli, Elon Musk, nazywając samochody napędzane wodorem „głupim” pomysłem. Niezaprzeczalnym faktem jest jednak, że Tesla postrzega wodorowe ogniwa paliwowe jako konkurencyjną technologię.
Dopóki piłka w grze…
…wszystko jest możliwe. Optymiści twierdzą, że pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi są tak samo opłacalne, jak pojazdy elektryczne, a rozwiązanie problemu kosztów jest głównie kwestią skali.
Tego samego zdania jest Christian Carraretto, zastępca dyrektora ds. inwestycji w zrównoważone zasoby w Europejskim Banku Odbudowy i Rozwoju. Twierdzi on, że prawdopodobnie jesteśmy w takiej samej sytuacji, w jakiej byliśmy dekadę lub dwie temu z energią odnawialną, gdzie to rozwiązanie jest nadal droższe niż alternatywy. Ale nawet dzisiaj jeśli jest tylko dwa lub trzy razy droższe, to nie jest droższe np. 100 razy, więc jeśli temat nadal będziemy rozwijać i nastąpi postęp w polityce (ustawodawstwo i dotacje wspierające transformację to sprawa kluczowa), spodziewam się, że wkrótce wodór stanie się naprawdę konkurencyjny cenowo
Czas pokaże, czy tak się stanie. A Wy jak myślicie?
