Ścieżki rozwoju nowych źródeł energii, jakie śledzić będziemy w ciągu najbliższych 10‑20 lat, rysują się coraz bardziej konkretnie – i coraz bardziej fascynująco. To zupełnie różne pomysły i skrajnie odrębne technologie, ale łączy je wspólny mianownik – wodór. Nadchodzi epoka wodoru.
Jeśli twoja międzynarodowa firma, korporacja czy wręcz twój kraj nie przygotowały jeszcze planów związanych z wykorzystaniem energii pochodzącej z wykorzystania wodoru, to dobry na to (ostatni) moment nadszedł właśnie teraz. Plany rozwojowe związane z wodorem ogłaszają kandydaci na prezydenta Stanów Zjednoczonych czy potęgi technologiczne takie jak Japonia, Korea Południowa, a także Australia, Nowa Zelandia czy Unia Europejska. Każda z tych strategii bazuje na tym samym założeniu: światowa gospodarka w sektorach takich jak produkcja energii, transport czy przemysł odchodzi coraz mocniej od węgla, kierując się nie (tylko) ku odnawialnym źródłom energii, ale właśnie w stronę wykorzystania najpopularniejszego pierwiastka we wszechświecie. Na kilka różnych sposobów.
PRZECZYTAJ TAKŻE »
Dobra wiadomość: elektrownie węglowe przegrywają z OZE
CZY WIESZ, ŻE: wszystko wskazuje na to, że w 2019 roku ilość energii elektrycznej wytwarzanej na świecie w elektrowniach węglowych wyraźnie się zmniejszy. To będzie rekordowy spadek!
Korzyści, jakie daje wykorzystanie wodoru, są oczywiste. Z pomocą tego gazu możemy zasilać pojazdy, statki czy samoloty, wytwarzać energię elektryczną, a nawet gromadzić ją i przechowywać, stosunkowo łatwo i tanio. Coraz więcej firm inwestuje w wodór (np. przykładem z rodzimego podwórka jest PKN Orlen), budując instalacje do jego pozyskiwania lub też fabryki, bazujące na jego wykorzystaniu. Nawet firmy komputerowe zauważyły potencjał wodoru, traktując go jako alternatywne źródło energii dla swoich ogromnych serwerowni i superkomputerów. Co równie istotne, oddawanie tego typu energii nie wiąże się z zanieczyszczaniem środowiska. Na przykład jedynym elementem powstającym podczas zasilania silników wodorem jest… woda. Skoro jednak są to korzyści znane od dziesiątków lat, dlaczego dopiero obecnie coraz chętniej wracamy do zagadnień związanych z wykorzystywaniem tego gazu? Powód jest prosty – do tej pory produkcja wodoru była dość kosztowna i najczęściej związana z wykorzystaniem energii pochodzącej z węgla.
Wodór i odnawialne źródła energii
Jednym ze sposobów uzyskiwania czystego wodoru jest proces zwany elektrolizą – wymagający wody i… dużej ilości energii elektrycznej. Energii, która do tej pory wytwarzana była głównie z pomocą paliw kopalnych, co czyniło całą kwestię nieopłacalną zarówno od strony ekonomicznej, jak i środowiskowej. Sytuację stopniowo zmienia jednak dynamicznie malejący koszt uzyskiwania energii ze źródeł odnawialnych, głównie elektrowni słonecznych i wiatrowych. Prąd uzyskany z OZE jest zatem coraz tańszy, co jest o tyle istotne, że właśnie on stanowi co najmniej 60% kosztu produkcji wodoru na drodze elektrolizy. Efekt skali sprawia, że spadają też ceny samych urządzeń (tzw. elektrolizerów), a sam ten proces elektrolizy wykorzystywanej na skalę przemysłową również doskonalony jest przez różne grupy badawcze. Wszystko to sprawia, że – jak ocenia Międzynarodowa Agencja Energetyczna – koszt czystego wodoru spadnie do 2030 roku o 30%.
Produkcja tak zwanego „zielonego wodoru” (uzyskiwanego wyłącznie z użyciem odnawialnych źródeł energii) jest już obecnie niemal opłacalna w tych miejscach, w których produkcja energii elektrycznej z OZE przewyższa okresowo całkowity popyt. Jak oceniają eksperci, usytuowanie wytwórni wodoru przy dużych farmach wiatrowych czy słonecznych sprawi, że już w ciągu dwóch najbliższych lat produkcja czystego, „zielonego” wodoru stanie się opłacalna. Niejako „przy okazji” rozwiązywany jest problem nierównomiernego, fluktuacyjnego charakteru OZE – czysty, zielony wodór może być przy okazji traktowany jako skuteczny sposób magazynowania energii na okresy mniejszej wydajności OZE.
Wodór wykorzystany w reakcjach termojądrowych
Zupełnie innym źródłem energii elektrycznej mogą stać się w ciągu najbliższych kilkunastu, kilkudziesięciu lat reaktory termojądrowe. A może nawet kilku lat, jeśli mówimy na razie o próbnym wykorzystaniu reaktora ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) do wytwarzania energii na drodze fuzji jądrowej. Całkiem niedawno, bo pod koniec lipca 2020 roku uroczyście ogłoszono ostatni etap jego budowy (na południu Francji), który zakończyć się ma – jak to ładnie określają popularne media – stworzeniem na Ziemi miniatury prawdziwego słońca. Warto dodać, że reaktor syntezy jądrowej został już zbudowany przez Chiny. HL‑2M znajduje się w ośrodku badawczym w Chengdu i ma zacząć działać w 2020 r.
Tak, znowu chodzi o wodór, bo to łączenie jąder tego pierwiastka daje energię świecącej kuli nad naszymi głowami (i wszystkim innym gwiazdom we wszechświecie). I taki sam wodór ma być łączony (pod wysokim ciśnieniem i przy temperaturze liczonej w milionach stopni) w reaktorach termojądrowych, dzięki czemu powstawać będzie ogromna ilość czystej energii, albowiem ubocznym efektem powstającym przy okazji będzie jedynie inny gaz – hel.
ITER ma być pierwszym tak dużym urządzeniem tego typu – jego rozruch planowany jest na rok 2025. W ciągu kolejnych kilkunastu‑kilkudziesięciu lat doczekamy się zaś zapewne pierwszych elektrowni termojądrowych pracujących na skalę przemysłową.
A może jednak węgiel? Z wodorem, oczywiście
Elektrownie wykorzystujące fuzję termojądrową to jednak wciąż pieśń przyszłości, podobnie zresztą jak powszechne wykorzystywanie wodoru w transporcie. Przyszłości niedalekiej i rysującej się naprawdę konkretnie, ale nadal wymagającej wielkich nakładów i inwestycji (np. w infrastrukturę), a także czasu.
Istnieje jednak prostsze i szybsze rozwiązanie wykorzystujące wodór, choć kojarzy się ono raczej z przeszłością, niż z przyszłością. Chodzi o wykorzystanie tego gazu (w połączeniu z tlenkiem węgla) do tworzenia syntetycznych odpowiedników paliw – takich samych, jakie wykorzystują obecnie samochody, samoloty czy statki. Pomysł nie jest nowy i wykorzystywany był już chociażby przez Niemców podczas II Wojny światowej. I nadal bywa wykorzystywany na tych obszarach, na których nie brakuje węgla czy gazu ziemnego, za to brakuje ropy naftowej. Tylko… czemu warto się nim interesować? Wykorzystanie węgla w tym procesie od razu kojarzy się przecież z zanieczyszczaniem środowiska.
Otóż… niekoniecznie. Ciekawą propozycję w tym obszarze stanowią działania firmy Carbon Engineering, która opracowała technologię przechwytywania dwutlenku węgla z powietrza. Tak pozyskany gaz ma być następnie łączony z „zielonym” wodorem w celu produkcji paliw syntetycznych. Założenie jest proste – tak powstałe paliwo ma być neutralne pod względem emisji CO2, tzn. emisja powstała podczas jego spalania ma być wcześniej neutralizowana poprzez fakt pozyskania odpowiedniej ilości dwutlenku węgla z atmosfery. Jak zapowiada założyciel Carbon Engineering i profesor Harvardu David Keith, spadające ceny energii słonecznej powinny umożliwić wprowadzenie na rynek „paliwa pozyskiwanego z powietrza” w cenie około 1 dolara za litr (4 dolary za galon) już około 2025 roku. Co ważniejsze, od tamtego momentu cena tego paliwa powinna dalej spadać. Keith szacuje, że produkcja tego rodzaju paliw osiągnie w 2030 roku poziom około miliona baryłek dziennie.
A zatem wodór, wodór i jeszcze raz wodór. Kto wie, może za sto lat lata 20. XIX określone będą jako początek nowej epoki. Epoki wodoru, oczywiście.
Część informacji i wniosków zawartych w tym artykule inspirowana była materiałem MIT Technology.
