Zielony, niebieski, a może turkusowy? Jak zorientować się w wodorowej „kolorystyce” i czy ma ona sens?

Wodór można uzyskać z wielu źródeł energii i przy pomocy różnych technologii. Najbardziej powszechnym, ale też najbardziej emisyjnym sposobem pozyskiwania wodoru są paliwa kopalne. 76% produkcji wodoru tego typu pochodzi z przetwarzania gazu ziemnego (wodór szary), a 23% powstaje w procesie gazyfikacji węgla w wysokich temperaturach. Obróbka węgla kamiennego odpowiada za produkcję tzw. czarnego wodoru, z węgla brunatnego tworzony jest wodór brązowy.

Najpopularniejszą metodą uzyskiwania wodoru jest reforming parowy gazu ziemnego (SMR – z ang. Steam Methane Reforming), rzadziej reformowanie autotermiczne (ATR – z ang. Autothermal Reforming). Koszt ten w Unii Europejskiej szacowany jest na 1,5 euro za kilogram wodoru, jednak kwota ta nie uwzględnia opłat za prawa do emisji CO2. Wykorzystanie paliw kopalnych do produkcji wodoru powoduje na świecie roczną emisję 830 mln ton dwutlenku węgla, co odpowiada 2,5% emisji ze spalania paliw. Większość polskiego wodoru również pochodzi z paliw kopalnych.

Podobnie jak w przypadku innych procesów wykorzystujących paliwa kopalne – podejmowane są próby ograniczenia emisji poprzez instalację CCS, umożliwiającą odzyskanie dwutlenku węgla i jego składowanie lub ponowne wykorzystanie (CCU, z ang. Carbon Capture Utilisation) oraz wykorzystanie i magazynowanie (CCUS). Otrzymywany w ten sposób wodór nazywany jest niebieskim. Wychwytywanie CO2 może odbywać się na kilka sposobów - można oddzielić CO2 od strumienia gazu syntezowego lub wychwycić z gazów spalinowych.

Potencjalnym źródłem energii do produkcji „paliwa przyszłości” może być także energia jądrowa. To rozwiązanie jest już testowane przez Departament Energii USA, który przeznaczył 20 mln dolarów na działanie projektu „Hydrogen Shot” w Arizonie. Choć początkowo produkcja tzw. purpurowego wodoru nie została uwzględniona w strategii UE, w 2020 roku Komisja Europejska sklasyfikowała ten typ wodoru jako niskoemisyjny. Nad taką formułą wytwarzania wodoru pracuje francuski koncern EDF, który posiada elektrownie jądrowe w Wielkiej Brytanii. Pilotaż, który uzyskał dofinansowanie rządowe, ma ruszyć w zakładach jądrowych w Heysham 2 w północno-zachodniej części Wysp Brytyjskich.

Polska przygląda się możliwości wdrożenia energii jądrowej jako źródła energii do produkcji wodoru po 2030 roku. Znaczenie ma tutaj niskoemisyjność tak powstałego wodoru, a także masowa skala produkcji. W projekcie polskiej strategii wodorowej autorzy wskazują, że wykorzystanie energii jądrowej do produkcji wodoru może zapobiegać okresowemu zmniejszaniu mocy w zakładach (w tzw. dolinach nocnych) przez zagospodarowanie nadwyżek do zasilania elektrolizerów. Atutem tej metody jest jej stabilność – nie zależy jak OZE od warunków atmosferycznych, co pozwala na efektywniejszą pracę elektrolizerów i wydłuża okres ich eksploatacji.

Komisja Europejska zakłada, że produkcja zielonego wodoru będzie oparta na elektrolizie wykorzystującej energię z odnawialnych źródłach energii i wskazuje przestawienie europejskiej gospodarki na zeroemisyjną jako swój cel strategiczny. Według definicji obowiązującej w Unii Europejskiej do OZE zaliczane są: energia promieniowania słonecznego, wiatru, geotermalna, spadku rzek, fal, prądów i pływów morskich, biogazu i biomasy. Dziś główną barierą wdrożenia zielonego wodoru na szeroką skalę są relatywnie wysokie ceny.

Zgodnie ze strategią wodorową Polska będzie się koncentrować na produkcji wodoru z wykorzystaniem morskiej energetyki wiatrowej. Rząd planuje inwestycje w Ławicy Słupskiej, w rejonie Pomorza Środkowego i Gdańskiego, a w kolejnym etapie m.in. nad Odrą. Innym ekologicznym źródłem wodoru, którym interesują się polskie przedsiębiorstwa, są odpady komunalne oraz rolnicze. W Trzebini PKN Orlen wkrótce uruchomi instalację do produkcji biowodoru z biomasy. Inwestycja powstaje przy zakładach wytwarzania ekologicznego glikolu propylenowego. PKN Orlen analizuje również możliwość produkcji wodoru z biomasy powstałej przy produkcji cukru i produktów zbożowych, w tym celu koncern podpisał porozumienie z Krajową Spółką Cukrową.

W Koninie ZEPAK stworzy największą w Europie wytwórnię wodoru z biomasy o łącznej mocy do 50 MW. Już dziś blok energetyczny na biomasę Elektrowni Konin dostarcza zieloną energię do systemu ciepłowniczego miasta. W przyszłości zasili ona także elektrolizery do produkcji wodoru.

Obecnie poziom wykorzystania wodoru na świecie to około 115 mln ton. W Polsce wynosi on ok. 1,3 mln ton. Według Bain&Company produkcja wodoru może wzrosnąć do 2050 roku nawet do 300 mln ton. Plany, żeby większość wodoru była „zielona” nie uwzględniają jednak specyfiki powstawania wodoru odpadowego. Polscy eksperci i władze zwracają uwagę, że typologia wodoru opierająca się na źródle pochodzenia paliwa nie uwzględnia szerszego kontekstu emisyjności procesu wytwarzania wodoru. Wśród zapisów w polskiej strategii wodorowej znalazła się propozycja, żeby arbitralne przypisywanie wodorowi koloru zastąpić precyzyjniejszymi liczbowymi wyliczeniami jego emisyjności, czyli ilością wyemitowanego CO2 w całym łańcuchu produkcji kilograma wodoru.

Niskoemisyjny wodór mógłby wtedy pochodzić zarówno ze źródeł nieodnawialnych, jak i odnawialnych z niskim śladem węglowym. Autorzy strategii sugerują również, że wodór powstały jako produkt uboczny procesów chemicznych mógłby zostać zakwalifikowany jako niskoemisyjny, gdyż „powstała emisja wynika z innych procesów, w których jest nieunikniona”. Niewątpliwą zaletą takiej polityki wodorowej są koszty, które zgodnie z prognozami spadną wraz ze standaryzacją procesów CCU/CCS stosowanych do kontrolowania emisji w procesie produkcji wodoru.