Przez wojnę wodór dla aut może pojawić się szybciej, niż się spodziewano

Jakkolwiek by to nie brzmiało, wojna w Ukrainie jest szansą dla rozwoju technologii wodorowej. Wzrost cen paliw kopalnych oraz uniezależnienie od Rosji mogą spowodować, że to, co do tej pory było zbyt kosztowne, w niedalekiej przyszłości może stać się opłacalne.

– Jeśli chodzi o wodór, musimy zrobić wszystko, co możliwe, aby przyspieszyć – powiedział Stefan Kaufmann, urzędnik w niemieckim Federalnym Ministerstwie Edukacji i Badań.

W podobnym kontekście sekretarz generalny ONZ António Guterres zaapelował: "Byłoby szaleństwem, gdybyśmy teraz zaprzepaścili wszystkie wysiłki, które zmniejszają uzależnienie od paliw kopalnych".

Lobby wodorowe, które do tej pory nie miało zbyt mocnych argumentów, teraz zaczyna je mieć. To już nie tylko kwestia środowiskowa, ale i polityczna. Zdaniem Komitetu Technologii Wodorowych Krajowej Izby Gospodarczej uniezależnienie się od rosyjskich źródeł energii jest możliwe tylko przez rozwój technologii wodorowej.

Już teraz ocenia się, że ten rynek w roku 2050 może być wart 700 mld dolarów. Analitycy Market Research Future przewidują, że w ciągu kilku lat rynek samochodów na wodór wzrośnie ok. czterdziestokrotnie.

Warto tu jednak mieć na uwadze poziom z jakiego wychodzimy, zbliżony do zera, zatem posługiwanie się procentami i wielokrotnościami jest na razie łatwe i dobrze wygląda na papierze, ale czy tak nie było jeszcze kilka lat temu z coraz bardziej popularnymi dziś autami elektrycznymi?

Ropę da się całkowicie zastąpić w procesie produkcji wodoru biomasą, węglem oraz zwiększeniem udziału elektrolizy, a przy okazji można zmniejszyć zużycie gazu ziemnego. Branża wodorowa ma jednak większe ambicje i chce wykorzystać głównie wodę i energię elektryczną z odnawialnych źródeł energii (OZE), czyli produkować tzw. zielony wodór. Dzięki temu możliwe ma być nie tylko uniezależnienie się od paliw kopalnych, ale też zmniejszenie emisji CO2.

Ważne jest więc zrozumienie, że wodór to zawsze ten sam pierwiastek, ale nie każdy jest tak samo wytwarzany. Dziś prawie 100 proc. to tzw. szary lub niebieski wodór, który produkuje się głównie z gazu ziemnego, a także węgla i ropy naftowej. Choć sam wodór jako źródło energii jest dla środowiska "czysty", to jego produkcja już niekoniecznie. Podobnie jak z energią elektryczną produkowaną w elektrowniach węglowych.

Zupełnie innym jest ten tzw. zielony, czyli wytarzany bez udziału paliw kopalnych, w wyniku elektrolizy wody, tj. jej rozkładu na wodór i tlen pod wpływem przepływu prądu elektrycznego, pod warunkiem, że prąd ten pochodzi z odnawialnych źródeł energii.

Wśród największych firm opowiadających się za transportem opartym na wodorze jest Toyota, która wprowadziła do produkcji już drugą generację wodorowego modelu Mirai. W parze z Toyotą idzie Subaru. Wcześniej nad autami wodorowymi pracowała Honda, choć na razie się wycofała z tej koncepcji.

W cieniu japońskich graczy sukcesy odnosi Hyundai z modelem Nexo. Wodór jest od lat też w zainteresowaniu Panasonica. W dziedzinie lotnictwa firma Airbus planuje wyprodukowanie pierwszej maszyny zasilanej wodorem do 2030 roku. Do największych koncernów może niebawem dołączyć niemiecki Bosch.

To właśnie Niemcy planują zrezygnować z energetyki opartej na paliwach kopalnych do 2035 roku i w dłuższym okresie osiągnąć zeroemisyjność. Jednocześnie teraz są największym w Europie importerem gazu ziemnego z Rosji, od którego Unia planuje się uniezależnić. Pomimo iż już Niemców dotyka kryzys energetyczny, nie odstępują od tej polityki, a szanse upatrują właśnie w wodorze, zwłaszcza zielonym. I tu na białym koniu ma wjechać Bosch, który planuje ogromne nakłady finansowe w rozwój komponentów do elektrolizerów, które mają produkować zielony wodór.

Jednak nie na tym koniec. Rząd niemiecki pracuje intensywnie nad zmianą terminali gazu ziemnego na huby wodorowe. Planowane są budowy nowych terminali morskich, którymi wodór lub metan wytworzony z wodoru będzie transportowany ze Zjednoczonych Emiratów Arabskich i Australii.

Do koalicji wodorowej dołączy, choć w innym charakterze, jeszcze w tym roku realnie Arabia Saudyjska, znana głównie z wydobycia i eksportu ropy. Ma rozpocząć produkcję zielonego wodoru przy wsparciu amerykańskiego Air Products & Chemicals Inc., głównie za pomocą prądu z wiatru i słońca.

Paliwo ma być dostarczane na inne rynki w postaci łatwiejszego w transporcie amoniaku. Saudyjczycy m.in. w Europie widzą jednego z ważniejszych odbiorców, ponieważ właśnie tu najprędzej może braknąć paliw kopalnych i to w Unii jest największe parcie na bezemisyjność transportu.

Gotowość do sprzedaży zielonego wodoru wyraziły jakiś czas temu także Chile, ale tu problem był inny – nie było odbiorcy, a także logistyki. Może się to zmienić, jeśli nastąpi duża transformacja wodorowa.

Pod koniec 2021 r. w Polsce miało miejsce podpisanie przez 138 sygnotariuszy porozumienia, a wśród nich rząd i spółki skarbu państwa. Dzięki umowie nasz kraj ma stać się jednym z liderów w produkcji zielonego wodoru w Europie.

Michał Kurtyka, minister klimatu i środowiska, powiedział: "Wydaje się nam, że wodór może pełnić rolę absolutnie determinującą, nie tylko w energetyce, ale i w przemyśle, w transporcie, ciepłownictwie".

W uchwalonej Polskiej Strategii Wodorowej rząd deklaruje, że do 2030 roku ma m.in. powstać pięć dolin wodorowych, a po polskich drogach będzie się poruszało od 800 do 1000 autobusów napędzanych wodorem. W 2025 roku ma działać 35 ogólnodostępnych stacji tankowania wodoru, w czym ogromny udział ma mieć Orlen.

Zgodnie z zapowiedziami koncernu, już niebawem ruszy pierwsza taka stacja w Krakowie, a kolejne powstaną w Poznaniu i Katowicach. Do końca dekady strategia PKN Orlen zakłada uruchomienie nie 35, lecz 57 takich stacji, a także 10 hubów wodorowych, gdzie będzie produkowane to paliwo (obecnie jest jeden w Trzebini wytwarzający szary wodór).

Od wielu lat czynnikiem ograniczającym rozwój napędów opartych na wodorze jest wysoki koszt wytworzenia go w zeroemisyjnym procesie i brak odpowiedniej infrastruktury do przesyłu oraz tankowania (logistyka to w tej branży największy problem).

Nie musi być tak – i z dużym prawdopodobieństwem nie będzie – że wodór stanie się paliwem tańszym niż paliwa wytwarzane z ropy. Najprędzej będzie jedynie alternatywą przy odchodzeniu od ropy i o to w chwili obecnej chodzi. Realnie tak może się stać już niebawem, ale tylko wtedy, kiedy mówimy o wodorze szarym. Z zielonym jeszcze długa droga przed nami.

Widzą to firmy motoryzacyjne. Toyota, choć nie ustaje w powolnym wdrażaniu wodoru do napędu pojazdów, podchodzi do tematu dość ostrożnie. Japończycy wiedzą, że nie da się od razu przeskoczyć na ten rodzaj paliwa wytwarzany z OZE. Do wykorzystania jest wodór szary, czyli uzyskiwany z paliw kopalnych, ale ten jest źle postrzegany, bo jego produkcja emituje CO2.

Spiros Fotinos, dyrektor Lexusa na Europę, w wywiadzie udzielonym dla Autokultu wprost powiedział, że choć niewykluczone są auta tej marki na wodór, to "priorytetem jest jednak rozwój aut BEV".

Mazda prawdopodobnie w swoim stylu, czyli bardzo powoli, będzie wdrażać wodór do napędu aut. Najbliżej im do koncepcji zasilania wodorem silnika Wankla, który pracował by w systemie hybrydowym. Honda na razie czeka, a Hyundai robi swoje – sprzedaje w Korei Południowej samochody osobowe, a w Europie, tam gdzie da się je tankować, ciężarówki na wodór i nie zamierza rezygnować.

Z kolei przeciwko lobby wodorowemu stają m.in. polscy naukowcy. W pracy zbiorowej prof. dra hab. inż. Ryszarda Bartnika, dra inż. Zbigniewa Buryna i dr inż. Anny Hnydiuk-Stefan czytamy, że produkcja wodoru z wykorzystaniem prądu, a w szczególności z OZE nie ma żadnego uzasadnienia. Naukowcy w publikacji opartej na tej pracy nazywają to wprost "termodynamicznym barbarzyństwem".

Owszem, zwracają uwagę na fakt, że wiatraki i fotoogniwa można wykorzystać do produkcji zielonego wodoru w instalacjach elektrolizy wody, ale zużycie energii jest znacząco większe niż jej ilość uzyskiwana później z tak otrzymanego wodoru. Mówiąc prościej – koszt takiej przemiany jest zdecydowanie większy niż zysk. Sprawność na poziomie 70 proc. przy takim przekształcaniu jest zwykłym marnowaniem energii. Nawet koncern Total, chcący wytwarzać zielony wodór, mówi o najnowszych technologiach ze sprawnością do 80 proc. Znacznie bardziej opłacalna jest produkcja szarego wodoru uzyskanego w procesie reformingu metanu parą wodną, jak to ma miejsce obecnie.

Natomiast prawdziwą nadzieję widzą w produkcji wodoru z wykorzystaniem gazu koksowniczego i gazu z odmetanowania kopalń (nawet czterokrotnie tańsze gazy niż ziemny z Rosji i są to dane z 2020 r.).

Naukowcy równie wielkim błędem nazywają produkcję metanu z zielonego wodoru i dwutlenku węgla. Jest to jeszcze bardziej niewydajny proces niż sama produkcja zielonego wodoru, natomiast twierdzenie iż w ten sposób pozbywamy się CO2 świadczą ich zdaniem o "całkowitym braku pojmowania zachodzących reakcji i zjawisk termodynamicznych". Niejako potwierdzeniem ich twierdzeń na temat zielonego wodoru jest sam fakt, że prawie go nie ma.

Jeśli chodzi o OZE i wodór, to jedyną szansę, jaką się upatruje, jest magazynowanie wyprodukowanego przez wiatraki czy fotowoltaikę nadmiaru energii elektrycznej właśnie w wodorze (przekształcenie prądu w wodór). To jednak nie zaspokoi potrzeb transportu, a może jedynie ułatwić magazynowanie energii np. w domach.

Niestety i tu zdania są podzielone. Firmy oferujące takie rozwiązania (m.in. wspomniany Panasonic) pokazują wyższość nad konwencjonalnymi akumulatorami litowo-jonowymi w postaci możliwości zgromadzenia większej ilości energii. Natomiast naukowcy z Uniwersytetu Lipskiego zwracają uwagę, że wydajność tej metody jest słaba i wynosi ok. 40 proc. Oznacza to, że 60 proc. energii wyprodukowanej np. przez fotowoltaikę jest tracona. Pomijając kwestię tego, że takie magazyny są duże, ciężkie i bardzo drogie, nawet na potrzeby domu jednorodzinnego.

Tak naprawdę oba rodzaje napędu są elektryczne, ale zasilane w inny sposób. Na chwilę obecną przewagę i to znaczącą mają auta akumulatorowe (BEV), czysto elektryczne, ładowane z sieci, nawet jeśli sieć tę zasila energia wytworzona po części z węgla. Niemal wszyscy znaczący producenci aut mają takie pojazdy w swojej ofercie lub będą mieć w niedalekiej przyszłości. Technologia mocno poszła do przodu i tego już nie da się zatrzymać. I nie warto.

Jeśli mamy porównać auto typu BEV z wodorowym w kontekście emisji, to należy brać pod uwagę głównie zielony wodór. Tymczasem wytworzenie zielonego wodoru do transportu jest nie tylko drogie, ale i nieopłacalne energetycznie. Lepiej energię tę przeznaczyć na ładowanie elektryków niż "ładować" ją w niewydajny proces produkcji czy magazynowania wodoru.

A co z szarym wodorem? Nie można go przekreślać z prostego powodu – prędzej czy później może być potrzebny. Nie jako alternatywa ekologiczna, nie dla aut akumulatorowych, lecz alternatywa energetyczna dla aut spalinowych. Im mniej ropy czy gazu, tym więcej przestrzeni dla szarego wodoru. Warto zrobić mu przestrzeń do rozwoju, choćby po to, by kiedyś było już poletko do wprowadzenia wodoru zielonego, jeśli stałby się ekonomicznie i energetycznie opłacalny.

Ferry Franz, dyrektor ds. wodoru w Toyota Motor Europe, zauważa, że potrzebny jest okres przejściowy, by dać czas na rozwój technologii. Zatem nie powinniśmy rezygnować z szarego wodoru, bo w ten sposób umożliwia się postęp. Tak było z napędami hybrydowymi na samym początku. Ogromny sceptycyzm nie przeszkodził w ich rozwoju. Dziś wiemy, że w dużej mierze to one ograniczyły emisję spalin w motoryzacji.