Produkcja wodoru z odnawialnych źródeł energii: Krok w stronę zrównoważonego rozwoju

Udział energii odnawialnej w miksie energetycznym jest ściśle powiązany ze stabilnością systemu energetycznego. Metody pozyskiwania energii przyjazne środowisku, takie jak energia słoneczna czy wiatrowa, są zależne od warunków atmosferycznych, co ogranicza możliwość dostosowania produkcji energii do bieżących potrzeb konsumpcyjnych. Wyzwania związane z efektywnym magazynowaniem energii elektrycznej skłaniają państwa do utrzymywania elektrowni węglowych i gazowych jako stabilnych źródeł energii. W tym kontekście pojawia się pytanie o rolę energii wodorowej. Czy energia wodorowa ma potencjał, aby stać się kluczowym czynnikiem zmieniającym globalny krajobraz energetyczny?

Wodór: paliwo i magazyn w jednym

Obecnie dominującą metodą pozyskiwania zielonego wodoru jest elektroliza wody. W procesie tym, pod wpływem prądu elektrycznego, cząsteczki wody (H₂O) ulegają rozkładowi na tlen (O₂) i wodór (H₂). Proces ten zachodzi na dwóch elektrodach: katodzie (ujemnej) i anodzie (dodatniej). Na katodzie dochodzi do wydzielenia się wodoru, a jako produkt uboczny powstaje wodór oraz jony OH–. Z kolei na anodzie wydziela się czysty tlen, co umożliwia oddzielenie wolnych atomów wodoru. Do przeprowadzenia elektrolizy, oprócz wody, niezbędna jest energia elektryczna, która coraz częściej pozyskiwana jest z odnawialnych źródeł energii, takich jak farmy fotowoltaiczne i elektrownie wiatrowe. W efekcie, wodór wyprodukowany w ten sposób staje się formą magazynowanej energii, gotowej do wykorzystania w dowolnym momencie.

Oprócz elektrolizy wody, istnieją inne metody produkcji wodoru, wykorzystujące różnorodne źródła energii. Elektrownie wodne, w tym te morskie eksploatujące energię pływów, również mogą być wykorzystane do produkcji wodoru. Jednakże, generowanie wodoru nie ogranicza się wyłącznie do procesów wymagających użycia prądu elektrycznego. Alternatywną metodą jest wykorzystanie biomasy. W procesach takich jak piroliza lub gazyfikacja, biomasa jest poddawana działaniu wysokich temperatur w kontrolowanym środowisku ciśnieniowym. W wyniku tego procesu powstaje biowęgiel, o właściwościach porównywalnych do węgla drzewnego, oraz syngaz. Syngaz zawiera nie tylko metan, tlenek węgla i węglowodory, ale również znaczącą ilość czystego wodoru. Ta metoda stanowi kolejne ekologiczne rozwiązanie w zakresie pozyskiwania wodoru.

Wodór w systemach energetycznych

Elektrownie słoneczne oraz wiatrowe wydawały się doskonałym pomysłem, jednak ich integracja z istniejącą infrastrukturą energetyczną okazała się ogromnym wyzwaniem. Jak to wygląda w przypadku wodoru? W elektrowniach mogą powstać generatory wodoru, duże magazyny oraz silniki wodorowe – taka instalacja umożliwi magazynowanie nadwyżek energii elektrycznej, a w razie potrzeby - błyskawiczne ich wykorzystanie.

Już dziś wodór stanowi podstawowe źródło zasilania wielu flot pojazdów. Wykorzystywany jest także od lat w przemyśle metalurgicznym, spożywczym czy chemicznym, więc metody jego transportu oraz magazynowania są dopracowane i przetestowane.

Czy wodór to paliwo przyszłości?

Przed paliwem wodorowym stoi jeszcze wiele wyzwań. Związane są one głównie z kosztami produkcji i efektywnością jego pozyskiwania. Ważnym zagadnieniem jest też magazynowanie ogromnych ilości tego pierwiastka w elektrowniach. Z drugiej strony konieczna jest budowa stacji wodorowych dla pojazdów oraz instalacji do wytwarzania wodoru. Te wszystkie inwestycje wymagają nie tylko nakładu finansowego, ale przede wszystkim czasu na zaprojektowanie, budowę i uruchomienie.

Aktualnie trwają intensywne badania nad ulepszeniem omawianych metod produkcji. Wprowadzanie nowych elektrod do procesu elektrolizy czy zmiana parametrów pirolizy może zwiększyć efektywność pozyskiwania wodoru i zmniejszyć jego koszty. Efektem wykorzystania zielonego wodoru jest zmniejszenie ilości gazów cieplarnianych, mniejsze zużycie nieodnawialnych źródeł paliw czy lepsza dostępność do zielonego prądu. Istnieją liczne programy współpracy międzynarodowej, w ramach której firmy wymieniają się swoim doświadczeniem i wynikami badań. Przyśpiesza to mozolne doskonalenie procesów wytwarzania wodoru i daje nadzieję, że wkrótce wodór stanie się powszechnie wykorzystywanym elementem miksu energetycznego, a także jednym z głównych paliw do pojazdów. Tylko w ten sposób można zminimalizować wytwarzanie gazów cieplarnianych w branży energetycznej.