Wodór jest nośnikiem energii, paliwem i surowcem. Jeśli jest wytwarzany przy użyciu energii ze źródeł odnawialnych, może przyczyniać się do obniżenia emisji gazów cieplarnianych, zwiększenia niezależności energetycznej i łagodzenia wyzwań związanych ze zmiennością i nieciągłością pracy systemów energii odnawialnej.
Wodór jest czynnikiem umożliwiającym integrację międzysektorową, ponieważ stanowi czystą, środowiskowo zrównoważoną i elastyczną opcję przekształcania odnawialnej energii elektrycznej w nośnik energii chemicznej wykorzystywany w mobilności, ogrzewaniu i w zastosowaniach przemysłowych. Jest zatem kluczowym elementem przyszłych systemów energetycznych, który przyspieszy transformację do systemu w 100% bezemisyjnego. Stwarza również dla Europy możliwości technologicznego przywództwa, tworzenia miejsc pracy i ochrony środowiska.
POLECAMY: Droga do aut wodorowych w Polsce
Gospodarka wodorem tworzy już ogólnoświatowy rynek o wartości 100 mld USD. Wodór jest obecnie używany do produkcji paliw (50% rynku), nawozów sztucznych (43%) i w licznych procesach technologicznych (6%), takich jak produkcja szkła i stali oraz do wytwarzania różnych produktów spożywczych, jak np. margaryna. Istnieją jeszcze inne zastosowania wodoru, jak: napęd pojazdów (samochody osobowe, autobusy, pociągi, łodzie); wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła dla celów komercyjnych i mieszkalnictwa; magazynowanie w postaci wodoru energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych, lub zastąpienie gazu ziemnego wodorem w zastosowaniach przemysłowych i domowych. Chociaż ich udział w skali globalnej jest jeszcze marginalny, to wszystkie te zastosowania obecnie się rozwijają.
Właściwości wodoru, pozwalające na zintegrowanie go z każdym systemem energetycznym, otwierają możliwości znacznie szerszego wdrażania odnawialnych źródeł energii. Systemy energetyczne, które są w dużym stopniu zależne od źródeł odnawialnych, mogą funkcjonować w długich okresach generacji energii odnawialnej nie zorientowanej na bieżący pobór, dzięki dostarczaniu wodoru do jednego lub więcej miejsc poboru energii, jak np. sieci gazownicze, zbiorniki stacji tankowania wodoru, lub kawerny solne.
Zmagazynowany wodór może być zużywany w różnej skali czasowej dla zaspokajania potrzeb w zakresie energii cieplnej, transportu, energetyki lub przemysłu, umożliwiając w ten sposób wysoki stopień wykorzystania i absorbcji energii. Zważywszy, że energia elektryczna pozyskiwana ze źródeł odnawialnych otwiera drogę do głębokiej dekarbonizacji sektora energetyki, to sektory ciepłownictwa i mobilności nie posiadają jeszcze równie istotnych sposobów działania w zakresie dekarbonizacji. Wszechstronność zastosowań wodoru umożliwia integrację i głęboką dekarbonizację tych sektorów, przyczyniając się tym samym do energetycznej transformacji Europy.
POLECAMY: Samochody spalinowe będą stopniowo wypierane przez auta elektryczne
10 FAKTÓW:
1. Wodór jest pierwszym pierwiastkiem, jaki powstał we wszechświecie po Wielkim Wybuchu i zarazem najbardziej rozpowszechnioną substancją (75%), a także najbogatszym źródłem energii gwiazd.
2. W odróżnieniu od elektryczności, wodór może być magazynowany w dużych ilościach i przez długi czas.
3. Wodór umożliwia wdrażanie odnawialnych źródeł energii i magazynowanie 500 TWh energii elektrycznej, podczas gdy w innym przypadku jej produkcja uległaby ograniczeniu.
4. Do roku 2030 nadwyżka energii elektrycznej ze źródeł odnawianych w ilości 250-300 TWh może być magazynowana w postaci wodoru, a dodatkowe 200 TWh może być wytwarzane z wodoru w dużych elektrowniach, przy jednoczesnym przechodzeniu na systemy energii ze źródeł odnawialnych.
5. Wodór spełnia 7 istotnych funkcji w transformacji energetycznej: 1 umożliwienie wielkoskalowej integracji energii odnawialnej, 2. dystrybucja energii pomiędzy sektorami regionami,3. działa jako bufor zwiększający odporność systemu, 4. dekarbonizacja transportu, 5. dekarbonizacja użytkowania energii w przemyśle, 6. wspomaganie dekarbonizacji ogrzewania i zasilania budynków energią, oraz 7. stanowi czysty surowiec dla przemysłu.
6. Wykorzystanie nadwyżki energii odnawialnej w procesie elektrolizy stanowi ogromny potencjał zintegrowania z systemem energetycznym odnawialnych źródeł energii pracujących w sposób nieciągły.
7. Systemy oparte na wodorowych ogniwach paliwowych mogą być wykorzystywane w praktycznie wszystkich środkach transportu.
8. Do roku 2030 z tego odnawialnego surowca może być wytwarzanych 10-15 milionów ton chemikaliów.
9. Ogniwa paliwowe są wiodącą technologią przetwarzania wodoru dla celów energetycznych. Ogniwa paliwowe są w coraz większym stopniu stosowane jako alternatywa dla generatorów i akumulatorów oraz jako zasilanie rezerwowe w postaci generatorów zasilania awaryjnego lub systemów zasilania gwarantowanego.
10. Do roku 2050 wodór może stanowić blisko 1/5 całkowitego końcowego zużycia energii. Pozwoliłoby to obniżyć roczną emisję dwutlenku węgla o z grubsza 6 gigaton w porównaniu z dzisiejszymi technologiami.
(Źródła: Hydrogen Council, Wuppertal Institute/Shell, Chemicool)
ZOBACZ TAKŻE:
ElectroMobility Poland sprawdziła czego oczekują kierowcy od polskiego samochodu elektrycznego
5 ROZWIĄZANIA POLITYCZNE
1. Równe warunki konkurencji dla energii elektrycznej i wodoru.
Komplementarność wodoru i energii elektrycznej w dekarbonizacji transportu musi zostać uznana w nowej dyrektywie OZE. Artykuł 25 musi umożliwiać obydwu technologiom wykorzystanie pełnego potencjału integracji odnawialnych źródeł energii poprzez różnego rodzaju programy, takie jak długoterminowe umowy zakupu energii elektrycznej, gwarancje pochodzenia energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, wraz ze świadczeniem usług pomocniczych magazynowania energii dla celów zarządzania źródłami odnawialnymi w sieciach elektroenergetycznych i bezpośredniego powiązania z źródłami energii odnawialnej.
2. Umożliwienie szybszego wdrożenia pojazdów zeroemisyjnych (ZEV).
Osiągnięcie europejskich celów klimatycznych i energetycznych wymaga szybkiej dekarbonizacji sektora transportu. Należy zachęcać do szybkiego wdrożenia pojazdów o zerowej emisji spalin. Władze publiczne i prywatne przedsiębiorstwa świadczące publiczne usługi są idealnymi liderami wdrażania rozwiązań zeroemisyjnych, gdyż wyższy stopień wykorzystania ich flot pojazdów umożliwi efektywne użytkowanie alternatywnych infrastruktur, takich jak stacje tankowania wodoru.
3. Niezbędna jest harmonizacja fragmentarycznych przepisów w celu umożliwienia stosowania wodoru w sieciach gazu ziemnego.
Wodór i domieszki wodoru mogą być stosowane jako alternatywa dla gazu ziemnego w takich zastosowaniach, jak ogrzewanie pomieszczeń, ogrzewacze wody i kuchenki gazowe, przy wykorzystaniu dużych dostępnych zasobów infrastruktury. Wodór może w znacznym stopniu przyczynić się do dekarbonizacji sektora grzejnictwa i zmniejszenia naszej zależności od importu gazu. Wodór musi być uznany za składnik zwiększający wartość dodaną infrastruktury energetycznej; należy także zapewnić mechanizm wynagrodzenia dla uczestników rynku.
4. Niezbędne jest uznanie roli wodoru w integracji sektorowej.
Wodór, jako nośnik energii, może umożliwić dekarbonizację różnych sektorów, bez względu na wykorzystywane medium (sieć gazowa, zbiorniki magazynowe itp.). Zdolność do integracji sektorowej musi znaleźć odzwierciedlenie w europejskim międzysektorowym programie certyfikacji gwarancji pochodzenia wodoru. Ponadto, niezbędne jest uznanie wysokiej wartości wytwarzanego proekologicznie wodoru dla konkretnych zastosowań.
5. Opracowanie instrumentów inżynierii finansowej dla technologii następnej generacji oraz aktywizacja rynku.
Zrealizowanie potencjału wodoru wymaga skoordynowanych działań na poziomie europejskim w celu stawienia czoła wyzwaniom stojącym przed sektorem. Podczas gdy technologie wodorowych ogniw paliwowych (FCH) są bardzo bliskie komercjalizacji, to nadal istnieje różnica kosztów w porównaniu z konwencjonalnymi technologiami i należy dążyć do podwyższenia poziomu gotowości technologii wodorowej. Istnieje potrzeba dalszego, skoordynowanego finansowania badań i rozwoju (R&D) oraz technologii wodorowych ogniw paliwowych oraz szeroko zakrojonego wdrażania infrastruktury stacji tankowania wodoru, w całej Unii europejskiej.
CZYTAJ: Zmniejszenie emisji dwutlenku węgla w sektorze energetycznym. Jak to osiągnąć?
Wywiad z Valerie Bouillon-Delporte, Prezes Hydrogen Europe
W jaki sposób wodór może być pomocny w osiągnięciu celu zeroemisyjnego społeczeństwa i przyspieszeniu energetycznej transformacji Europy?
Głęboka dekarbonizacja systemu energetycznego może być znacznie ułatwiona dzięki integracji różnych sektorów energii, a szczególnie przez powiązanie infrastruktury elektroenergetycznej i gazowej.
Profesor Capros stwierdza, na podstawie modelu PRIMES, że wykorzystywanie dużych zdolności magazynowania wodoru jako nośnika energii może spowodować, że dekarbonizacja stanie się ekonomicznie osiągalna. Ponadto, wodór wspomaga dalszą integrację odnawialnych źródeł energii i ułatwia dekarbonizację trudnych do zelektryfikowania takich sektorów, jak przemysł stalowy. Wodór jest elementem sine qua non transformacji energetycznej, umożliwia on elektryfikację i dekarbonizację wszystkich głównych sektorów gospodarki, jednocześnie wspierając integrację sektorową niezbędną dla transformacji energetycznej. Ponadto, posiada duży potencjał umożliwiający umiejscowienie Europy w awangardzie technologii innowacji energetycznych, wspomagając poprawę jakości powietrza w miastach i tworzenie nowych miejsc wysoko kwalifikowanej pracy.
Jaki jest potencjał rynkowy wodoru?
Wodór będzie konieczny do zintegrowania dużych ilości energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych w transporcie, sektorach energochłonnych, oraz w grzejnictwie i chłodnictwie, których dekarbonizacja jest obecnie trudna. Inaczej mówiąc, wodór umożliwi integrację sektorową, szczególnie sektora, który ma duże ambicje przyspieszania transformacji energetycznej. Rada Wodorowa (Hydrogen Council) złożona z 19 podstawowych członków (w tym 12 europejskich) ogłosiła swoją wizję do roku 2050, przewidującą osiągnięcie rocznej sprzedaży w wysokości 2,5 bn EUR oraz 30 mln miejsc pracy w skali globalnej. Prognozy dla Europy przewidują, że do roku 2030 będzie mogło używać wodoru 5 mln pojazdów i 13 mln gospodarstw domowych, a ponadto 600 kt wodoru będzie użyte do zapewnienia wysokojakościowego ciepła dla celów przemysłowych. W tym scenariuszu wodór mógłby obniżyć emisję CO2 o 80 Mt i przyczynić się do sumarycznych inwestycji w wysokości 52 mld EUR oraz 850 000 nowych miejsc pracy. Europejskie przedsiębiorstwa, będące członkami stowarzyszenia Hydrogen Europe, są przekonane, że liderem gospodarki wodorowej będzie Europa.
ZOBACZ TAKŻE: Energia i zasoby odnawialne. Dlaczego bez miedzi ani rusz?
Jaka jest sytuacja wodoru w kategoriach międzynarodowych i jaka jest pozycja Europy w porównaniu z innymi globalnymi podmiotami?
Europa może wiele zyskać, pod warunkiem, że jej istniejące kwalifikacje będą promowane i rozszerzane. Obecny łańcuch dostaw Unii Europejskiej, złożony z ponad 100 MŚP i dużych podmiotów przemysłowych, musi zostać wzmocniony w najbliższych latach, gdyż w przeciwnym razie znaczące inwestycje dokonane za granicą będą skutkowały utratą konkurencyjności. Przykładowo, w ostatnich latach Chiny zainwestowały szacunkowo 1,4 mld EUR, z czego większość w linie produkcji wodoru i ogniw paliwowych. Japonia zainwestował, tylko w roku 2017, sumę blisko 300 mln EUR, a rząd Australii przeznaczył 15,6 mln EUR w formie grantów i pożyczek w celu sfinalizowania planów i zlecenie budowy Hydrogen
Superhub, który potencjalnie będzie produkował 20 000 kg wodoru, dysponował 4216 samochodami (sprzedaż i leasing), eksploatował 21 autobusów i 32 stacje tankowania. Na tym tle, pozycja europejskich przedsiębiorstw europejskich i eksport technologii poza Europę kształtują się korzystnie. Biorąc pod uwagę, że Europa utraciła pozycję lidera w technologiach fotowoltaiki i akumulatorów, nie może sobie pozwolić teraz na utratę wiodącej roli w dziedzinie gospodarki wodorowej.
CZYTAJ RAPORT: Zmniejszenie emisji CO2 w transporcie drogowym. Jaka jest przyszłość aut ciężarowych?
Jakie powinny być następne kroki umożliwiające pełne wprowadzenie wodoru?
Osiągnięcie europejskich celów redukcji emisji gazów cieplarnianych wymaga podjęcia zdecydowanych działań politycznych, pobudzających wejście na rynek rozwiązań zeroemisyjnych, wśród których najważniejszymi są wodór i ogniwa paliwowe. Aby wodór mógł spełnić swoją rolę aktywatora transformacji energetycznej i osiągnąć znaczący wzrost popytu, niezbędne jest ustalenie właściwych ram prawnych i regulacyjnych. Jest to szczególnie potrzebne, aby umożliwić powstanie programu gwarancji pochodzenia wodoru. Uczestnicy rynku muszą także mieć możliwość powiązania z dostawcami energii odnawialnej poprzez długoterminowe umowy zakupu energii elektrycznej.
FINANSOWANIE MAGAZYNOWANIA ENERGII
Niemcy
Transformacja energetyczna wymaga szybkiego rozwoju przyjaznych dla środowiska technologii i procesów przetwarzania i magazynowania energii. W tym kontekście znaczącą rolę odegra proces “Power-to-Gas”. Projekt Energie Park Mainz polega na magazynowaniu energii uzyskiwanej z turbin wiatrowych i paneli fotowoltaicznych przez przetwarzanie energii elektrycznej – drogą elektrolizy – w wodór lub metan. Park energetyczny jest wynikiem współpracy różnych partnerów i został zaprojektowany do wytwarzania wodoru z zastosowaniem bezpiecznych dla środowiska źródeł energii, takich jak pobliskie źródła odnawialne. Projekt ten został sfinansowany w kwocie około 17 mln EUR przez Niemieckie Federalne Ministerstwo Gospodarki i Energii w ramach programu “Finansowanie magazynowania energii”.
ZOBACZ TAKŻE: Rozwój OZE i elektromobilności. Jaką rolę ma do odegrania miedź?
Austria
Celem H2FUTURE, projektu koordynowanego przez austriackie przedsiębiorstwo dystrybucji energii elektrycznej VERBUND, jest proekologiczne wytwarzanie wodoru dla przemysłu stalowego. Wodór jest wytwarzany w jednym z największych i najnowocześniejszych elektrolizerów w technologii z membraną wymiany protonowej (PEM). Wodór jest przeznaczony dla zastosowań przemysłowych oraz dla potrzeb bilansowania rynku rezerw mocy. Zakład będzie zbudowany na terenie firmy voestalpine w Linzu, a wodór będzie używany bezpośrednio jako surowiec w produkcji stali. Będą również rozważane kluczowe zagadnienia dotyczące integracji sektorowej, takie jak ocena potencjałów i możliwości stosowania wytwarzanego proekologicznie wodoru na różnych etapach procesu produkcji stali. Ponadto, badane będą możliwości przeniesienia tej technologii do innych sektorów, które w swoich procesach produkcyjnych stosują wodór. Projekt ten jest finansowany w ramach Wspólnej Inicjatywy Wodoru i Ogniw Paliwowych (The Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking).
POLECAMY:
Transport ciężarowy i zmniejszenie emisji spalin. Dlaczego się to opłaci? [10 faktów]
Elektromobilność. Jak zmieniać transport i komunikację, by chronić środowisko?
