W obliczu konieczności dekarbonizacji przemysłu ciężkiego i sektora transportowego, zielony wodór staje się obiecującym paliwem o zerowej emisji, stanowiąc alternatywę dla pojazdów elektrycznych w transporcie ciężkim i umożliwiając dekarbonizację trudnych do przekształcenia gałęzi przemysłu, takich jak produkcja stali czy chemikaliów.
Czym jest wodór zielony i elektroliza wody?
Wodór zielony powstaje w procesie elektrolizy wody, w którym energia z odnawialnych źródeł rozdziela cząsteczki wody na wodór i tlen. Kluczowym elementem tego procesu są elektrolizery – urządzenia składające się z ogniw, które zawierają elektrody (anodę i katodę), elektrolit, warstwy transportowe i płyty bipolarne. Wydajność elektrolizera zależy od skuteczności każdego z tych elementów, a innowacje w ich projektowaniu mogą znacznie obniżyć zużycie energii i koszty operacyjne.
Technologie elektrolizerów: od tradycji do innowacji
Wyróżnia się cztery główne technologie elektrolizerów:
- Alkaliczna elektroliza wody (AWE) – najstarsza i najbardziej rozwinięta technologia, wykorzystująca roztwór zasadowy jako elektrolit. Charakteryzuje się niskimi kosztami i niezawodnością, choć ma mniejszą efektywność i gorzej radzi sobie z fluktuacjami energii odnawialnej.
- Protonowa membrana wymienna (PEMEL) – nowsza technologia, używająca stałej membrany polimerowej jako elektrolitu. PEMEL wyróżnia się szybkością reakcji na zmiany w dostawie energii i możliwością pracy przy wyższych ciśnieniach, ale jej wadą są wyższe koszty, związane z użyciem metali szlachetnych.
- Anionowa membrana wymienna (AEMEL) – hybryda AWE i PEMEL, która łączy zalety membrany stałej i niższe koszty dzięki wykorzystaniu nieszlachetnych katalizatorów.
- Stałotlenkowa elektroliza (SOEC) – technologia wysokotemperaturowa, oferująca potencjalnie najwyższą efektywność, zwłaszcza gdy wykorzystuje ciepło odpadowe z procesów przemysłowych.
Obecnie AWE i PEMEL dominują na rynku, a AEMEL i SOEC są rozwijane jako obiecujące alternatywy.
Sektory wykorzystania wodoru zielonego
Adopcja zielonego wodoru obejmuje kilka kluczowych sektorów, z różnym horyzontem czasowym:
- 2024–2030: Przemysł chemiczny i rafinerie, które już dziś korzystają z wodoru, mogą łatwo przejść na jego zieloną wersję.
- 2030–2040: Produkcja stali i transport ciężki, gdzie wodór oferuje przewagę nad bateriami dzięki krótszemu czasowi tankowania i większemu zasięgowi.
- 2040–2050: Przechowywanie energii, dekarbonizacja energetyki i lotnictwo – sektory wymagające dalszego rozwoju technologii.
Ważnym czynnikiem sukcesu jest strategiczna lokalizacja projektów – np. porty przemysłowe, takie jak Rotterdam, które oferują infrastrukturę i dostęp do energii odnawialnej.
Korzyści, wyzwania i perspektywy
Wodór zielony oferuje unikalne korzyści, takie jak możliwość długoterminowego magazynowania energii, wysokotemperaturowe ciepło potrzebne w przemyśle oraz eksport energii z odnawialnych źródeł. Głównym wyzwaniem pozostają jednak koszty – produkcja zielonego wodoru jest obecnie 3-7 razy droższa od wodoru szarego. Kluczowe bariery obejmują także niską efektywność i brak odpowiedniej infrastruktury.
Perspektywy dla rynku są jednak optymistyczne. Eksperci przewidują, że do 2034 roku globalny rynek elektrolizerów osiągnie wartość 70 miliardów dolarów, napędzany przez rozwój technologii, rosnące wsparcie polityczne i wzrost skali produkcji. Warunkiem dalszego rozwoju będzie zwiększenie dostępności taniej energii odnawialnej oraz polityczne wsparcie dla dekarbonizacji przemysłu.
W obliczu wyzwań klimatycznych, wodór zielony może stać się jednym z filarów globalnej transformacji energetycznej.
