Co dalej z wodorem? To ratunek czy ślepy zaułek?
Unia Europejska i kraje członkowskie takie jak Polska wskoczyły do pociągu jadącego pełną parą do przyszłej, zielonej, wodorowej gospodarki. Wodór (H2) uznawany jest za czyste paliwo, dlatego udziela mu się regulacyjnego i finansowego wsparcia. Problem polega na tym, że obecnie aż 96% wodoru powstaje z paliw kopalnych. Dzięki odnawialnym źródłom energii produkowane jest mniej niż 1%. Czy zielona, wodorowa rewolucja jest naprawdę możliwa?
partner merytoryczny
Co dalej z wodorem? To ratunek czy ślepy zaułek?
"Ostatnia nadzieja polityki klimatycznej", “paliwo przyszłości"- właśnie tak przedstawiany jest wodór. Ludzkość nie przestaje śnić snu o jednym, uniwersalnym rozwiązaniu dla problemów energetycznych i klimatycznych. Lekiem na całe zło ma stać się właśnie wodór. Na poziomie teoretycznym wszystko wygląda pięknie: wodór może być wykorzystany w wielu sektorach gospodarki. To doskonały magazyn energii - potrzebny by stabilizować system oparty na jej odnawialnych źródłach. Produkcja ekologicznego, tzw. zielonego wodoru jest wolna od emisji gazów cieplarnianych. Wodór jest tak naprawdę bezbarwny, a określenia takie jak “zielony" czy “błękitny" wskazują na metodę jego produkcji. I to właśnie od metody zależy, czy wodór jest przyjazny dla środowiska i klimatu.
Zastosowanie wodoru - dziś i w przyszłości
Obecnie produkowany na świecie wodór, ze względu na wysokie koszty, wykorzystywany jest przede wszystkim w procesie rafinacji ropy naftowej i do produkcji syntetycznych nawozów azotowych. W przyszłości ma nie tylko pomóc w dekarbonizacji gałęzi gospodarki takich jak hutnictwo czy lotnictwo, które są dziś całkowicie zależne od paliw kopalnych, ale stać się filarem całej “gospodarki wodorowej". Zakłada ona wykorzystanie wodoru na dużą skalę w transporcie lądowym i morskim, w energetyce (do magazynowania i produkcji prądu) i w ciepłownictwie (do ogrzewania naszych mieszkań a nawet do gotowania). Mówi się o możliwości wykorzystania infrastruktury gazowej pod miks gazu i wodoru, a w przyszłości wyłącznie wodoru (stąd określenie nowych inwestycji jako hydrogen ready czyli “gotowe na wodór"). To wszystko wizja rysowana przez polityków i przemysł, bo na razie wodór produkowany jest z paliw kopalnych. A to oznacza, że zanim powszechnie przestawimy się na wodór zielony, który pomoże nam przeciwdziałać zmianom klimatu, czekałoby nas kilka dekad “gospodarki wodorowej" napędzanej paliwami kopalnymi. Czy gra jest warta świeczki?
Wodorowa tęcza, czyli z czego robi się wodór
Przemysł gazowy promuje wodór jako "czysty" i "zielony". Jednak wodór wodorowi nierówny. Choć sam w sobie nie powoduje emisji gazów cieplarnianych, wpływ wodoru na klimat może być znaczący w zależności od tego, w jaki sposób się go produkuje.
Szary wodór
Obecnie aż 96 procent światowej produkcji wodoru jest oparte na paliwach kopalnych, w tym 80 procent pochodzi z gazu kopalnego - metanu, który w kluczowej dla walki z globalnym ociepleniem 20-letniej perspektywie jest gazem cieplarnianym mającym 86 razy silniejszy wpływ na klimat, niż dwutlenek węgla. To tak zwany “szary wodór", który powstaje w wyniku procesu reformingu parowego metanu (steam methan reforming czyli SMR). W ten sam sposób, ale z wykorzystaniem węgla produkowany jest “wodór brązowy". Produkcja wodoru tą metodą jest co najmniej tak samo szkodliwa jak spalanie gazu kopalnego. Dziś odpowiada za 6% całkowitego światowego zużycia gazu kopalnego.
Błękitny wodór
Tak zwany "błękitny wodór" także powstaje z gazu kopalnego ale z założeniem, że dwutlenek węgla emitowany w procesie SMR zostałby wychwycony i zmagazynowany. Branża gazowa promuje błękitny wodór jako paliwo niskoemisyjne. Tymczasem w 2021 roku naukowcy z Uniwersytetu Cornella wykazali, że ślad węglowy błękitnego wodoru jest o ponad 20% większy, niż spalania gazu ziemnego lub węgla i o około 60% większy, niż spalania oleju napędowego. To znaczy, że przejście z gazu kopalnego na błękitny wodór nie tylko nie pomoże w ochronie klimatu, a wręcz przyczyni się do kryzysu klimatyczego. Tylko część emisji dwutlenku węgla da się wychwycić a sama technologia jest kosztowna i kontrowersyjna. Co najważniejsze - do wytworzenia błękitnego wodoru potrzebny jest gaz, którego wydobycie, przesył i użytkowanie powoduje emisje metanu.
IPCC szacuje, że około 25% globalnego ocieplenia netto, które nastąpiło w ostatnich dziesięcioleciach, jest spowodowane przez metan (AR5 WGI). Według Programu Środowiskowego ONZ (UNEP) zmniejszenie emisji metanu ze wszystkich źródeł o 40%-45% do 2030 r. to najmniej kosztowna ścieżka do ograniczenia wzrostu temperatury na Ziemi do 1,5°C, czyli celu wyznaczonego podczas szczytu klimatycznego w Paryżu w grudniu 2015 r. Produkowanie wodoru z gazu stoi więc w sprzeczności z celem Porozumienia Paryskiego.
Tymczasem, z raportu “The hydrogen hype" wiemy, że niesprawdzona i kosztowna technologia CCS/U, czyli wychwytywania i składowania dwutlenku węgla otrzymała polityczne, finansowe i regulacyjne wsparcie, aby UE mogła uzasadnić włączenie wodoru opartego na paliwach kopalnych do swoich planów klimatycznych. Choć istniejąca infrastruktura nie nadaje się do transportu wodoru, przewymiarowana sieć gazowa została przemianowana na sieć wodorową, która będzie wprowadzać kilkuprocentową domieszkę wodoru do istniejących gazociągów transportujących gaz kopalny. Dało to zielone światło na dalszą rozbudowę infrastruktury gazowej.
Zielony wodór
Wodór można również wytwarzać w procesie elektrolizy wody, to jest rozbicia cząsteczki wody za pomocą energii elektrycznej na tlen i wodór. Jeśli użyta w tym procesie energia elektryczna jest wytwarzana z czystego, odnawialnego źródła, takiego jak elektrownie wiatrowe lub słoneczne, wodór określa się mianem zielonego. Wodór zielony przegrywa konkurencję cenową z wodorem szarym, jednak koszty energii odnawialnej szybko maleją a elektrolizery stają się coraz bardziej wydajne podczas gdy ceny gazu kopalnego rosną. Przestawienie gospodarki na zielony wodór mogłoby ostatecznie wyeliminować przemysł gazowy z rynku. To jednak nie jedyny powód, dla którego branża gazowa tak mocno promuje gospodarkę wodorową i wodór błękitny jako czysty i niskoemisyjny.
Gdyby cały wodór produkowany obecnie na świecie tylko na potrzeby przemysłu był wytwarzany w procesie elektrolizy (z użyciem każdej dostępnej, a więc nie tylko zielonej energii elektrycznej), zapotrzebowanie na prąd wyniosłoby 3 600 TWH. To więcej niż wynosi całkowita roczna produkcja energii elektrycznej w UE według Międzynarodowej Agencji Energii). Produkcja wodoru w procesie elektrolizy jest po prostu ogromnie energochłonna. Możliwość produkcji zielonego wodoru jest i będzie ograniczona przez dostępność energii ze źródeł odnawialnych, która będzie potrzebna przede wszystkim by zastąpić prąd dziś produkowany z paliw kopalnych. Stworzenie wystarczającej ilości zielonego wodoru do 2050 r., aby podmienić dziś zużywany gaz kopalny jest mrzonką, która skończy się klimatycznym horrorem.
Hydrogen ready - czy wodór zastąpi gaz?
Wielu decydentów twierdzi, że europejskie terminale LNG i gazociągi mogą być w przyszłości łatwo przystosowane do przesyłania wodoru, co ma uspokajać obawy, że nowa infrastruktura gazowa stanie się kosztownymi aktywami osieroconymi, kiedy będziemy używać już wyłącznie czystej energii. Koncept gazociągów i terminali “gotowych na wodór" (ang. hydrogen ready) jest jednak zwodniczy. Nie dość, że już sama ta terminologia legitymizuje rozwój infrastruktury przez przemysł gazowy i używanie gazu kopalnego do produkcji wodoru a w dalszej przyszłości wodoru ze źródeł odnawialnych, to jeszcze eksperci zaznaczają, że przekształcenie terminalu LNG w instalację zdolną odbierać wodór jest raczej niemożliwe. Podczas gdy teoretycznie możliwa jest adaptacja gazociągów do przesyłania wodoru, jest to obarczone bardzo wysokim ryzykiem porażki. Skraplanie wodoru na potrzeby transportu morskiego wymaga trzykrotnie więcej energii niż skroplenie gazu ziemnego, podobnie jego przesył przez rurociąg jest trzy razy bardziej energochłonne niż gazu co również trzykrotnie zwiększa koszty.
Wodór jest dużo mniejszą cząsteczką niż metan, o innych wymogach dot. ciśnienia czy materiału - znacznie łatwiej się ulatnia, wchodzi również w interakcje z elementami elektronicznymi. Jeśli gazociągi nie są budowane pod te wymogi istnieje duże ryzyko, że wodór łatwo z nich wycieknie, co nie tylko jest groźne dla klimatu ale niszczy rurociągi skracając ich okres eksploatacji. Transport wodoru będzie więc wymagał zupełnie nowej infrastruktury. Poza tym lokalizacje produkcji i konsumpcji zielonego wodoru różnią się znacznie od obecnych lokalizacji wydobywania i konsumpcji gazu kopalnego, więc bezpośrednie zastąpienie dziś przesyłanego paliwa jest mało prawdopodobne. Konsumentów wodoru w przyszłości będzie też dużo mniej, niż konsumentów gazu obecnie, zatem już istniejący (i planowany) system infrastruktury gazowej byłby kompletnie przeskalowany.
Gdzie jest miejsce dla wodoru?
Biorąc pod uwagę ograniczenia i zagrożenia związane z produkcją wodoru, powszechne użycie tego paliwa jako zamiennika gazu kopalnego jest po prostu niemożliwe. Lobby gazowe zamierza wykorzystać szum wokół wodoru tylko po to, by zachować obecny scentralizowany, model energetyczny oparty na paliwach kopalnych. Wodór ma do odegrania kluczową rolę w odejściu od paliw kopalnych ale tylko w sektorach, których nie da się zelektryfikować, jak hutnictwo czy transport dalekobieżny samochodami ciężarowymi i samolotami. Wodór nie ma sensu w transporcie lądowym, w szczególności w autach osobowych, ani w ciepłownictwie, gdyż przestawienie ich z paliw kopalnych bezpośrednio na energię elektryczną z odnawialnych źródeł jest bardziej efektywne i tańsze. Produkcja wodoru specjalnie by wytwarzać z niego prąd też nie ma sensu. Przekształcenie zielonego wodoru z powrotem w energię elektryczną odbywa się ze stratą około 60% energii elektrycznej wykorzystanej wcześniej do jego produkcji. To jak wydawanie książek tylko po to, by palić nimi w kominku. Natomiast wodór odegra ważną rolę jako magazyn nadmiarowej energii z OZE stabilizujący system energetyczny oparty na odnawialnych źródłach. Jeśli jednak gazowemu lobby uda się wpłynąć na poszczególne sektory gospodarki, by te powszechnie domagały się wodoru, to zaspokojenie popytu za pomocą jego zielonej wersji (nawet z importu) będzie niemożliwe. Udział szarego i błękitnego wodoru nie przestanie maleć i zapewni lukratywną przyszłość branży paliw kopalnych. Kosztem realizacji celów klimatycznych czyli naszej wspólnej przyszłości.
Diana Maciąga, Katarzyna Wiekiera - autorki są kampanierkami klimatycznymi w Stowarzyszeniu Pracownia na rzecz Wszystkich Istot
