Polska, podobnie jak inne kraje na całym świecie, stoi przed wyzwaniem dotyczącym przeprowadzenia transformacji energetycznej. Jedną z opcji jest wykorzystanie wodoru produkowanego z wykorzystaniem energii ze źródeł odnawialnych.
– Już dzisiaj w Polsce wykorzystujemy wodór w ogromnych ilościach, głównie na potrzeby produkcji nawozów sztucznych. Mam tutaj przede wszystkim na myśli Grupę Azoty, która zużywa około 1/3 krajowej produkcji wodoru. Oprócz tego, wodór wykorzystujemy także w procesie rafinacji ropy naftowej oraz w przemyśle hutniczym i petrochemicznym (…) Wodór jest także dodatkiem do żywności, oznaczonym jako E949, który umożliwia ochronę żywności przed utlenianiem w szczelnych opakowaniach. Stosowany jest także do utwardzania tłuszczy (np. przy produkcji margaryny) i w procesie produkcji wielu kosmetyków. Tak naprawdę znaczna część produktów codziennego użytku (na którymś etapie produkcji) wymagała wykorzystania wodoru w sposób pośredni lub bezpośredni. My już tę tzw. gospodarkę wodorową w Polsce jak najbardziej mamy (…) Problem polega na tym, skąd pochodzi ten wodór – tłumaczy dr Paweł Brusiło, członek Sieci Ekspertów Komisji Europejskiej Team Europe Direct z Uniwersytetu Ekonomicznego we Wrocławiu, stypendysta Nagrody Fulbright-Schuman Award 2022/2023 na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.
Polska Strategia Wodorowa z perspektywą do roku 2040/ Instytut Energetyki, Analiza potencjału technologii wodorowych w Polsce do roku 2030 z perspektywą do 2040 roku
Zmiana sposobu produkcji wodoru
Jak wyjaśnia dr Brusiło, obecnie, nie tylko w Polsce, ale i na świecie, wodór jest produkowany niemal w całości z wykorzystaniem paliw kopalnych w procesie reformingu parowego metanu lub pirolizy węgla. Ekspert podkreśla, że oba te procesy są wysoce emisyjne, co powoduje, że wodór wykorzystywany na przykład w produkcji nawozów sztucznych jest obciążony wysokimi emisjami dwutlenku węgla.
– Mając na uwadze konieczność osiągnięcia globalnej neutralności klimatycznej, państwa Unii Europejskiej oraz inne kraje, w tym głównie Chiny, Stany Zjednoczone, Japonia, Korea i Australia podejmują zintensyfikowane działania na rzecz zrównoważonej produkcji wodoru (…) Oznacza to, że państwa te dążą do istotnego zwiększenia produkcji wodoru z wykorzystaniem energii ze źródeł odnawialnych, stosując elektrolizę wody lub przetwarzanie biomasy (…) Starania te obejmują zwiększenie możliwości magazynowania wodoru na niespotykaną dotąd skalę – w podziemnych kawernach solnych lub zbiornikach wysokociśnieniowych (…) Państwa te pracują nad upowszechnienie wielkoskalowych metod transportu tego nośnika energii, np. poprzez sieci przesyłowe gazu ziemnego lub cysterny – opisuje dr Paweł Brusiło.
Transformacja energetyczna z wykorzystaniem wodoru
Wykorzystanie wodoru produkowanego ze źródeł odnawialnych wymieniane jest jako jeden z elementów procesu transformacji energetycznej krajów Unii Europejskiej w „Strategii w zakresie wodoru na rzecz Europy neutralnej dla klimatu”.
– Unijna strategia zakłada instalację elektrolizerów o łącznej mocy 40 GW do 2030 roku. Urządzenia te umożliwiają produkcję wodoru z wody jako paliwa odnawialnego pochodzenia niebiologicznego (ang. Renewable fuels of non-biological origin – RFNBO). Przy czym Polska w ramach swojej krajowej strategii przyjętej jeszcze w 2021 r. planuje instalację 2 GW mocy. Od początku założenia przyjęte po polskiej stronie wydawały się nader optymistyczne i już teraz widzimy, że będą bardzo trudne do osiągnięcia. Wynika to z faktu, iż w Polsce mamy tylko kilka w pełni funkcjonujących instalacji tego typu, głównie należących do przedsiębiorstw takich jak ORLEN, ZE PAK lub Promet-Plast w Gaju Oławskim – komentuje dr Brusiło.
Pojazdy wodorowe są już w sprzedaży
Na całym świecie możemy znaleźć przykłady wodorowych samochodów osobowych, tj. Toyota Mirai, Hyundai Nexo albo Honda Clarity, a także autobusów i pojazdów ciężarowych, wymienia ekspert oraz dodaje, że obecnie wodorowe samochody osobowe dostępne w Polsce to koszt ponad 300 tys. zł.
Dr Brusiło podkreśla, że są to samochody, które na rynku pojawiły się kilka lat temu i można założyć, że tak jak pojazdy elektryczne były początkowo astronomicznie drogie, to z biegiem czasu i wzrostem ich podaży idącym w parze z rosnącym popytem wspieranym systemem dopłat do zakupu udało się sprawić, że średnia cena nowego samochodu elektrycznego w Polsce istotnie zbliżyła się do średniej ceny nowego samochodu spalinowego. Można założyć, że z samochodami wodorowymi będzie podobnie.
Materiały producenta, https://www.toyota-europe.com/world-of-toyota/feel/environment/better-air/fuel-cell-vehicle
O to jak działają samochody wodorowe pytamy naszego rozmówcę. "Zaskakująco prosto, wszystko opiera się o tzw. stos wodorowych ogniw paliwowych, które umożliwiają połączenie wodoru, zmagazynowanego w wysokociśnieniowych zbiornikach w pojeździe, z tlenem atmosferycznym i wytworzenie prądu elektrycznego i pary wodnej. Oznacza to, że pojazdy wodorowe to tak naprawdę pojazdy z silnikiem elektrycznym, ale zamiast baterii mają na pokładzie instalację, która generuje prąd w czasie rzeczywistym. Co więcej, z racji tego, że filtrują powietrze przed jego wykorzystaniem do produkcji energii elektrycznej, można powiedzieć, że dodatkowo (symbolicznie) oczyszczają powietrze wokół nas" – tłumaczy członek Sieci Ekspertów Komisji Europejskiej Team Europe Direct.
Samozapłon wodoru może nastąpić w temperaturze 575°C. Dla porównania, do samozapłonu benzyny może dojść w temperaturze od 247 do 280°C, a oleju napędowego w 210°C.
Ładowanie samochodu wodorowego trwa kilka minut
– Zastosowanie wodoru RFNBO jako paliwa alternatywnego w transporcie, szczególnie autobusowym i ciężarowym, jest najbardziej spektakularne i warte śledzenia. Kierunek ten jest o tyle ważny, że samochody elektryczne dość szybko penetrują segment lekkich pojazdów osobowych, natomiast pełna elektryfikacja tych dwóch wymienionych segmentów może okazać się dość problematyczna, chociażby właśnie ze względu na wagę samych baterii i czas ich ładowania (…) Rozwiązania oparte o wodorowe ogniwa paliwowe, bez względu na wielkość pojazdu, oferują znacznie szybsze tankowanie i relatywnie dłuższe zasięgi w porównaniu do samochodów elektrycznych, więc wszędzie tam gdzie czas i dystans mają znaczenie wodór może sprawdzić się zdecydowanie bardziej – ocenia ekspert.
– W przypadku samochodów osobowych czas tankowania wynosi około 5 minut, a dla pojazdów ciężarowych i autobusów od 10 do 15 minut w zależności od możliwości samej stacji. Warto podkreślić, że wodór, jako paliwo wykorzystywane w rozwiązaniach transportowych, jest sprężany do ciśnienia rzędu 350 lub 700 barów, co jest znacznie wyższym ciśnieniem niż w przypadku konwencjonalnego LNG czy LPG. Choć od strony koncepcyjnej zasilanie pojazdu wodorowymi ogniwami paliwowymi wydaje się rozwiązaniem prostym, to wiąże się z wieloma technicznymi wyzwaniami, takimi jak tzw. kruchość wodorowa spowodowana wnikaniem wodoru w struktury stalowe i powodujące utratę ich właściwości. Nie bez znaczenia jest też utrata około 2/3 energii od momentu wytworzenia wodoru, np. z wody, do momentu odtworzenia jej w postaci energii elektrycznej potrzebnej do zasilenia pojazdu (…) Chociaż energia ta jest utracona to pojazdy wodorowe mają zastosowanie wszędzie tam, gdzie elektryfikacja i tak byłaby niemożliwa lub niezwykle trudna na wielką skalę – mówi dr Paweł Brusiło.
Pieniądze dla Polski na transformację
– Potrzebujemy więc odpowiednio przygotowanego systemu dopłat i zachęt, które sprawią, że pojazdy wodorowe staną się atrakcyjną i przystępną cenowo alternatywą dla samochodów spalinowych. Ostatecznie, transformacja energetyczna w sektorze transportu musi być sprawiedliwa, tak aby nikt nie został pominięty i wykluczony. Jesteśmy w idealnym momencie historii, ponieważ dysponujemy znaczącymi funduszami unijnymi, np. w ramach Krajowego Planu Odbudowy (NextGenerationEU) lub programu na rzecz budowy niezależności energetycznej (RePowerEU), które umożliwiają rozwój chociażby krytycznie istotnej infrastruktury do wytwarzania i tankowania wodoru RFNBO. Ale to nie koniec źródeł finansowania, ponieważ na horyzoncie mamy przekazanie Polsce środków w ramach unijnego Społecznego Funduszu Klimatycznego. I w tym przypadku Polska, podobnie jak w latach ubiegłych, będzie jednym z głównych beneficjentów tych środków – dodaje.
"Pojazdy są tak zielone jak ich paliwo"
– Wszystkie pojazdy, bez względu na rodzaj napędu, są tak zielone jak ich paliwo. Jeśli mamy do czynienia z pojazdami elektrycznymi, ładowanymi z gniazdka, to aż 70 proc. energii pochodzi z paliw kopalnych. Dlatego tak istotne jest, gdy rozmawiamy o pojazdach wodorowych, aby były zasilane wodorem RFNBO, zgodnie z oczekiwaniami zawartymi w unijnych dyrektywach. Choć trzeba to jasno podkreślić, że nie ma w pełni zeroemisyjnych pojazdów, ponieważ nawet ich produkcja wymaga wytworzenia koniecznych surowców. Stąd, gdy mówimy o pojazdach zeroemisyjnych to mamy na myśli pojazdy, które nie zatruwają nam powietrza spalinami, co przekłada się na jakość powietrza szczególnie w miastach, a tym samym pozytywnie wpływa na długość i jakość naszego życia – podkreśla dr Brusiło.
Polski krajobraz rynku wodoru RFNBO
Eskpert podkreśla, że polska przygoda z wodorem zaczyna się od transportu zbiorowego oraz zwraca uwagę, na przykład Rybnika, które intensywnie stawia na wodór RFNBO jako paliwo stosowane obecnie w miejskim transporcie zbiorowym. Dr Brusiło wskazuje, że władze miasta zdecydowały, że na miejskiej stacji wodorowej będą mogły tankować nie tylko miejskie autobusy, ale również samochody osobowe. Jednak w porównaniu do tysięcy stacji benzynowych, stacji wodorowych w Polsce niemal nie mamy. Oprócz tej w Rybniku, podobną stację znajdziemy jeszcze tylko w Warszawie.
Ograniczenia rozwoju pojazdów wodorowych
Wśród ograniczeń związanych z rozwojem rynku pojazdów wodorowych w Polsce, oprócz wysokich cen, dr Brusiło wskazuje również na niemal całkowity brak infrastruktury do tankowania paliwa wodorowego, a także małe zróżnicowanie oferty i dostępność samych pojazdów na rynku. Brakuje również serwisów, które mogłyby zajmować się konserwacją i utrzymaniem wysoko wyspecjalizowanych komponentów, choć są one stosunkowo proste w utrzymaniu w porównaniu do klasycznych samochodów.
– W mojej opinii jesteśmy jeszcze nieustannie na etapie, w którym zastanawiamy się, czy elektryfikacja to coś, w co powinniśmy wejść na pełną skala jako gospodarka. Znajdujemy się tym samym dopiero na początku fali elektryfikacji transportu i jeszcze daleko nam do rozwoju rynku pojazdów wodorowych. Potrzebujemy jeszcze trochę czasu, zanim rynek pojazdów wodorowych rozwinie się w Polsce na tyle, aby traktować te pojazdy jako realną alternatywę dla pojazdów konwencjonalnych czy elektrycznych – podkreśla.
Planowane stacje tankowania wodorem
Ekspert zwraca uwagę, że optymistycznym sygnałem było włączenie się w procesy inwestycyjne Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad, która, pod wpływem założeń unijnej dyrektywy AFIR (dyrektywy o infrastrukturze paliw alternatywnych), zaplanowała przygotowanie lokalizacji dla 37 stacji wodorowych wzdłuż sieci autostrad i dróg ekspresowych.
Ministerstwo Klimatu i Środowiska
– W mojej opinii nawet te 37 kolejnych stacji tankowania wodoru będzie dalej absolutnie niewystarczające w stosunku do potrzeb związanych z dekarbonizacją transportu drogowego, w tym zarówno tego osobowego, jak i ciężarowego. Biorąc pod uwagę tak strategie unijne, jak i globalne trendy od Stanów Zjednoczonych po Chiny, musimy znacznie bardziej zintensyfikować nasze starania w tym obszarze, aby stawać się liderem tych dynamicznych przemian – komentuje dr Paweł Brusiło.
Szczegółowe informacje dotyczące lokalizacji planowanych stacji tankowania wodorem są dostępne m.in. na stronie Ministerstwa Klimatu i Środowiska oraz Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad.
Autobusy wodorowe są produkowane w Polsce
– Już teraz trzy przedsiębiorstwa: NESO (Grupa Polsat), Solaris i ARP E-Vehicles produkują i sprzedają polskie autobusy wodorowe, które jeżdżą w naszym kraju i za granicą (…) Pokazuje to, że my już teraz w tym globalnym wyścigu uczestniczymy i w dodatku odnosimy sukcesy jako gospodarka, co jest tym ważniejsze, że w szerszym kontekście rywalizujemy jako Unia Europejska z Chinami, które za wszelką cenę starają się przejąć udziały na rynku pojazdów wodorowych i elektrycznych (…) Nie tak dawno zaprezentowano w Polsce także drugą na świecie lokomotywę zasilaną wodorowymi ogniwami paliwowymi, które obecnie są wdrażane przez ORLEN – mówi dr Paweł Brusiło.
– Przykładowo, gdy porównamy jeden autobus wodorowy i jeden autobus elektryczny to rozwiązanie elektryczne będzie najpewniej tańsze w zakupie a zainstalowanie jednej szybkoładowarki nie będzie aż takim problemem na zajezdni autobusowej. Co jednak zrobić w przypadku, gdy planujemy konwersję całej floty pojazdów, np. w ramach miejskiego przedsiębiorstwa komunikacyjnego lub floty pojazdów przedstawicieli handlowych lub ciężarowych. Czy z taką samą łatwością uda się zainstalować dziesiątki i setki ładowarek? Nie mówiąc już o milionach pojazdów osobowych, ciężarowych i autobusowych, które poruszają się po polskich i unijnych drogach – dodaje.
Polskie doliny wodorowe
W dokumencie "Polska Strategia Wodorowa do roku 2030 z perspektywą do 2040 r." jako wskaźnik osiągnięcia zamierzonych celów pojawia się m.in. liczba co najmniej pięciu dolin wodorowych, które mają powstać do 2030 roku w Polsce. Doliny wodorowe, zgodnie ze strategią, definuje się jako ekosystemy umożliwiające zbudowanie łańcucha wartości związanych z gospodarką wodorową takich jak produkcja, transport, magazynowanie i końcowe zastosowanie wodoru w przemyśle.
ARP
– Niestety, należy podkreślić, że choć w Polsce powstało wiele obiecujących inicjatyw mających na celu utworzenie tych lokalnych ekosystemów, to w zakładanej skali nie posiadamy jeszcze w Polsce dolin wodorowych. Wszystkie te dotychczas powstałe inicjatywy są na różnym etapie rozwoju. Są to zazwyczaj stowarzyszenia branżowe, które umożliwiają integrację i powstawanie wspólnych pomniejszych projektów demonstracyjnych, badawczo-rozwojowych lub wdrożeniowych. Jednak jako lokalne ekosystemy innowacji i łańcuchy wartości gospodarki wodorowej, integrujące produkcję, magazynowanie, transport oraz finalne wykorzystanie wodoru takich rozwiązań jeszcze nie mamy. Moim zdaniem wiele z tych inicjatyw ma jednak szansę w przyszłości stać się prawdziwymi dolinami wodorowymi, choć jest to jeszcze perspektywa lat lub nawet dekad – podsumowuje ekspert.
Energetyka wodorowa na polskich uczelniach
Dr Brusiło zwraca uwagę, że uczelnie w Polsce dostrzegają potencjał transformacji w stronę gospodarki wodorowej oraz tworzą one specjalne kierunki studiów, które skupiają się na efektach kształcenia mających na celu przygotowanie kadr na potrzeby przyszłych etapów rozwoju niskoemisyjnej gospodarki wodorowej. Przykładowo na Uniwersytecie Ekonomicznym we Wrocławiu, gdzie pracuje dr Brusiło, oprócz kierunków studiów związanych ze zrównoważonym rozwojem organizowane są wizyty studyjne w przedsiębiorstwach np. Promed-Plast, gdzie wdrażane są technologie wodorowe.
Na polskich uczelnia w ciągu ostatnich kilku lat przybyło także kierunków oferujących kształcenie w zakresie energetyki wodorowej lub szerzej technologii wodorowych. Wśród nich jest m.in. Akademia Górniczo-Hutnicza z kierunkiem energetyka wodorowa, Politechnika Gdańska oferująca w swoim portfolio technologie wodorowe i elektromobilność oraz Politechnika Poznańska ze studiami podyplomowymi inżynieria systemów zasilania wodorem.
Czy wodór zapewni bezpieczeństwo energetyczne?
Pełnoskalowa inwazja Rosji na Ukraine wpływa na podejmowane przez rząd decyzje, również w aspekcie finansowym. Można zastanawiać się w jakim stopniu ta sytuacja przełoży się na tempo rozwoju niskoemisyjnej gospodarki wodorowej.
– Niestety, wielu polskich polityków tuż po wybuchu pełnoskalowej inwazji Rosji na Ukrainę ochoczo podjęło dyskusję nad przesunięciem celów związanych z osiągnięciem neutralności klimatycznej na rzecz działań związanych z obroną narodową. Uważam jednak, że choć na pierwszy rzut oka reakcja ta wydaje się być słuszna, to w rzeczywistości ogniskuje naszą uwagę tylko na bieżących potrzebach odsuwając z pierwszego planu nadrzędne wyzwanie jakim jest przeciwdziałanie zmianie klimatu, w tym transformacja energetyczna umożliwiająca niezależność i bezpieczeństwo energetyczne (…) W pierwszych miesiącach tej inwazji, Europa odczuła jej skutki przede wszystkim w wymiarze energetycznym. Rosja wszelkimi dostępnymi sposobami chciała sprawić, aby surowce energetyczne stały się swoistą bronią przeciwko Unii Europejskiej. Szalejące ceny węgla oraz gazu i problem z jego dostępnością, a także konieczność pilnego uzupełnienia rezerw z odległych kierunków pokazały nam, że zależność od paliw kopalnych, jakkolwiek nie byłaby ona w czasach pokoju „stabilnym” rozwiązaniem, w czasach fluktuacji na rynku surowców energetycznych, może stać się bronią równie mocno uderzającą co ataki na infrastrukturę krytyczną. Trzeba więc wyważyć cele związane z bezpieczeństwem narodowym i transformacją energetyczną – ocenia dr Paweł Brusiło.
Wodór RFNBO, produkowany z wykorzystaniem krajowych mocy wytwórczych z OZE może stanowić element budowania długookresowego bezpieczeństwa energetycznego i stabilizacji źródeł odnawialnych umożliwiając magazynowanie nadwyżek energii z nich powstałych, podkreśla dr Brusiło.
"Transport przyszłości będzie złożoną kombinacją"
– Pozwolę sobie tutaj na zupełnie nienaukowe podejście i powiem bardziej jako entuzjasta: kiedy będę jechał przez Kaszuby i w Kartuzach zobaczę stacje wodorową przy gminnej drodze, pomyślę, że to jest ten moment, w którym rozwiązania wodorowe są realną alternatywą – mówi dr Brusiło w odpowiedzi, na pytanie o to kiedy będziemy mogli uznać, że wodorowa rewolucja na polskich drogach się zakończyła oraz dodaje – W segmencie pojazdów ciężarowym pewnie jeszcze długo nie zobaczymy wodorowych ciężarówek, aczkolwiek prędzej czy później te rozwiązania na pewno i tam znajdą swoje miejsce. Podsumowując, myślę, że transport przyszłości będzie złożoną kombinacją pojazdów wodorowych i elektrycznych uzupełniających się nawzajem tak, aby maksymalnie spełnić oczekiwania poszczególnych użytkowników, tych indywidualnych i flotowych.
Ekspert podkreśla, że doświadczenia innych państw, w tym także amerykańskiego stanu Kalifornia i Japonii pokazują, że ten kierunek jest jak najbardziej słuszny.
– mówi dr Brusiło w odpowiedzi na pytanie o sposób działania pojazdów wodorowych oraz dodaje –
