Dominującym paliwem sektora ciepłowniczego w Polsce pozostaje węgiel. Jednak w horyzontach 2030 i 2050 r. branża będzie się zmieniać. Chodzi o jej dostosowanie do wymogów europejskich i zmniejszanie emisji gazów cieplarnianych. Naturalnym kierunkiem takiej transformacji wydaje się początkowo gaz ziemny, a docelowo wodór. Dlaczego?
Obecnie wodór jest wykorzystywany głównie w przemyśle chemicznym do produkcji amoniaku i metanolu oraz do rafinacji ropy naftowej. Jednak w przypadku elektrolizy proces jego powstawania może być całkowicie bezemisyjny. Chodzi o rozbicie cząsteczki wody na tlen i wodór, który jest magazynowany.
W tym tkwi kluczowy aspekt przyszłości wodoru w produkcji energii: kiedy produkcja energii słonecznej i wiatrowej przekracza zapotrzebowanie sieci energetycznej, „nadwyżka” może zostać wykorzystana do produkcji wodoru. Wodór może być magazynowany, a następnie uruchamiany, gdy energia słoneczna i wiatrowa nie są dostępne.
Wodór może być wykorzystywany do napędzania specjalnych typów turbin gazowych (produkuje je m.in. Siemens), które mogą przekształcić go w energię elektryczną. Inną metodą jest użycie wodoru w ogniwach paliwowych. Podczas spalania czystego wodoru nie powstają żadne emisje – jedynym produktem końcowym oprócz elektryczności jest woda.
Koszt produkcji wodoru zasilanego energią odnawialną cały czas maleje, ponieważ elektrolizery stają się coraz powszechniejsze. Obecnie na świecie jest mniej niż 200 megawatów mocy elektrolizerów wykorzystywanych do produkcji wodoru, a większość z nich jest mniejsza niż jeden megawat. Istnieją jednak plany dotyczące powstania kilku 100-megawatowych projektów, więc moce produkcyjne niebawem gwałtownie wzrosną.
Najbardziej optymistyczne szacunki przewidują, że w przyszłości nawet jedna czwarta światowego zapotrzebowania na energię może zostać zaspokojona dzięki produkcji opartej na wodorze. Wymagałoby to ogromnego wzrostu zdolności do elektrolizy, a także znacznego spadku cen elektrolizerów. Warto jednak podkreślić fakt, że koszty energii słonecznej i wiatrowej nadal spadają, co przełoży się na niższe koszty produkcji wodoru. Obecnie największym składnikiem kosztów wodoru wytwarzanego przez elektrolizę jest energia elektryczna.
No dobrze, a teraz powróćmy do pytania postawionego na początku tekstu – dlaczego wodór to przyszłość ciepłownictwa?
Przy wytwarzaniu wodoru z elektrolizą wydajność wynosi obecnie 60-70 procent, tj. około jedna trzecia zużytej energii elektrycznej marnuje się jako ciepło. Gdy wodór zostanie ponownie wykorzystany do produkcji energii elektrycznej za pomocą turbiny gazowej lub ogniwa paliwowego, wydajność wynosi 40–55%. Zatem ogólna wydajność od energii elektrycznej do wodoru i z powrotem do energii elektrycznej wynosi 24-38 procent.
Jednak wydajność można poprawić, odzyskując ciepło wytworzone podczas elektrolizy. Ciepło odpadowe odzyskane w elektrociepłowniach można wykorzystać w sieciach ciepłowniczych. W takim przypadku ogólna wydajność od energii elektrycznej przez wodór do energii może wynosić nawet 60–80 procent.
To wielka szansa dla branży ciepłowniczej, która w Polsce poszukuje docelowego modelu transformacyjnego. Oczywiście odrębną kwestią pozostaje to za co ją sfinansować. Ten dylemat porusza najnowszy raport IGCP, który można znaleźć tutaj.
Fot. Pixabay
