UE widzi w zielonym wodorze nadzieję na neutralną klimatycznie Europę

Niemcy, Portugalia, Hiszpania czy Holandia opublikowały w tym roku swoje narodowe strategie wodorowe, w których priorytetem jest wodór z Odnawialnych Źródeł Energii. Najlepsze perspektywy wydaje się on dawać w produkcji stali. Rosjanie także zaczęli myśleć o popularyzacji wodoru, która mogłaby być im na rękę – wysyłany przez nich do Europy gaz ziemny mógłby być reformowany lokalnie na niebieski wodór, np. w Niemczech czy też w Polsce. Natomiast pomysł niemiecki jest taki, aby w miejscach, w których jest duże nasłonecznienie i stabilny wiatr, budować ogromne farmy wiatrowe i fotowoltaiczne, z których energia posłuży do wyprodukowania wodoru, a następnie eksportować go na międzynarodowe rynki, np. na gazowcach. Czy ma to ekonomiczny sens? Na dzisiaj – jeszcze nie. Z ekspertem ds. wodoru, Gniewomirem Flisem, rozmawia Michał Wojtyło.

Myślę, że ta strategia to jest dobry pierwszy krok. Unia Europejska w ten sposób zasygnalizowała, że traktuje wodór poważnie. Choć raczej nie będziemy mieli gospodarki opartej w 50% na zielonym wodorze, to w realnym scenariuszu może to być aż 10% – to jest naprawdę dużo energii i inwestycje warte tryliony. Myślę, że te wstępne założenia strategii są ambitne, nawet na granicy wykonalności, tj. 40 GW do 2030 r. w UE. Na ten moment wszystkie istniejące fabryki elektrolizerów na świecie nie sprostałyby takiemu zadaniu. Ale nowa generacja europejskich fabryk jest już w budowie. W gigafabryki elekrolizy (konieczne do produkcji wodoru przy wykorzystaniu OZE) inwestuje m.in. norweski Nel, francuski McPhy, czy też niemiecki Thyssenkrupp lub Enapter. Na tym polu zaczyna się już robić tłoczno.

Ostatnio jest głośno – głównie dzięki komunikatom rządów europejskich i wspomnianej europejskiej strategii KE – o dekarbonizacji europejskich gospodarek i o wykorzystaniu w tym celu właśnie wodoru. Dlaczego akurat teraz temat wykorzystania wodoru wszedł do mainstreamu, chociaż de facto jest on obecny w gospodarce od lat?

To pytanie zahacza o parę wątków. Po pierwsze, jesteśmy teraz na fali głębokiej dekarbonizacji, która oznacza neutralność klimatyczną do połowy tego wieku. Zwłaszcza europejskie rządy negocjują nowe cele redukcji emisji i przez to zaczynamy rozmawiać również o zastosowaniach, które wcześniej raczej ignorowaliśmy – m.in. w sektorach ciężko industrialnych i chemicznych albo podsektorach transportu, takich jak lotnictwo lub żegluga. Wodór na pierwszy rzut oka może wydawać się dla nich idealnym rozwiązaniem, bo działa podobnie jak gaz ziemny. Poprzez eksplozywną reakcję utleniania można dostarczyć prąd i ciepło; wykorzystać go do napędzenia ciężarówki, statku lub samolotu.

Atutem wodoru, którego nie posiadają paliwa kopalne, jest to, że reakcja utleniania wodoru przy uwalnianiu energii nie emituje dwutlenku węgla. Jednak za to trzeba zapłacić – wodór, w najlepszym wypadku, zawiera połowę energii kopalnego paliwa w tej samej jednostce objętości. Ponadto jest bardziej energochłonny przy kompresji. Dlatego jest on dużo mniej satysfakcjonującym substytutem benzyny, niż wydawałoby się na pierwszy rzut oka.

Dyskusja o wodorze bardzo ewoluowała na przestrzeni lat. Przez ponad czterdzieści lat mówiło się, że wyeliminuje problem spalin silnikowych. Pięć lat temu ten problem w dużej mierze został rozwiązany przez akumulatory. Jednak baterie nie są najlepszym zastosowaniem w innych sektorach, m.in. w przemyśle, lotnictwie i żegludze. Tutaj wodór nadal jest konkurentem.

Najlepsze perspektywy wodór wydaje się dawać w produkcji stali. W metalurgii istnieje proces o nazwie Directly Reduced Iron, który jest alternatywą do dzisiejszego koksowania. Choć użycie w tym procesie gazu ziemnego zamiast węgla koksowniczego obniża emisję dwutlenku węgla aż o 60%, to wykorzystanie zielonego wodoru pozwala na redukcję emisji o nawet 95%.

Gdy sektor metalurgiczny będzie planował kolejne inwestycje (a musi to zrobić, bo infrastruktura się starzeje), to te inwestycje muszą uwzględnić wodór. Już teraz zauważamy tego typu inwestycje np. w Szwecji (projekt Hybrit) czy w Niemczech (projekt Salcos). Pomimo to, że zielony wodór może podnieść koszty o 50% dla operatora, to w finalnych produktach – np. w „zielonym aucie” zbudowanym z „zielonej stali” – rzutuje to na ostateczną cenę tylko o 100-300 euro wyższą. Z tego powodu ten sektor nazywany jest easy-win (łatwy do osiągnięcia). Myśląc o sektorze metalurgicznym, nie myślę tylko o tym, co wodór może zrobić dla sektora metalurgicznego, ale głównie o tym, co sektor metalurgiczny może zrobić dla popularyzacji wodoru.

Po drugie, dopiero niedawno rozgryźliśmy problem niskoemisyjnego wodoru.  Wcześniej powiedziałem, że w kontekście wodoru nie mamy problemu emisji dwutlenku węgla. Przy jego wykorzystaniu rzeczywiście tak jest, ale wodór trzeba najpierw wyprodukować. Próby uzyskania go z gazu ziemnego przy wykorzystaniu technologii przechwytywania emisji (tzw. niebieski wodór) do tej pory nie powiodły się na masową skalę, która zapewniałaby jego opłacalność. Do tej pory produkcja tzw. zielonego wodoru – czyli produkowanego w procesie elektrolizy, z wykorzystaniem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych – była całkowicie nieekonomiczna i nadal w pewnym stopniu tak jest. Jednak w 2020 r., kiedy energia słoneczna jest już często najtańszą formą pozyskiwania energii, wodór z elektrolizy zaczyna mieć szansę powodzenia.

To brzmi pięknie, ale mówimy tu jednak o technologii, która jest dopiero w początkowym stadium rozwoju. Jaki jest realny horyzont czasowy wykorzystania wodoru w tych najważniejszych sektorach, np. w przemyśle? A jaki – jeżeli w ogóle – dla aut ciężarowych czy też wykorzystania w magazynowaniu energii w energetyce?

Jeśli zadałbyś te pytania różnym grupom prowodorowym na świecie, czy też przewodniczącym energetycznych koncernów lub polskich spółek, to często usłyszałbyś, że najbliższa perspektywa wykorzystania wodoru jest w transporcie drogowym już w połowie obecnej dekady, zwłaszcza dla samochodów i ciężarówek.

To wynika z życzeniowego przekonania, że pojazdy wodorowe szybko zmienią lukratywne rynki ropowe i gazowe, a biznes w znanych polskich spółkach będzie się toczył tak samo jak do tej pory. „Ale Polacy kochają wolność, którą dają nam samochody łatwe do zatankowania” – usłyszałem raz na spotkaniu z zarządem. Żadnych badań, które by na to wskazywały, nie widziałem. Ale nawet jeśli tak rzeczywiście jest, to nie sądzę, żeby moi rodacy byli gotowi zapłacić dwa-trzy razy więcej za każdy przejechany kilometr niż w przypadku „elektryka” na baterie – akumulatory są 2-3 razy bardziej wydajne przy magazynowaniu energii niż wodór.

Mimo wszystko znajdą się wyjątki od reguły. Pokładam większe nadzieje w klastrach wodorowych – czyli w rejonach przemysłowych, gdzie wodór jest produkowany taniej, bo lokalnie i w masowej skali – pod kątem zaspokojenia potrzeb przemysłu w najbliższym sąsiedztwie. Do kategorii takich obszarów przemysłowych kwalifikują się także różnego rodzaju porty – transport morski i lotnictwo będą mogły więc skorzystać z czystego paliwa.

Kiedy? To może wielu zaskoczyć, ale ta historia już się zaczęła. Choć są to dopiero pierwsze kroki i minie co najmniej 5, jeśli nie 10 lat, zanim wodór będzie mógł konkurować z dzisiejszymi paliwami. Dla przykładu port w Rotterdamie (w Niderlandach) już zaczął przygotowywać się do transformacji wodorowej.

A jak wygląda sytuacja z wodorem wykorzystywanym do magazynowania energii, np. Kwestia jej problematycznych nadwyżek z OZE? Czy to ma w ogóle sens?

To prawda – Odnawialne Źródła Energii mają swoje wady. Dla przykładu zimą, gdy jest dużo mniejsze nasłonecznienie niż latem, a mocnego wiatru akurat nie będzie przez 2 tygodnie, to jak wyprodukować energię? W tym kontekście – także w Polsce – często wspomina się o energii jądrowej. Z perspektywy strategicznej należy zadać sobie jednak pytanie, czy naprawdę potrzebujemy technologii, która musi operować na 95% swej maksymalnej mocy przez cały rok? Według mnie to nie ma sensu i w przyszłości można by w Polsce wykorzystać wodór w ramach strategicznej rezerwy energii w takich sytuacjach. Mamy sprzyjającą geologię do przechowywania wodoru pod ziemią, dzięki której moglibyśmy tworzyć strategiczne magazyny energii.

Bez wątpienia wodór może mieć zastosowanie na rynku mocy do bilansowania tygodni, gdy słońce nie świeci, a wiatr nie wieje. Ale zwykłe akumulatory nadają się lepiej do magazynowania energii w przeciągu dnia głownie z powodu ich wyższej wydajności, o której już wspomniałem przy okazji aut. Strategiczna rezerwa nie będzie więc tak duża, jak wielu uważa. Choć pomysł Orlenu i Energi, by przekształcić bloki gazowe na kompatybilne z wodorem, jest mądrym krokiem, to byłbym ostrożny z budową kolejnych takich bloków. Na dłuższą metę stacjonarne ogniwa wodorowe mogą okazać się tańsze.

Mówiłeś wcześniej, że eksperyment z produkcją czystego wodoru z gazu nie wyszedł. Wielu nie zgodziłoby się z taką opinią. Powiedzieliby, że na razie w ogóle nie powinniśmy się zajmować się niesprawdzonym i lekko futurystycznym rozwiązaniem, jakim jest zielony wodór, a skoncentrować się nad niebieskim odpowiednikiem (z gazu przy przechwytywaniu emisji) i wykorzystać nasz infrastrukturalny potencjał importowy gazu. Co o tym myślisz?

Zielony wodór nie jest niczym futurystycznym. Z technologią elektrolizy mamy ponad sto lat doświadczenia. Historycznie była i nadal jest używana do produkcji chloru, gdzie wodór jest produktem ubocznym. Dzisiejsza dominacja wodoru z gazu i węgla wynika z dwóch przyczyn. Po pierwsze, wcześniej nie interesowaliśmy się emisjami z produkcji wodoru. Po drugie, prąd do elektrolizy prawie zawsze był droższy od gazu do reformowania. Adwent OZE wywrócił to do góry nogami.

Niemal wszystkie inwestycje związane z przychwytywaniem dwutlenku węgla i jego magazynowaniem (CCS) z ostatnich 10-15 lat się nie opłaciły. Pomimo wielu lat badań i rozwoju sektor carbon capture nadal raczkuje.

Jednym z problemów, które nie pozwalają się rozwinąć niebieskiemu wodorowi, jest ryzyko związane z ogromną skalą ich projektów. Kiedy mówimy o wodorze z gazu, musimy mieć przed oczami wielkie instalacje, których moc liczona jest w gigawatach. Do tego potrzebna jest często kompletnie nowa infrastruktura do transportu i przechowywania megaton dwutlenku węgla. Natomiast zielony wodór ma w tej kwestii przewagę – jest modularny, więc można zacząć od zakupu jednego elektrolizera, a jeśli projekt się uda, to można go później rozwinąć, dodając kolejne megawaty, a później nawet 100 MW, jeśli będzie trzeba. To pozwala – przynajmniej z finansowego punktu widzenia – zmniejszyć ryzyko inwestycji w wodór ze źródeł odnawialnych.

Forsowanie rozwiązania gazowego z CCS to jest trochę przestarzałe myślenie, że potrzebujemy wielkich, złożonych jednostek. Dla mnie jest ono analogiczne do koncepcji budowy kolejnego Bełchatowa. Transformacja energetyczna – fotowoltaika, energia wiatrowa i teraz też zielony wodór – to jest historia decentralizacji i nawet, powiedziałbym, demokratyzacji dostępu do energii.

Pomimo mojego braku optymizmu co do kwestii niebieskiego wodoru, nie da się zaprzeczyć, że scentralizowane jednostki również mają swoje zalety. Nie skreślam tej technologii. Myślę, że najlepsze projekty w tej kategorii mają szanse na komercyjny sukces w konkretnych zastosowaniach.

Dzisiaj produkcja wodoru z wykorzystaniem OZE, o której tak optymistycznie mówisz, jest znacznie droższa od odpowiednika z paliw kopalnych, tzw. szarego wodoru. Skąd wziąć na niego pieniądze? Czy da się zachęcić do tego banki?

Rzeczywiście, zielony wodór wciąż jest nawet 2-3 razy droższy niż tradycyjny szary wodór z paliw kopalnych, więc znalezienie finansowania na projekty z nim związane było trudne, ale powoli zaczęło się to zmieniać. Technologia tanieje z dnia na dzień. Osobiście przewiduję, że dzięki europejskiej strategii ceny elektrolizerów i ogniw spadną do 100 euro za 1kW do 2030 roku. W Europejskim Zielonym Ładzie zakłada się setki miliardów na zielone inwestycje. Poszczególne europejskie kraje – takie jak Niemcy, Portugalia, Hiszpania czy Holandia – opublikowały swoje narodowe strategie wodorowe, w których priorytetem jest właśnie wodór z OZE. W ten sposób bankom został wysłany sygnał, że inwestycje w zielony wodór będą realizowane i warto na nie wyłożyć pieniądze. Ponadto – tak jak wspominałem – ważna jest jego modularność, zmniejszająca ryzyko. Ostatnio słyszałem od dyrektora w dużym holenderskim banku, że ma on pełne zaufanie do elektrolizy alkalicznej i udziela na takie inwestycje pożyczki, ale dzisiaj jest to wyjątek, a nie reguła.

W drodze do bankowości zielonych projektów wodorowych jedną z największych przeszkód jest dziś różnica w opodatkowaniu za prąd i za gaz. Ten drugi jest mocno faworyzowany w prawie podatkowym. Dlatego ciężko zielonemu wodorowi konkurować z szarym i uzyskać finansowanie. Kolejną przeszkodą jest brak instrumentów wsparcia dla zielonego wodoru, ale w 2021 r. KE podejmie ten temat.

Parę tygodni temu rzuciła mi się w oczy informacja o tym, że Rosja ogłosiła rozpoczęcie pisania swojej strategii wodorowej. Pomyślałem, że chyba nie myślą oni o OZE, tylko raczej właśnie o niebieskim wodorze. Czy moje przeczucie jest słuszne? A może na razie jeszcze nic nie wiadomo?

Krótka odpowiedź jest taka, że nie wiadomo. Natomiast można się natknąć na parę przecieków. Jakieś pięć lat temu Rosjanie bardzo interesowali się wodorem z gazu. Z tego co rozumiem, to teraz ich myślenie zmieniło się – mówi się o dwóch strategiach. W pierwszej, nie chcą u siebie robić niebieskiego wodoru, m.in. ze względu na problemy z jego transportem na długie dystanse. Teoretycznie można by przerobić wszystkie ich rurociągi do Europy tak, żeby były kompatybilne na wodór, ale racjonalność takiej inwestycji jest podważalna. , Rosjanie woleliby z pewnością nadal wysyłać gaz ziemny do Europy, a dopiero później byłby on reformowany lokalnie na niebieski wodór, np. w Niemczech czy też w Polsce. Transfer wodoru rurociągami przez tysiące kilometrów może być od 2 do 3 razy droższy niż w przypadku gazu ziemnego. Z drugiej strony, ostatnio pojawiła się informacja, że podobno Nord Stream II miałby być kompatybilny z wodorem, więc możliwe, że Gazprom działa wedle logiki „na wszelki wypadek”.

Drugi rosyjski pomysł zakłada wykorzystanie reaktorów nuklearnych do produkcji wodoru (wówczas oznacza się go w publicystyce kolorem fioletowym albo różowym). Jeśli do tego dojdzie, to wtedy Rosjanie będą ten wodór wykorzystywać lokalnie do własnych celów. Choć trzeba podkreślić, że mowa tutaj o już zbudowanych reaktorach. Konstrukcja nowych, docelowo służących do produkcji wodoru się nie opłaca.

Zahaczyłeś o problemy z transportem tego surowca. Ostatnio Niemcy podpisały umowę w tej sprawie z Australią, a wcześniej z Marokiem. Skoro transport jest tak kosztowny, to jaki jest ten niemiecki pomysł na współpracę w kwestii wodoru z tak odległymi państwami?

Na razie są podpisywane umowy albo deklaracje do wykonania jakiegoś projektu. To ma wyglądać tak, że w miejscach, w których jest duże nasłonecznienie, mocny i stabilny wiatr albo i jedno, u drugie, tak jak np. w Australii, będą budowane ogromne farmy wiatrowe i fotowoltaiczne. Pomysł jest taki, żeby później wykorzystać wytworzoną z nich energię do wyprodukowania wodoru i eksportować go na międzynarodowe rynki, np. na gazowcach albo rurociągach.

To jest na razie tylko pomysł. Czy ma on sens? To już jest dosyć kontrowersyjne pytanie. Według mojej analizy, dzisiaj i jeszcze przez wiele lat takie gazowce nie mają sensu i taniej jest produkować wodór lokalnie niż go importować. Ponadto wymagałoby to budowy całkowicie nowej infrastruktury – kompletnie nowych terminalów importu i eksportu, produkcji nowej floty gazowców. Jak dotąd na świecie powstała tylko jedna jednostka, która może przenosić wodór w poważnych ilościach i wyprodukowana została w tym roku.

Produkcja lokalna nie ma takich problemów. Poprzez rurociągi transport jest dużo tańszy, ale koszty skalują się szybko z dystansem. W pewnych miejscach, gdzie rury na gaz już są, to może mieć sens.

Nawet jeśli projekty pomiędzy Australią a Niemcami nie wypalą i nigdy australijski wodór nie przypłynie do portu w Brunsbüttel albo w Hamburgu, to są one o tyle ważne, że pomagają ustalić pewien obraz przyszłego modelowego rynku wodorowego. To jest bardzo ważne, bo tak jak teraz mamy standardy wykorzystania, transportu (harmonizacji infrastruktury, zapewnienia bezpieczeństwa poprzez harmonizację certyfikacji) przy tradycyjnych paliwach, tak samo ważne jest, żeby posiadać je również w kontekście wodoru.

Na koniec prośba o opinię na temat wpływu pandemii na zieloną europejską i polską transformację. Czy ta nasza dzisiejsza dyskusja o wodorze, czyli pewnym jej narzędziu, ma nadal sens?

Myślę, że właśnie z powodu pandemii Europejski Zielony Ład stał się jeszcze bardziej potrzebny, jeszcze ważniejszy. Zarówno COVID-19, jak i zmiany klimatyczne są symptomem tego, że człowiek przekracza ostateczne granice w swojej kooperacji z naturą. Jeśli chcemy zapobiec dalszym kryzysom na tych polach, musimy się upewnić, że nasz rozwój poważnie bierze pod uwagę środowisko naturalne. Produkcja wodoru z OZE zalicza się do tej kategorii i jestem pewien, że odegra ważną rolę w polskiej i europejskiej transformacji energetycznej,

Więcej o gospodarce wodorowej na łamach Klubu Jagiellońskiego można przeczytać we wrześniowym artykule: Czy wodór uratuje świat przed klimatyczną zagładą?

Anglojęzyczna wersja materiału do przeczytania tutaj. Wejdź, przeczytaj i wyślij swoim znajomym z innych krajów!