1. Wodór w unijnym Zielonym Ładzie

Obecnie niskoemisyjny wodór stanowi niewielki procent całego wytwarzanego wodoru, ale docelowo ma być jedynym jego rodzajem w UE. Na poziomie Brukseli podjęto już pierwsze kroki, by zbliżyć UE do tej wymarzonej rzeczywistości. 8 lipca 2020 r. Komisja Europejska przyjęła strategię wodorową, zgodnie z którą rozwój produkcji wodoru i jego szerszego wykorzystania w przemyśle ma być jednym z elementów dążenia do Zielonego Ładu. Strategia unijna zakłada, że całkowity udział wodoru w miksie energetycznym ma wzrosnąć do ok. 13–14 proc. w 2050 r.

2. Polska droga do wodorowej przyszłości - finansowanie wodoru w Polsce 

Równocześnie z inauguracją Centralną Doliną Wodorową (CDW), Ministerstwo Klimatu i Środowiska opublikowało rozporządzenie dotyczące finansowania sektora wodorowego w Polsce, którego celem jest ułatwienie rozwoju sektora i wspieranie funkcjonowania CDW w ramach Krajowego Planu Odbudowy i Zwiększania Odporności.

Nowe przepisy szczegółowo określają przeznaczenie, warunki i tryb udzielania pomocy publicznej na rozwój technologii wodorowych w Polsce. Wsparcie finansowe obejmuje projekty inwestycyjne związane z wytwarzaniem, wykorzystaniem, magazynowaniem i transportem wodoru, rozwijaniem rurociągów wodorkowych, produkcją innowacyjnych jednostek transportowych napędzanych wodorem oraz budową infrastruktury tankowania dostępnej publicznie.

Wsparcie finansowe będzie dostępne dla czterech kategorii przedsięwzięć, obejmując badania i rozwój, ochronę środowiska, wsparcie portów oraz pomoc regionalną. Wysokość wsparcia dla poszczególnych kategorii jest określona w zależności od rodzaju przedsięwzięcia. 

Nowe przepisy finansowe stanowią ważny krok naprzód w kierunku zrównoważonego rozwoju sektora wodorowego w Polsce, tworząc ramy prawne i finansowe sprzyjające innowacjom i inwestycjom w tej strategicznie istotnej dziedzinie.

3. Wodór jako paliwo przyszłości

Wodór jako paliwo przyszłości stanowi jedno z najbardziej perspektywicznych rozwiązań w obliczu malejących zasobów konwencjonalnych źródeł energii. Szukając alternatywnych sposobów zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na energię przy jednoczesnym minimalizowaniu wpływu na środowisko, świat zwraca się ku temu obiecującemu kandydatowi. Wodór, nazywany często „paliwem przyszłości”, staje się przedmiotem intensywnych badań i zainteresowania zarówno w środowiskach naukowych, jak i politycznych na całym świecie.

Wodór, będący najczęściej występującym pierwiastkiem we Wszechświecie, zyskuje coraz większe uznanie jako kluczowy element przyszłości zrównoważonej energetyki.

Kluczowa różnica między niebieskim wodorem a szarym wodorem (również produkowanym z gazu ziemnego) polega na tym, że podczas produkcji niebieskiego wodoru, dwutlenek węgla powstający w tym procesie poddaje się wychwyceniu i przechowywaniu (CCS – Carbon Capture and Storage). Dzięki temu proces ten ma znacznie mniejszy wpływ na środowisko niż tradycyjne metody produkcji, choć nadal nie jest całkowicie bezemisyjny jak produkcja zielonego wodoru. Zielony wodór to wodór produkowany w sposób przyjazny dla środowiska, przy użyciu odnawialnych źródeł energii. Do jego wytworzenia stosuje się elektrolizę wody, w której energia elektryczna pochodzi z odnawialnych źródeł, takich jak energia słoneczna czy wiatrowa.

4. Wodór - METODY PRODUKCJI 

Elektroliza wody:

Jest jednym z kluczowych metod wytwarzania tego czystego paliwa. Procedura skupia się na rozkładzie cząsteczek wody (H2O) na tlen i wodór przy użyciu prądu elektrycznego. Oto szczegółowy opis tej procedury:

Odpowiednia woda: Pierwszym krokiem jest przygotowanie wody do procesu elektrolizy. Najczęściej używa się wody destylowanej, aby uniknąć zanieczyszczeń, które mogłyby wpłynąć na efektywność procesu.
Reakcje elektrochemiczne: Centralnym elementem systemu jest elektrolizer, urządzenie, w którym zachodzi elektroliza. Składa się ono z dwóch elektrod (anody i katody) zanurzonych w wodzie oraz membrany elektrolitycznej, która dzieli komorę na dwie części. Do elektrod podłącza się źródło prądu elektrycznego. Prąd ten powoduje, że na anodzie (dodatniej elektrodzie) zachodzi proces utleniania, w wyniku którego wydziela się tlen, a na katodzie (ujemnej elektrodzie) zachodzi proces redukcji, skutkujący produkcją wodoru. Wytworzony wodór i tlen są odzyskiwane z elektrolizera. Ze względu na ich różne właściwości fizyczne, gazy te można łatwo oddzielić.
Magazynowanie wodoru: Wytworzony wodór jest następnie przechowywany w specjalnych zbiornikach pod wysokim ciśnieniem lub w niskiej temperaturze. Wodór jest gotowy do wykorzystania jako paliwo dla pojazdów z ogniwami paliwowymi, w przemyśle chemicznym oraz jako magazyn energii w systemach energetycznych.

Reforming parowy metanu:

Gaz ziemny, który jest głównie metanem (CH4), jest najpierw podgrzewany, a następnie wprowadzany do reaktora z parą wodną. 
W reaktorze zachodzi reakcja chemiczna, w której metan reaguje z parą wodną, tworząc wodór i dwutlenek węgla.
Powstały wodór jest oddzielany od dwutlenku węgla i innych produktów ubocznych. Aby uzyskać status „niebieskiego” wodoru, CO2 powstałe w procesie jest wychwytywane i przechowywane, zamiast być emitowane do atmosfery.

Proces wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS) obejmuje kilka etapów.
Bezpośrednio z gazów emitowanych w procesach przemysłowych, wyłapuje się CO2 poprzez reakcję chemiczną z roztworami pochłaniającymi. Następnie transportuje się dwutlenek węgla, często za pomocą rurociągów lub specjalnych zbiorników, do wyznaczonego miejsca przechowywania, takich jak wyeksploatowane złoża gazu ziemnego czy specjalne przestrzenie pod dnem oceanów.

5. Wodór - ZASTOSOWANIE

Transport:

Pojazdy z ogniwami paliwowymi (FCV) używają wodoru jako głównego źródła energii. Ich działanie bazuje na procesie chemicznym, który polega na łączeniu wodoru z tlenem. W ogniwie paliwowym, wodór kieruje się do anody, a tlen z powietrza do katody. Przy anodzie wodór jest rozkładany na protony i elektrony. Elektrony przepływają przez zewnętrzny obwód, tworząc prąd elektryczny, który napędza pojazd. Protony przepływają przez membranę elektrolityczną do katody, gdzie łączą się z tlenem i elektronami, tworząc wodę jako jedyny produkt uboczny.

Lotnictwo i Żegluga:

Samoloty na wodór: Badania koncentrują się na wykorzystaniu wodoru i e-kerozyny. Ze względu na ograniczenia zastosowania akumulatorów w dłuższych lotach, wodór i e-paliwa nabierają znaczenia. Są uważane za najlepsze rozwiązania do dekarbonizacji sektora lotniczego.
E-kerozyna wytwarza sie syntetycznie wykorzystując wodór. A cały proces zasila energia odnawialna (stąd nazwa „e”). Następnie łączy się wodór z dwutlenkiem węgla, pochodzącym z atmosfery lub procesów przemysłowych. W procesie zwanym syntezą Fischer-Tropsch, tworzy się z nich węglowodory.

Statki wodorowe: W miarę postępu technologicznego i wzrostu presji na redukcję emisji CO2, innowacyjne technologie takie jak statki napędzane wodorem lub amoniakiem (produkowanym z wodoru) mają potencjał, aby stać się ważnym elementem globalnej floty transportowej.

Przemysł:

W tradycyjnym procesie produkcji stali używa się węgla, aby zredukować tlenki żelaza (Fe2O3) do żelaza metalicznego (Fe). W nowych technologiach wodór zastępuje węgiel jako reduktor. Wodór reaguje z tlenkami żelaza, redukując je do czystego żelaza, przy jednoczesnym wydzielaniu pary wodnej zamiast dwutlenku węgla.

Magazynowanie Energii:

Wodór można również wykorzystać do przechowywania nadmiaru energii z OZE, co umożliwia zrównoważenie popytu i podaży w systemie energetycznym.

Elektrownie:

Wodór można spalać w turbinach gazowych podobnie jak gaz ziemny. Najważniejszą różnicą jest to, że spalanie wodoru nie emituje CO2 – jedynym produktem spalania jest para wodna. Elektrownie wykorzystujące wodór mogą szybko dostarczać energię elektryczną w okresach szczytowego zapotrzebowania, pomagając w utrzymaniu stabilności sieci. Mniejsze i bardziej rozproszone elektrownie wodorowe mogą umożliwiać lokalną produkcję energii blisko miejsc jej zużycia.

6. Wodór wyprodukowany i co dalej?

Produkcja wodoru, choć jest kluczowym elementem w rozwoju gospodarki wodorowej, stanowi tylko część wyzwania. Drugim, równie złożonym zagadnieniem jest magazynowanie wodoru, które jest niezbędne do efektywnego wykorzystania tego paliwa w różnych zastosowaniach. Oto kilka kluczowych aspektów związanych z procesem magazynowania wodoru:

1. Gęstość energetyczna:
   Wodór ma niską gęstość energetyczną w stanie gazowym, co oznacza, że zajmuje dużo miejsca.
2. Metody magazynowania:
   Wodór należy przechowywać w zbiornikach pod wysokim ciśnieniem. Zwiększa to jego gęstość, ale wymaga zastosowania wytrzymałych i kosztownych zbiorników ciśnieniowych.
3. Bezpieczeństwo:
   Ze względu na wysoce reaktywną naturę wodoru i ryzyko eksplozji, istotne są środki bezpieczeństwa i odpowiednie technologie magazynowania.
4. Skraplanie:
   Wodór można skraplać, aby zwiększyć jego gęstość energetyczną, choć proces ten wymaga znacznej ilości energii. Schłodzenie i utrzymanie go w stanie ciekłym jest energetycznie kosztowne.
5. Magazynowanie w postaci chemicznej:
   Magazynowanie w postaci chemicznej (w formie hybryd metalu) pozwala na bezpieczne przechowywanie wodoru w stosunkowo niskim ciśnieniu i temperaturze.

Wodór prezentuje się jako wszechstronne i obiecujące paliwo przyszłości, zdolne do znaczącego przyczynienia się do dekarbonizacji różnych sektorów. Jego produkcja, w formie niebieskiej jak i zielonej, otwiera nowe możliwości dla zrównoważonego rozwoju. W transporcie, przemyśle i w magazynowaniu energii, oferuje czyste i efektywne rozwiązania. Mogą one pomóc w przejściu na bardziej zrównoważone źródła energii. Jego rosnące zastosowanie w różnych dziedzinach świadczy o jego potencjale jako ważnego elementu w przyszłym, zrównoważonym krajobrazie energetycznym. Inwestycje w badania i rozwój, wspierane przez polityki rządowe, mogą przyspieszyć wdrażanie tej technologii.