Sieci gazowe mogą posłużyć do przesyłu wodoru

Na pytanie: w jakim stopniu dodatek wodoru do gazu ziemnego jest bezpieczny dla wszystkich elementów systemu gazowniczego i odbiorców końcowych nie ma jednej odpowiedzi. Ze względu na specyficzne właściwości fizykochemiczne wodoru jego transport sieciami gazowymi jest znacznie trudniejszy niż transport gazu ziemnego. Gęstość energetyczna wodoru w postaci gazowej, wynosi około jednej trzeciej gęstości gazu ziemnego w jednostce objętości, a więc dodatek objętościowo 10 proc. wodoru obniża wartość energetyczną przesyłanego gazu o około 7 proc.

Przede wszystkim, wodór jest niezwykle lekki - jego gęstość wynosi 0,082 kg/m³, podczas gdy gęstość gazu ziemnego wysokometanowego to w przybliżeniu 0,75 kg/m³. Do przesyłu wodoru w postaci gazowej potrzebna jest jego kompresja, a ze względu na mniejszą gęstość wodoru od gazu ziemnego konieczne jest zastosowanie większego ciśnienia. Wydajność tłoczni projektowanej dla gazu ziemnego przy dodatku wodoru będzie niższa. Sprężarki okazują się elementem infrastruktury gazowej o najniższej tolerancji na wodór, co też skłania do zatłaczania mniejszej ilości wodoru niż wynosi przepustowość sieci.

Ważnym kryterium branym pod uwagę przy dodawaniu wodoru do gazu jest próg wybuchowości. Mieszanina wybuchowa czystego wodoru ulega zapłonowi już od energii 0,01 mJ, co stanowi wartość 28-krotnie mniejszą niż minimalna energia zapłonu metanu (0,28 mJ). Z jednej strony dodatek wodoru do gazu ziemnego wpłynie na zmniejszenie bezpieczeństwa przesyłania gazu, z drugiej – daje możliwość przesyłania wybuchowego wodoru i zwiększenia jego wykorzystania.

Możliwy procentowy dodatek wodoru do przesyłanego gazu ziemnego zależy także do składu chemicznego zbudowanych ze stali gazociągów. Wodór wykazuje dużą szybkość dyfuzji przez przegrody porowate, w tym niektóre metale. Wpływa więc na elementy systemu gazowniczego, takie jak rury, zespoły sprężające oraz systemy pomiaru ilości i jakości gazu.

Dla tych samych objętości przy tych samych zakresach ciśnienia ilość przesyłanej wodorem energii jest niższa niż w przypadku gazu ziemnego. W zależności od kraju UE maksymalne stężenie wodoru w gazie ziemnym waha się od 2 proc. do 10 proc. w Niemczech, pod warunkiem, że do sieci nie są przyłączone stacje CNG.

W Polsce nie jest stosowane dodawanie wodoru do gazu ziemnego w sieciach. Analizy wpływu wodoru na sieć przesyłową gazu prowadził Gaz System, badania takie prowadzi też Instytut Nafty i Gazu. Natomiast PGNiG planuje zbudować w Odolanowie zamkniętą sieć, gdzie będzie testował możliwość wykorzystania wodoru w sieciach gazowych. Dotychczasowe wyniki badań wskazują, że w niektórych elementach systemu gazu ziemnego w Polsce możliwe jest zatłaczanie do 10 proc. objętościowo wodoru w gazie ziemnym.

Trzeba pamiętać, że rurociągi wodorowe są najbardziej opłacalną opcją dla długodystansowych dostaw. European Hydrogen Backbone (EHB) szacuje średni koszt przesyłu wodoru na 0,11-0,21 EUR/kg/1000 km, co w bardzo niewielkim stopniu wpłynęłoby na końcową cenę samego wodoru. W Europie gazociągi mają różne średnice, zazwyczaj 20-48 cali i pracują pod różnymi ciśnieniami, zwykle w zakresie 50-80 bar. EHB wyliczył, że najbardziej opłacalną opcją transportu wodoru jest dostosowanie istniejących gazociągów, ponieważ w jest to co najmniej dwukrotne tańsze niż budowa nowych, dedykowanych gazociągów.

Proces transportu mieszaniny wodoru z gazem ziemnym musi stać się możliwy pod względem technicznym i ekonomicznym. W Polsce brakuje na razie jednoznacznych wytycznych, które określałyby parametry przesyłu wodoru jako domieszki do gazu ziemnego.