Rurą, tirem czy zamrożony? Jak transportować wodór

Transformacja energetyczna w kierunku gospodarki opartej na wodorze wymaga stworzenia całego łańcucha logistycznego. Od produkcji wodoru – docelowo z odnawialnych źródeł energii aż po dystrybucję. Możliwe są również modele hybrydowe, w których produkcja z lokalnego elektrolizera uzupełniana jest w razie potrzeby wodorem dostarczanym z innych źródeł.

Metody transportu wodoru można klasyfikować m.in. pod względem odległości czy stanu skupienia. Wyzwanie polega na tym, że wodór w postaci gazowej posiada niską gęstość energetyczną. Do jego transportu czy przesyłu wskazane jest zatem sprężenie, skroplenie lub połączenie z innymi cząsteczkami.

W dużym uproszczeniu przeważa pogląd, że na najdłuższych, międzykontynentalnych trasach najlepiej sprawdzi się transport wodoru statkami w związkach chemicznych, np. amoniaku, na krótsze dystanse (do 1500 km) optymalne są rurociągi a w dystrybucji końcowej wykorzystywany będzie skroplony lub sprężony wodór.

Do dystrybucji na krótkie odległości i tam, gdzie wymagane są umiarkowane ilości energii stosowany jest wodór w postaci sprężonego gazu. Przy ciśnieniu 50 barów uzyskuje się gęstość składowania 4 kg wodoru na metr sześcienny, podczas gdy ciśnienie 700 barów umożliwia sprężenie 40 kg wodoru na metr sześcienny. Takie ciśnienie jest standardem w samochodach osobowych. W autobusach stosowane jest natomiast ciśnienie 350 barów.

Dla przykładu Solaris Urbino 12 hydrogen posiada 5 butli o pojemności 312 litrów, które mieszczą 36,8 kg wodoru.

Po schłodzeniu do temperatury -253 °C wodór przechodzi w stan ciekły. Pozwala to zwiększyć gęstość jego składowania do ok. 71 kg na metr sześcienny. Niestety proces chłodzenia jest energochłonny, co oznacza utratę 25-35 proc. energii, dlatego jest to rozwiązanie opłacalne tylko przy transporcie na duże odległości.

Do przewożenia wodoru najczęściej wykorzystywane są zestawy samochodowe z naczepami – wyposażonymi w kontenery z wiązkami butli, zbiorniki rurowe lub cysterny do transportu ciekłego wodoru kriogenicznego. Zazwyczaj do rurowozu można załadować 300-500 kg sprężonego wodoru gazowego (ciśnienie 200-250 bar). Nowoczesne butlowozy umożliwiają załadunek do 900 kg sprężonego wodoru gazowego (ciśnienie 500 bar), a cysterny do 3500 kg wodoru ciekłego. Ciekły wodór można transportować także w skonteneryzowanych zbiornikach na statkach, pociągami i ciężarówkami.

Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej najbardziej optymalną metodą przesyłu wodoru na odległość do 1500 km są rurociągi. We Francji, Holandii, Niemczech i Belgii funkcjonują rurociągi dedykowane dla tego paliwa. Możliwa jest również adaptacja istniejących gazociągów, której koszt szacowany jest na zaledwie ok. 15 proc. budżetu potrzebnego do budowy nowych gazociągów. Modernizacji wymagać będą również turbiny gazowe, tłocznie, zbiorniki oraz niektóre rodzaje magazynów, żeby mogły przyjmować wyższe stężenie wodoru (powyżej 5 proc.). Według Urzędu Regulacji Energetyki dodawanie wodoru jest w Polsce możliwe, ale operator sieci przesyłowej dopiero ocenia możliwość mieszania wodoru i jego dopuszczalne limity.

Alternatywnym rozwiązaniem jest włączenie wodoru do innych cząsteczek, które łatwiej transportować. Największe nadzieje wiązane są z amoniakiem i płynnymi, organicznymi nośnikami wodoru (LOHC). Obydwie opcje pociągają jednak za sobą straty energii związane z konwersją, są mało efektywne i kosztowne. Mogą być jednak uzasadnione na trasach powyżej 1500 km, zwłaszcza w transporcie morskim.

NRA Survey on Hydrogen, Biomethane, and Related Network Adaptations, Agency for Cooperation of Energy Regulators, Ljubljana 2020.

Ammonia –zero carbonshipping fuel? www.maritimecleantech.no/wp-content/uploads/2020/01/Nov19-Ammonia-fuel-NCE-cleantech.pdf

Norweska Strategia dot. Wodoru www.regjeringen.no/contentassets/8ffd54808d7e42e8bce81340b13b6b7d/regjeringens-hydrogenstrategi.pdf

https://www.solarisbus.com/en/busmania/uitp-global-public-transport-summit-2019-world-premiere-of-solaris-urbino-12-hydrogen-914

Yara, Ammonia – zero carbon shipping fuel? www.maritimecleantech.no/wp-content/uploads/2020/01/Nov19-Ammonia-fuel-NCE-cleantech.pdf

Redakcja