Oprócz energii elektrycznej, wodór jest obiecującym alternatywnym paliwem dla naszych pojazdów. Paliwo to może być produkowane w procesie elektrolizy, pirolizy metanu lub paliw syntetycznych. Wpływ Wodoru na środowisko nie jest dobrze poznany, a korzyści z niego płynące są wciąż oceniane. Jednakże, wodór jest paliwem przyszłości.
Prezentujemy Państwu treść opracowaną z udziałem energiasloneczna.net.pl
Elektroliza
Wykorzystanie elektrolizy do produkcji wodoru jest odnawialną ścieżką energetyczną, która jest badana od wielu lat. Wodór jest bezemisyjnym i stabilnym paliwem, które może być używane zamiast innych paliw. Światowa Rada Wodoru przewiduje, że wodór będzie odgrywał integralną rolę w przyszłym miksie energetycznym.
Wodór może być wykorzystywany do zasilania stacjonarnych elektrowni, statków i sterowców. Może być również stosowany jako medium do przechowywania energii. Jest łatwo dostępnym zasobem naturalnym, który może być produkowany lokalnie. Jest również idealnym paliwem dla mobilnej energetyki.
Energia elektryczna do elektrolizy może pochodzić z energii jądrowej, paliw kopalnych lub źródeł odnawialnych. Koszt energii elektrycznej do elektrolizy zależy od tego, gdzie energia jest produkowana. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę zarówno koszty energii elektrycznej, jak i paliwa. W porównaniu z innymi paliwami, wodór ma wysoką wydajność energetyczną i może być łatwo przechowywany.
Istnieje wiele potencjalnych synergii pomiędzy produkcją wodoru a technologiami energii odnawialnej. Może być możliwe połączenie wytwarzania paliwa wodorowego i energii elektrycznej na farmach wiatrowych. Mogłoby to pozwolić na elastyczność w dopasowaniu dostępności zasobów do zapotrzebowania.
Elektroliza może być stosowana w klimacie jałowym do produkcji wodoru bez konkurowania z wodą pitną. Australijscy naukowcy stworzyli prototyp elektrolizera, który może pracować w ekstremalnie suchym klimacie. Wykorzystuje on również zaprojektowane na zamówienie elementy elektroniczne.
Elektroliza może być stosowana do produkcji wodoru gazowego, który może być używany do ogrzewania domów lub rafinacji metali. Jest to również realna alternatywa dla oleju napędowego w odległych obszarach.
Światowa Rada Wodoru przewiduje, że do 2030 roku będzie można produkować około 50 procent światowego wodoru przy kosztach o połowę niższych niż obecnie. Przewiduje się, że zielony wodór stanie się przystępny do produkcji do 2030 roku, ale koszty niebieskiego wodoru pozostaną wysokie.
Piroliza metanu
Coraz częściej wodór jest postrzegany jako paliwo przyszłości. Rządy na całym świecie dostrzegają rolę, jaką wodór odgrywa w dekarbonizacji gospodarki światowej.
Do jego zalet należy zaliczyć lekkość, niskie koszty i efektywne medium do przechowywania odnawialnej energii elektrycznej. Jednak jego wpływ na środowisko różni się znacznie w zależności od źródła wodoru. Znaczenie ma również łańcuch produkcyjny.
Kluczowym czynnikiem wpływu wodoru na środowisko jest ilość CO2 uwalnianego podczas procesu produkcji. Stosując technologię wychwytywania dwutlenku węgla, można usunąć duże ilości CO2 z atmosfery, zmniejszając wpływ produkcji wodoru na klimat. Jednak takie podejście wymaga dużej ilości zasobów i przestrzeni fizycznej.
Innym potencjalnym rozwiązaniem jest przechowywanie CO2, co mogłoby zmniejszyć wpływ produkcji wodoru na klimat. Jednak nie wszystkie techniki magazynowania są skuteczne.
Jedną z potencjalnych metod przechowywania węgla jest wykorzystanie pirolizy metanu. Piroliza to proces przemysłowy, który wykorzystuje energię elektryczną do rozkładu gazu ziemnego. Proces ten wykorzystuje metan jako surowiec i wytwarza sadzę oraz węgiel stały. Proces ten jest stosunkowo słabo rozwinięty i może być obiecujący dla wysokich wskaźników wychwytywania i długoterminowego przechowywania CO2.
Inną potencjalną metodą składowania węgla jest podejście fotoelektrochemiczne, które wykorzystuje energię słoneczną i specjalistyczne półprzewodniki do rozbicia wody na tlen i wodór. Technologia ta ma potencjał dekarbonizacji przemysłu ciężkiego i zmniejszenia emisji CO2. Nie jest jednak jeszcze gotowa do masowej produkcji.
Inną potencjalną metodą magazynowania węgla jest wykorzystanie wodorowych ogniw paliwowych. Pojazdy elektryczne z ogniwami paliwowymi mogą jeździć dalej niż pojazdy zasilane z akumulatorów, ze względu na większą gęstość energii wodoru. Pomimo niskiej emisji CO2, pojazdy elektryczne z ogniwami paliwowymi wytwarzają parę wodną jako produkt uboczny.
Paliwa typu Drop-in
Coraz częściej wodór jest przedstawiany jako czysta energia przyszłości. Jest go pod dostatkiem i ma wiele zastosowań. Może być wykorzystywany jako paliwo, energia elektryczna, a nawet jako surowiec chemiczny. Przyczynia się również do poprawy stanu środowiska naturalnego poprzez zmniejszenie emisji z procesów przemysłowych. Ale czy wodór rzeczywiście jest obietnicą przyszłości?
Prawdą jest, że wodór może być wykorzystywany jako paliwo, ale koszt jego produkcji będzie poważną przeszkodą. I jest mało prawdopodobne, aby stał się konkurencyjny cenowo w stosunku do paliw kopalnych przed rokiem 2030.
W chwili obecnej istnieje wiele projektów, które blokują wykorzystanie paliw kopalnych. Na przykład projekt Catapult wyznaczył cele dla wodoru, które wymagają inwestycji o wartości 110 mld USD. Pozwoliłoby to na stworzenie około 120 000 miejsc pracy.
Inne projekty zakładają rozwój wodoru z odnawialnych źródeł energii. Należą do nich elektroliza i piroliza metanu. Technologie te obiecują wysokie wskaźniki wychwytywania i długoterminowe przechowywanie CO2 w postaci stałej. Oferują one również korzyści związane z wychwytywaniem CO2 z produkcji gazu.
Jednakże, nie są one prawdopodobne, aby skalować się do czasu osiągnięcia konkurencyjności kosztów. Oznacza to, że do 2030 roku nie będzie możliwe produkowanie wodoru z wykorzystaniem wyłącznie energii odnawialnej.
Ponadto, zielony wodór jest drogi w produkcji. Jego produkcja nie jest przystępna przed rokiem 2030, a jego skalowanie może być nawet nieopłacalne przed rokiem 2040.
Zielony wodór obiecuje również możliwość przechowywania nieregularnej energii odnawialnej. Jest to osiągnięcie, które może pomóc w osiągnięciu gospodarki o zerowej emisji dwutlenku węgla do 2050 roku. Jest to również obiecujący wektor technologiczny, ale prawdopodobnie najpierw potrzebne będą inne technologie.
Chociaż wodór jest obiecującą technologią, będzie potrzebował wsparcia rządowego, aby stał się rzeczywistością. Oznacza to, że koszt wodoru musi zostać obniżony, aby konkurować z benzyną i olejem napędowym.
Paliwa syntetyczne
Wykorzystanie nieco ponad tony węgla do zasilania samochodu, ciężarówki, samolotu lub łodzi będzie miało duży wpływ na naszą och tak zanieczyszczoną planetę. Jednak rząd duński postawił sobie za cel zmniejszenie emisji dwutlenku węgla o 70% do roku 2020. Osiągnięcie tego celu będzie wymagało szerokiego portfela technologii czystej energii. Na szczęście wiele firm chce wskoczyć na wodorową bandwagon. Rząd duński połączył siły z takimi firmami jak DfB Group, Orsted i Copenhagen Airports, aby wyprodukować niskoemisyjne paliwo, które może zasilić czołowy lotniskowiec kraju.
Najlepszym sposobem na realizację tego zadania jest współpraca podmiotów z sektora publicznego i prywatnego. Pierwsza faza projektu obejmuje budowę elektrolizera o mocy 10MW, co samo w sobie jest dużym przedsięwzięciem. W następnej fazie elektrolizer zostanie rozbudowany o cały gigawat, a obiekt ma być w pełni operacyjny do 2030 roku.
Duński rząd jest również coraz w akcie z 2 mln dolarów dotacji dla mieszkańców. Jest to dobry ruch, biorąc pod uwagę, że lokalna gospodarka ma rosnąć o ponad 5% rocznie w ciągu najbliższych kilku lat. Jest to również sygnał dla przemysłu, że region Kopenhagi jest w czołówce, jeśli chodzi o innowacyjne rozwiązania w zakresie energii odnawialnej. Ostatni raport Greenpeace sugeruje, że Dania może stać się światowym liderem w branży wodorowej.
Dobrze przemyślany plan jest kluczem do odblokowania zrównoważonej przyszłości. Na szczęście Dania ma odpowiednich ludzi we właściwym czasie. Przy odpowiednich zachętach, to tylko kwestia czasu, zanim wodór stanie się zrównoważonym paliwem przyszłości.
Wpływ na środowisko
Pomimo swojej wagi piórkowej i niskiej zawartości energii, wodór ma szereg niezamierzonych konsekwencji dla środowiska. Oprócz emisji gazów cieplarnianych, które emituje, wodór może również wpływać na skład atmosfery. Stężenie wodoru w atmosferze zmienia się globalnie, a jego długoterminowy czas życia jest znacznie krótszy niż w przypadku długo żyjących substancji chemicznych.
Zwiększenie produkcji wodoru może spowodować wzrost ozonu troposferycznego, który uszkadza zdolność roślin do sekwestracji dwutlenku węgla. Może również powodować uwalnianie do powietrza cząstek stałych 2,5, które mogą mieć wpływ na zdrowie ludzi. Transport wodoru w celu wykorzystania na stacjach tankowania stwarza również dodatkowe zagrożenia dla bezpieczeństwa.
Wodór może być produkowany z gazu ziemnego, paliw kopalnych z parą wodną oraz ze źródeł odnawialnych. Jednak większość wodoru jest produkowana przez parowy reforming metanu, który generuje dwutlenek węgla i gazy cieplarniane.
Tworzenie zielonego wodoru wymaga innowacyjnych technologii. Koszty wodoru odnawialnego powinny spadać wraz z rozwojem rynku. Jednak dużym wyzwaniem jest brak wiedzy na temat atmosferycznych skutków produkcji wodoru.
Aby zwiększyć poziom pewności co do skutków wodoru dla klimatu i jakości powietrza, potrzebne jest obszerne badanie modelowe. W badaniu tym należy przeanalizować istniejące założenia i podejścia do modelowania. Powinno ono również uwzględniać zmienność przestrzenną i czasową oraz współwystępowanie innych emisji antropogenicznych.
Jedną z potencjalnych korzyści płynących z zastosowania wodoru jako paliwa jest fakt, że powinien on zmniejszyć emisję tlenków azotu. Nie jest jednak jeszcze jasne, jak wpłynąłby on na emisję gazów cieplarnianych związanych z przemysłem ciężkim i ogrzewaniem.
Tworzenie zielonego wodoru wymaga ogromnych inwestycji w infrastrukturę lądową i odnawialne źródła energii. Jednak koszt powinien się zmniejszyć wraz z pojawieniem się korzyści skali w produkcji i instalacji. Wymaga to również badań nad rolą produkcji wodoru w zakresie współemisji.