Wodór informacje podstawowe

Pewnym wyzwaniem w jego obróbce, transporcie i magazynowaniu jest rozmiar jego cząsteczek. Ze względu na fakt, że jest najlżejszym pierwiastkiem, jaki znamy, jego gęstość energii na jednostkę objętości jest bardzo mała. By proces mógł być efektywny wodór należy sprężyć do wysokich wartości sięgających 200-350 barów dla wodoru w transporcie i 700 bar w przypadku tankowania samochodów na wodór.

Ze względu na jego właściwości, zwłaszcza fakt, że ulatnia się bardzo szybko, pierwsze próby jego stosowania rozpoczęły się w XIX wieku. Badano możliwość wykorzystania wodoru w przemyśle i transporcie – zwłaszcza, jako źródło zasilania wczesnych silników spalinowych. Był ponadto wykorzystywany do wznoszenia balonów i innych statków powietrznych. W późniejszych okresach był stosowany głównie w produkcji nawozów, co umożliwiło szybkie zmiany w produkcji żywności, a od połowy XX wieku wodór zaczął być stosowany w rafinacji ropy naftowej do celów uwodornienia.

Wodór możne być spalany bezpośrednio oraz stosowany w ogniwach wodorowych. Coraz częściej stosuje się go w bilansowaniu systemu energetycznego – nadwyżki energii z OZE, które nie są wykorzystywane mogą być wykorzystywane, by pozyskiwać wodór w procesie elektrolizy. Łatwość, z jaką magazynuje i transportuje się wodór (w formie sprężonej) czyni go gazem, który można wykorzystywać, jako „magazyn energii”. W takiej formie może być magazynowany w kawernach solnych, lub zbiornikach, podobnych do tych, w jakich transportowany jest gaz CNG.

W procesach przemysłowych – w rafineriach, przemyśle metalurgicznym i nawozowym stosowany jest jako nośnik energii, ponieważ charakteryzuje się dużą elastycznością i może być łatwo przekształcany w energię elektryczną i odwrotnie – energia elektryczna może być wykorzystywana do produkcji wodoru (np. w procesie elektrolizy), co pozwala na tworzenie zamkniętych obiegów energii. Pojawiają się już przedsiębiorstwa, które są wyposażone w elektrolizer zintegrowany z turbiną wodorową, wytwarzającą zarówno energię elektryczną, jak i cieplną. Elektrolizer umożliwia zamianę nadwyżek energii odnawialnej w wodór, który następnie może być wykorzystywany do ponownej produkcji energii elektrycznej i zasilenia nią sieci elektroenergetycznych.

Zapotrzebowanie i możliwości zastosowania wodoru rosną dynamicznie, ze względu na jego wszechstronność. Coraz większy nacisk kładziony jest na pozyskiwanie wodoru pochodzącego z elektrolizy, do której wykorzystywana jest energia pochodząca z odnawialnych źródeł.

Podczas ostatniego szczytu Rady Europejskiej szefowie rządów krajów członkowskich Unii Europejskiej przyjęli nowy cel redukcji, CO2 dla Unii Europejskiej na rok 2030. Zdecydowano, że cel ten wyniesie, co najmniej 55 proc. w stosunku do roku 1990.

Takie podejście jest właściwe nie tylko dla krajów unijnych, ale także dla USA, które korygują swoje podejście do porozumień paryskich. Przyszła administracja Bidena jasno stwierdziła, że chce „stworzyć ze Stanów Zjednoczonych światowego lidera czystej energii”. Prezydent ma ambitny plan, którego najważniejsze punkty obejmują cel zerowej emisji w całej gospodarce do 2050 roku, inwestycje (400 mld USD) w czystą energię i innowacje w ciągu 10 lat oraz utworzenie nowej agencji badawczej skoncentrowanej na technologiach klimatycznych. Wykorzystywane, zatem do tej pory paliwa kopalne coraz bardziej tracą rację bytu na rzecz OZE. Globalne koncerny zaczynają odrzucać inwestycje wysokoemisyjne a banki nie obsługują klientów, którzy nie deklarują czystych inwestycji. Europejski bank Inwestycyjny zgodnie ze swoją nową polityką zaprzestanie udzielania pożyczek projektom z paliwami kopalnymi w ciągu dwóch lat i dostosuje wszystkie decyzje dotyczące finansowania do porozumienia klimatycznego z Paryża.

Stąd też rosnąca popularność wodoru, który można pozyskiwać z różnych źródeł, co więcej niektóre z nich są zeroemisyjne. Na istotę źródeł baczną uwagę zwróciła, w lipcu tego roku Komisja Europejska, która w ogłoszonej strategii preferuje i najwięcej środków finansowych łoży na rozwój wodoru zielonego.

Do tej pory wodór był wykorzystywany w przemyśle petrochemicznym, nawozowym, metalurgicznym, cementowym i w niewielkich ilościach w spożywczym. Jednak obecnie zaczyna mieć coraz większe znaczenie w energetyce. I najlepiej- wedle UE i organizacji ekologicznych, jeśli to będzie zielony pozyskiwany w procesie elektrolizy, czyli z zeroemisyjnych źródeł. Powstaje wówczas ten najbardziej pożądany o wysokiej czystości tzw. wodór „pięciodziewiątkowy” (99,999), nieporównywalnie droższy od „niebieskiego” pozyskiwanego z gazu ziemnego, a nawet szarego powstającego z naszego koksu. Jednak ten z gazu koksowniczego emituje zabójcze ilości dwutlenku węgla i nie ma wiele wspólnego z czystością. Dlatego też w założeniach wodór szary zostanie zastąpiony przez zielony, wytwarzany na masową skalę z surowców i energii odnawialnych. Nie wyklucza się także wodoru fioletowego, a więc pozyskiwanego w procesie elektrolizy z energii z instalacji jądrowych.

Na świecie dostępne są różne technologie pozyskiwania wodoru w tym elektrochemiczne, chemiczne i biologiczne. Najpopularniejszą metodą obok elektrolizy (metoda elektrochemiczna) jest reforming parowy. Inaczej mówiąc wysokotemperaturowe ogrzewanie np. ropy naftowej pod zwiększonym ciśnieniem w celu otrzymania węglowodorów. Reakcja zachodzi w obecności katalizatora metalicznego, para wodna reaguje z metanem tworząc gaz syntezowy. To samo tyczy się gazyfikacji węgla bądź koksu, oraz biomasy. Reforming zalicza się do technologii chemicznych.

Kolejną metodą chemiczną jest piroliza. To z kolei rozkład cząsteczek związku chemicznego pod wpływem podwyższonej temperatury bez obecności tlenu lub innego czynnika utleniającego. Zazwyczaj w czasie procesu pirolizy następuje rozkład złożonych związków chemicznych do związków o mniejszej masie cząsteczkowej. Procesowi pirolizy są poddawane zarówno materiały organiczne (np. węgiel, biomasa, odpady), jak i nieorganiczne (surowce ceramiczne). W skali przemysłowej celem procesu pirolizy materiałów organicznych jest przetwarzanie surowców (węgiel, biomasa) do użytecznych form energii, recykling surowcowy (polimery odpadowe) oraz wytwarzanie półproduktów będących surowcami do dalszego ich wykorzystania. Termochemiczne przetwarzanie surowców pochodzenia organicznego na drodze pirolizy zalicza się do najstarszych przemysłowych procesów termicznych znanych człowiekowi.

Do biologicznych metod należą np. bakteryjne fermentacje beztlenowe oraz fotofermentacje. Wodór może być produkowany przez najróżniejsze mikroorganizmy, jako produkt uboczny procesu fotosyntezy. Jednym z przykładów takiego mikroorganizmu może być glon Chlamydomonas reinhardtii, który w momencie usunięcia siarczanów z pożywki zaczyna wytwarzać wodór w efekcie działania enzymu. Zaś fotofermentacja to proces, w którym do produkcji wodoru wykorzystuje się bakterie, wymagające oprócz energii świetlnej, również prostych związków organicznych. Zapewnienie optymalnych warunków rozwoju mikroorganizmów, przy użyciu fotobioreaktorów, jest kluczowym elementem procesu produkcyjnego.

Niestety szary kolor obecnie jest przeważający w naszym klimacie. I nie mówimy tu tylko o wodorze, ale o smogu, o warunkach pogodowych oraz nastrojach w czasie pandemii.