Droga do zielonego wodoru

Potencjał wodoru jako czystego źródła paliwa jest ogromny.

W końcu gdy wodór jest spalany w ogniwie paliwowym, głównym produktem ubocznym jest para wodna. W wystarczających ilościach paliwo wodorowe mogłoby zasilać sieć elektryczną, która daje światło, ogrzewać budynki, w których pracujesz i robisz zakupy, znacznie zmniejszyć ślad węglowy pojazdów i nadal odgrywać rolę ważnego surowca w branżach takich jak chemiczna, petrochemiczna i stalowa, od których wszyscy jesteśmy zależni.

Można się więc zastanawiać: Dlaczego nie wszyscy zastępują paliwa kopalne wodorem?

Wodór sam w sobie jest czystym źródłem paliwa o zerowej emisji dwutlenku węgla. Zazwyczaj jest on jednak wytwarzany przy użyciu paliw o dużej zawartości węgla, takich jak gaz ziemny i sam węgiel, bezpośrednio lub jako źródło energii wykorzystywanej do generowania bardzo dużych ilości energii elektrycznej zużywanej w czystych metodach produkcji.

Według World Economic Forum w ostatnich latach na produkcję wodoru około 6% globalnego gazu ziemnego i 2% globalnego węgla przeznaczono. Wynikające z tego emisje CO₂ wynoszą łącznie około 830 milionów ton dwutlenku węgla rocznie, co odpowiada łącznym emisjom CO₂ Wielkiej Brytanii i Indonezji, zgodnie z tym samym raportem Światowego Forum Ekonomicznego.

Najpopularniejsze obecnie metody produkcji wodoru nie zostały zaprojektowane z myślą o innowacyjności i aspektach zrównoważonego rozwoju. Z drugiej strony, zielony wodór, tak.

Czym jest zielony wodór?

Aby wodór mógł być uznany za „zielony”, musi być produkowany nie tylko w procesie bezemisyjnym, ale także przy użyciu odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr czy energia słoneczna.

Jak produkować zielony wodór?

Najczystszą metodą produkcji wodoru jest elektroliza, wykorzystująca zasilany elektrycznie elektrolizer do rozdzielenia cząsteczek wody (H₂O) na wodór i tlen. Dodatkowo, czystość wodoru dyktuje rolę, jaką może on odgrywać w gospodarce wodorowej, więc zanieczyszczenia muszą zostać usunięte z wodoru w procesie separacji.

Na zajęciach z przedmiotów ścisłych można było zaobserwować ten proces w niewielkim elektrolizerze, zbudowanym ze zlewki wypełnionej wodą, kilku metalowych pasków lub przewodów podłączonych do baterii oraz dwóch probówek do zbierania oddzielonego wodoru i tlenu.

Na skalę przemysłową samo wybranie energii odnawialnej do zasilania elektrolizerów skutkuje ekologicznym procesem produkcji wodoru.

Jakie są zastosowania zielonego wodoru?

Zielony wodór może być wykorzystywany w każdym zastosowaniu, które opiera się na wodorze wytwarzanym tradycyjnymi, wysokoemisyjnymi metodami. Oznacza to, że może pomóc wielu branżom i procesom w osiągnięciu neutralności węglowej:

• Wytwarzanie energii
• Transport
• Produkcja farmaceutyczna
• Oczyszczanie szkła
• Rafinacja ropy naftowej
• Wytwarzanie półprzewodnika

Jakie są wyzwania związane z produkcją ekologicznego wodoru?

Pomimo wszystkich jego zalet, istnieje kilka przeszkód do pokonania na naszej drodze do powszechnego, ekonomicznie wykonalnego wykorzystania zielonego wodoru. Oto niektóre z wyzwań:

Elektroliza jest bardzo energochłonnym procesem.

Dopóki nie pojawią się powszechnie dostępne, niezawodne i ekonomiczne źródła czystej energii, koszt produkcji zielonego wodoru na dużą skalę pozostanie zaporowy.

Elektroliza wymaga dużej ilości wody.

Potrzebne są znaczne zasoby wody spełniającej określone normy czystości, co może nakładać ograniczenia geograficzne na lokalizację zakładów produkcji zielonego wodoru.

Należy zbudować infrastrukturę.

Chociaż mamy solidną infrastrukturę gazu ziemnego, nie można jej łatwo wykorzystać do transportu. Wodór sprawia, że stal staje się krucha i podatna na pęknięcia, więc prawdopodobnie będzie wymagać specjalnych rurociągów.

Jaki jest oczekiwany wpływ zielonego wodoru na globalną transformację energetyczną?

Według dokumentu Międzynarodowej Agencji Energii pt. Global Hydrogen Review 2022 ogólne zapotrzebowanie na wodór na świecie osiągnęło 94 miliony ton w 2021 roku i szacuje się, że do 2030 roku osiągnie 115–130 milionów ton. Zaspokojenie przyszłego zapotrzebowania za pomocą istniejących metod produkcji wodoru, choć wykonalne, nie jest rozwiązaniem zrównoważonym.

Zielony wodór będzie miał kluczowe znaczenie dla umożliwienia globalnej transformacji energetycznej, zwłaszcza w przypadku źródeł energii, które:

• Zasilają pojazdy silnikowe i samoloty
• Służą do ogrzewania domów i biur
• Generują energię elektryczną
• Przyczyniają się do dekarbonizacji procesów przemysłowych

Co można zrobić, aby przyspieszyć produkcję zielonego wodoru?

W ramach globalnych wysiłków zmierzających do przejścia na mniej emisyjną przyszłość, nasi inżynierowie opracowali nową technologię membran powlekanych katalizatorem (CCM) do produkcji zielonego wodoru, która może pomóc obniżyć koszty produkcji, umożliwiając większą wydajność elektrolizera. Te powlekane katalizatorem membrany są obecnie testowane przez producentów elektrolizerów, zapewniając ich wyższą wydajność i wyższą gęstość prądu elektrycznego przy użyciu przełomowej technologii. 

Oprócz rozwoju CCM, nasza technologia oczyszczania wodoru działa pod wysokim ciśnieniem w strumieniach procesowych zawierających wodór w celu usunięcia śladowych zanieczyszczeń, takich jak tlen, woda i azot. Umożliwia to odzyskiwanie wodoru i zwiększanie jego czystości do ponad 99,9% w celu zaspokojenia potrzeb rafineryjnych.

Honeywell pracuje również nad przyszłością zielonego wodoru poprzez niedawną inwestycję w Electric Hydrogen, firmę, która opracowuje nową generację wysokowydajnych technologii elektrolizerów. Nasza współpraca z Electric Hydrogen poprawi nasze zrozumienie branży elektrolizerów i wesprze jej przyszłe potrzeby dzięki innowacjom, takim jak membrany pokryte katalizatorem.

Aby przyspieszyć przejście na zieloną gospodarkę wodorową, Stany Zjednoczone niedawno przyjęły ustawę o redukcji inflacji z 2022 r., która obejmuje szereg zachęt mających na celu wspieranie infrastruktury paliw alternatywnych, regionalnych centrów czystego wodoru i nie tylko.

Wraz z agencjami rządowymi na całym świecie i innymi firmami z sektora prywatnego koncentrujemy się na pokonywaniu wyzwań związanych z produkcją i transportem ekologicznego wodoru na drodze do gospodarki opartej na wodorze. Dowiedz się więcej o tym, co robi Honeywell, aby szybciej przejść do przyszłości opartej na zielonym wodorze.