„Tak, przyjaciele, sądzę, że kiedyś woda będzie wykorzystywana jako paliwo, że wodór i tlen, z których się składa, użyte oddzielnie lub łącznie, staną się niewyczerpanym źródłem ciepła i światła, i to o sile, jakiej nie może mieć węgiel. Przyjdzie dzień, że ładownie parowców i tendry lokomotyw zamiast węgla napełnione będą tymi dwoma sprężonymi gazami, które będą się palić w paleniskach z olbrzymią wydajnością kaloryczną. Tak więc nie ma się o co obawiać. Dopóki ziemia będzie zamieszkana, zaspokoi potrzeby swoich mieszkańców, nie zabraknie im nigdy światła ani ciepła, tak samo jak produktów roślinnych, mineralnych czy zwierzęcych. Dlatego sądzę, że gdy złoża węgla się wyczerpią, będziemy palić i grzać wodą. Woda jest węglem przyszłości.”

Te optymistyczne słowa Juliusza Verne pochodzące z jego książki „Tajemnicza Wyspa” wydanej w 1875 roku brzmią zaskakująco w dobie postępującej katastrofy klimatycznej.

A jednak coraz szybszy rozwój technologii wodorowych sprawia, że stają się one coraz bardziej prawdziwe.

Wodór jako paliwo

W ostatnich latach daje się zauważyć wyraźne przyspieszenie w wykorzystaniu wodoru jako paliwa, a nie tylko jako substratu w procesach chemicznych.

Na dużą skalę rozwija się produkcja tzw, zielonego wodoru, powstają nowe fabryki elektrolizerów, farmy wiatrowe i słoneczne dedykowane produkcji wodoru. Wg strategicznych planów Unii Europejskiej budowana będzie infrastruktura wodorowa: wodoroporty, wodorociągi, podziemne magazyny wodoru.

Technologie wodorowe są także szansą na dekarbonizację budownictwa i niezależność energetyczną budynków.

Coraz częściej słyszy się o kryzysie sieci przesyłowych energii elektrycznych spowodowanym dynamicznym rozwojem energetyki producenckiej i nadprodukcją w słoneczne dni energii słonecznej.

Powoduje to spadek rentowności inwestycji w OZE, a także marnowanie wytworzonej energii lub konieczność wyłączania instalacji w najbardziej efektywnych momentach.

Wodorowe magazyny energii - energia elektryczna i ciepło

Rozwiązaniem tych problemów mogą być wodorowe magazyny energii. To nowinka technologiczna nad którą pracuje wiele firm zarówno zagranicznych np. Home Power Solutions z Niemiec, Mahytec z Francji czy Frakoterm z Polski.

Jak to działa:

Sercem systemu jest elektrolizer – urządzenie, które za pomocą energii elektrycznej w procesie elektrolizy rozdziela cząsteczki wody na wodór i tlen. Tlen uwalniany jest do atmosfery, a wodór - sprężany i magazynowany.

Następnie zmagazynowany wodór może być wykorzystany w dowolny sposób, najczęściej w tak zwanym ogniwie paliwowym jest ponownie łączony z tlenem, dzięki czemu powstaje energia elektryczna oraz ciepło. Ciepło teoretycznie jest produktem odpadowym, ale w praktyce inżynierskiej może być wykorzystane np. do ogrzewania budynku lub podgrzewania ciepłej wody, albo w procesach technologicznych w przemyśle. Dzięki wykorzystaniu ciepła odpadowego sprawność całego systemu osiąga 70-80%.

Co ważne, w ogniwie paliwowym nie zachodzi proces spalania. Pozwala to na uniknięcie emisji szkodliwych związków, m.in. tlenków azotu, siarki, węglowodorów (powodujących powstawanie dziury ozonowej) oraz tlenków węgla.

Innym kierunkiem rozwoju technologii wodorowych do szerokiego zastosowania jest opracowanie kotła wodorowego. To urządzenie w zasadzie identyczne do tradycyjnych kotłów gazowych, z tą różnicą, że przystosowane do spalania wodoru. Problemem spalania wodoru na większą skalę są powstające zanieczyszczenia tj. tlenki azotu, siarki itp. W celu ich wyeliminowania można zastosować technologię spalania w czystym tlenie lub układy filtrów i katalizatorów spalin. Nad budową kotła wodorowego pracują zarówno uznane w branży gazowej firmy jak De Dietrich, Viessmann czy też Immergas, jak i polska firma technologiczna SES Hydrogen.

Zastosowanie wodoru w samorządach

Korzyści z wykorzystania wodorowych magazynów energii mogą być szczególnie obiecujące w przypadku budynków edukacyjnych. Na wielu szkołach czy przedszkolach samorządy zainstalowały potężne instalacje fotowoltaiczne. Produkują one energię głównie w okresie letnim, kiedy szkoły i przedszkola są w zasadzie zamknięte, autokonsumpcja jest wiec znikoma. Energię trzeba za darmo oddawać do sieci, a coraz częściej zakłady energetyczne nie chcą jej w ogóle przyjmować w momencie największej produkcji. Rozwiązaniem mogłoby być magazynowanie wytworzonej energii w postaci wodoru i następnie jego wykorzystanie do produkcji energii elektrycznej oraz ciepła w sezonie jesienno- zimowym. W wielu przypadkach pozwoliłoby to zapewnić w zasadzie kompletną autonomiczność energetyczną, a przynajmniej znacząco zredukować zapotrzebowanie na energię kupowaną z sieci. Ważną korzyścią w ujęciu globalnym byłoby także zbilansowanie produkcji i konsumpcji w cyklu sezonowym i odciążenie tym samym sieci przesyłowych.

Innym obszarem spędzającym sen z oczu samorządom jest zagospodarowanie odpadów.

Temat bardzo ważny a zarazem kontrowersyjny, nie bez znaczenia politycznego. Tu również z pomocą mogą przyjść technologie wodorowe.

Zamiast tradycyjnej spalarni, czyli termicznego przekształcania odpadów, w procesie zgazowania czy też pirolizy - odpady mogą być przetworzone na syngaz – z dużą zawartością wodoru - który może być wykorzystany jako paliwo.

Prace w tym kierunku prowadzi wiele firm np. Hydrogen Utopia, WTT, które opracowało technologię ZEWERO. Pierwszą instalację wykorzystującą tą technologię w praktyce jest oczyszczalnia ścieków w Brzegu koło Opola.

Dekarbonizacja transportu publicznego to również obszar dynamicznie się rozwijający.

Polska, a konkretnie firma SOLARIS jest wiodącym producentem autobusów wodorowych. Pierwsze z nich jeżdżą już w Poznaniu. Wiele miast zastanawia się nad wdrożeniem u siebie tego typu pojazdów. Na rynku są już dostępne samochody osobowe np. Toyota Miray, Hyundai ix35FCEV i Hyundai Nexo, wózki widłowe (również produkcji Toyoty), a także samochody dostawcze i autobusy.

W zasadzie nie ma przeszkód by dowolny pojazd zasilać energią wodorową.

Na zachodzie coraz więcej służb komunalnych korzysta z pojazdów wodorowych do wykonywania usług mycia ulic, odbioru odpadów, utrzymania zieleni, transportu publicznego itp.

Czy Polskie samorządy postawią na wodór i faktycznie woda, a więc wodór okaże się węglem przyszłości?

Piotr Jański
ekspert Fundacji Miasto