Wodór był prawdopodobnie znany już alchemikom w XVI w, którzy w tamtym okresie wykonywali eksperymenty polegające na wrzucaniu metali do różnych kwasów, o czym zbierali produkty reakcji (gazy). Reakcja metali (znano ich wówczas kilka) z kwasami (dysponowano kwasem siarkowym, solnym i azotowym). Z racji, że otrzymane zjawiska nie były jednoznacznie opisanie nie możemy stwierdzić, że gazy które zaobserwowali uwcześni alchemicy były rzeczywiście wodorem. Pierwszy opisał właściwości wodoru chemik angielski HENRY CAVENDISH w 1766r. i dlatego on jest uważany za odkrywcę. Cavendish pracował w okresie, kiedy zaczęto rozróżniać poszczególne rodzaje gazów. Wcześniej utożsamiano wszystkie substancje lotne z powietrzem i taki był los wodoru otrzymywanego przez różnych alchemików. Cavendish otrzymał wodór w reakcji metalu z kwasem, a następnie z mieszaniny wodoru i tlenu, doprowadzając ją do wybuchu, uzyskał ciecz, która okazała się wodą – substancją uznawaną wówczas za pierwiastek! W roku 1783 na podstawie badań przeprowadzonych przez Antoine’a Lavoisiera wodór został uznany jako pierwiastek.
Wodór może być produkowany w wielu różnych procesach. Jednak aby został wyprodukowany potrzebuje jakiegoś źródła energii. To źródło energii i zastosowany proces decydują o tym jak czysty lub brudny jest produkt końcowy.
– wodór oparty na energii elektrycznej – jest wytwarzany w procesie elektrolizy wody, a emisja CO2 zależy wyłącznie od sposobu produkcji energii elektrycznej. Wodór otrzymamy w procesie elektrolizy jest bardzo wysokiej czystości. Proces ten jest jednak bardzo energochłonny dlatego, dąży się aby energia dostarczana była z odnawialnych źródeł energii;
– wodór pochodzący z paliw kopalnych – jego produkcja zachodzi w różnych procesach, w których wykorzystuje się paliwa kopalne. Można wyróżnić szczególnie dwa procesy: reforming gazu ziemnego oraz gazyfikacja węgla. W chwili obecnej reforming gazu zmiennego oraz gazyfikacją węgla są najtańszymi metodami pozyskiwania wodoru. Końcowymi produktami w tych procesach poza wodorem są również tlenki węgla, które w dobie obecnych wytycznych muszą być redukowane. Co sprawia, że w chwili obecnej odchodzi się od produkcji wodoru z paliw kopalnych na rzecz elektrolizy która zasilana jest z OZE;
– wodór niskoemisyjny – oparty na energii elektrycznej, ale obejmuje także wodór oparty na paliwach kopalnych, jednak przy uwzględnieniu procesów CCS umożliwiających wychwytywanie dwutlenku węgla. CO2 wytwarzane podczas produkcji jest wychwytywane i składowane, dzięki czemu emisja CO2 jest zmniejszona.
– – wytwarzany jest przy pomocy metod biochemicznych oraz procesów termochemicznych. W tych procesach wodór podstacje poprzez gazyfikację oraz fermentację biomasy. W tym przypadku również poza wodorem, produktem dodatkowym tych procesów jest CO2. Technologia ta jest jednak mało rozwinięta ze względu na małą dostępność surowca.
Wodór wytwarzany jest obecnie na cztery sposoby. Pierwszym z nich jest elektroliza, proces w który pozyskuję się wodór z wody za pomocą energii elektrycznej. W przypadku wykorzystania energii elektryczną pochodzącej ze źródeł odnawialnych, proces elektrolizy nie wytwarza emisji dwutlenku węgla. W dwóch pozostałych metodach wodór produkowany jest w procesie reakcji termochemicznych z wykorzystaniem węgla (w procesie zgazowania), gazu ziemnego (w procesie reformingu parowego metanu z wychwytywaniem CO2 – CCS), bądź biomasy (procesy biochemiczne i termochemiczne). W chwili obecnej dąży się do tego aby otrzymany wodór był zeroemisyjny (całkowita redukcja CO2), co sprawia, że proces elektrolizy opartej na odnawialnych źródłach energii będzie wypierał znane do tej pory procesy pozyskiwania wodoru.
Ze względu na emisję CO2 powstałą przy produkcji tego pierwiastka przyjęta :
– wodór szary – wyprodukowany przy użyciu paliw kopalnych, takich jak gaz ziemny, jest najpowszechniej używanym rodzajem wodoru, ponieważ koszt jego produkcji jest najniższy. Ze względu na destrukcyjny wpływ na środowisko celem EU, jest odstąpienie od tego typu wodoru;
– wodór niebieski – do jego produkcji również wykorzystuje się paliwa kopalne, jednak za pomocą procesów CCS wychwytuje się powstający dwutlenek węgla. W dobie obecnej rewolucji wodorowej uznawany jest jako „przejściowy” pomiędzy wodorem szarym i zielonym. Wodór niebieski wytwarzany jest przez kraje posiadające duże pokłady gazu ziemnego;
– wodór zielony – powstaje za pośrednictwem odnawialnych źródeł energii. Jest to główny cel EU, która do roku 2050 założyła osiągnięcie całkowitej neutralności klimatycznej.
– – powstaje za pośrednictwem metanu głównego składnika gazu ziemnego, proces ten jest jednak zasilany poprzez energie elektryczna, a nie przez spalanie paliw kopalnych. Wodór turkusowy produkowany jest w małych ilościach, przez kraje posiadające znaczne zasoby gazu ziemnego, podobnie jak wodór niebiski uznawany jest jako „przejściowy”.
Wodór jest najczęściej występującym pierwiastkiem chemicznym we Wszechświecie jest najlżejszym pierwiastkiem chemicznym oraz trzecim najczęściej występującym pierwiastkiem na ziemi. Na ziemi prawie nigdy nie występuje jako pojedyncza cząsteczka, ponieważ jako pierwiastek wodór jest wysoce reaktywny. Wodór jest nośnikiem energii, a nie jej źródłem,
a zatem może dostarczać lub przechowywać zasoby energii. Jest gazem bezbarwnym, bezwonnym, bezsmakowym, łatwopalnym i nietoksycznym (zeroemisyjnym) podczas uniku
w żaden sposób nie zanieczyszcza środowiska (podczas spalania wodoru powstaje woda) Jego temperatura wrzenia wynosi -252,8°C. Z 1kg wodór możemy uzyskać 33 kWh energii.
Wodór jak pozostałe paliwa jest gazem wysoce łatwopalnym, ale nie sprzyja spalaniu paląc się bezbarwnym płomieniem. Cechą charakterystyczną wodoru jest, ze podczas zapłonu płomień oraz fala uderzeniowa rozchodzi się do góry zupełnie inaczej jak w przypadku zapłonu propanu gdzie płomień i fala uderzeniowa rozchodzą się w około miejsca wybuchu. Kluczową rzeczą jest zapewnienie norm bezpieczeństwa produkcji, transportu, magazynowania
i wykorzystania. Odpowiednie przepisy oraz zgromadzone doświadczenie są w stanie to bezpieczeństwo zapewnić i użytkować wodór w sposób bezpieczny jak pozostałe paliwa. Podstawowymi środkami ochronnymi o których należy pamiętać podczas kontaktu z wodorem to m.in.:
– Stosowanie certyfikowanych rozwiązań;
– Stosować trwale uszczelnione konstrukcje oraz połączenia;
– Używać odpowiednich systemów wentylacyjnych dopasowanych do środowiska pracy;
– Przestrzegać stref zagrożenia wybuchem;
– Unikać źródeł zapłonu oraz wyładowań elektrostatycznych;
– Stosować systemy alarmujące i zabezpieczające.
Czynnikami które miały wpływ na negatywne postrzeganie wodoru i uznanie go za substancje wysoko niebezpieczną były katastrofy, w których błędnie założono, że wodór odpowiedzialny był za wywołanie tragedii. Były to m.in.:
– Katastrofa sterowca Hindenburg – początkowo uznano, że katastrofa została wywołana przez zapłon wodoru którym wypełnianie były zbiorniki w jego balonie. Po fakcie okazało się, że katastrofa wywołana była przez pożar został wywołany przez zapłon bawełnianej konstrukcji statku ( zapłon został wywołany przez wyładowanie elektryczne).
– Katastrofa Apollo 13 – uznano, że wodór który znajdował się zbiornikach z paliwem wodorowym oraz w ogniwach wodorowych odpowiedziany był za katastrofę. Okazało się, że czynnikiem które spowodowało zapłon było zwarcie i zapłon okablowania, a wybuch nie miał związku z wodorem.
Szczególny potencjał wodoru dostrzega się w jego magazynowaniu, ponieważ pozwala on na przechowywanie energii odnawialnej nie tylko w dużych ilościach, ale także przez długi czas. Wodór może być magazynowany w formie: gazowej, gazowej sprężonej, ciekłej, wodorków metali i związków organicznych. Podczas przechowywania wodoru należy pamiętać, że wodór ze względu na mały rozmiar cząsteczki ma tendencje do utleniania się. Dlatego zbiorniki do magazynowania wodoru musza być wykonane z szczelnych i mocnych materiałów, które pozwolą na bezpieczne przechowywanie przy zachowaniu minimalnych strat zmagazynowanego paliwa, przykładem takiego materiału jest stal o dużej gęstości.
Plany w zakresie magazynowania wodoru zakładają wykorzystanie zastosowań stacjonarnych – powierzchniowych zbiorników przystosowanych do magazynowania wodoru w stanie ciekłym i gazowym. Ze wszystkich metod przechowywania wodoru sprężanie wodoru jest najbardziej efektywne ponieważ zbiorniki obecnie dostępne na rynku zapewniają minimalne straty zmagazynowanego wodoru. Przekształcenie wodoru w stan ciekły nakłada utrzymywanie wodoru w temperaturze -253 ⁰C w kriogenicznych zbiornikach. Podczas składowania wodoru w tej formie dochodzi do strat zgromadzonego paliwa w wyniku parowania wodoru. Drugim sposobem magazynowania wodoru mają być naturalne układy geologiczne – kawerny solne, zubożałe zbiornik gazu ziemnego lub ropy naftowej. Ponadto, wodór może być również magazynowany pod postacią związków chemicznych np. amoniaku lub wykorzystując infrastrukturę np. w gazociągach, stacjach tankowania wodoru.
Wodór może być transportowany przez specjalnie przystosowane gazociągi do jego przesyłu. Rurociągi do przesyłu wodoru wykonane są z rur kompozytowych (stal o wysokiej czystości + materiały kompozytowe poprawiające własności izolacyjne rurociągu). Ciśnienie pracy rurociągu może wahać się w zakresie od 20 do 210 bar. Wodór może być transportowany również , za pomocą specjalnie do tego przystosowanych środków ciężkiego transportu np. cystern, statków morskich (pod postacią ciekłą lub gazową) lub chemicznych nośników energii np. amoniaku.
Wodór jako nośnik energii posiada bardzo szerokie zastosowanie w wielu gałęziach gospodarki. Wodór można wykorzystać w przemyśle do np. do produkcji stali, metali specjalnych i półprzewodników. Stosowany jest również bezpośrednio w procesach produkcyjnych (palniki do cięcia, lutowanie, spawanie metali). Wodór w procesach produkcyjnych ze względu na swoją zeroemisyjność coraz częściej zastępuje paliwa kopalne jak np. węgiel czy gaz ziemny czego przykładem może być proces wyżarzania w hutach stali czy szkła. W przemyśle chemicznym, wodór służy do produkcji amoniaku, a tym samym nawozów i metanolu. Wodór stosowany jest również w przemyśle spożywczym jako dodatek do żywności (E949), gdzie w szczelnych opakowaniach chroni ją przed zepsuciem. Ponadto wodór może być również wykorzystany do produkcji paliw i gazów syntetycznych w procesie Power-to-X.
Przede wszystkim wodór jest wykorzystywany w ogniwach paliwowych, które znajdują swoje zastosowanie w urządzeniach przenośnych (telefony komórkowe, laptopy), samochodach osobowych (samochody osobowe), transporcie zbiorowym (autobusy, pociągi) oraz w obszarze produkcji energii do generatorów (energetyka).
Ogniwo paliwowe to elektrochemiczny konwerter energii, w którym wodór i tlen reagują, w sposób kontrolowany i bez spalania, na wodę, wytwarzając w ten sposób energię elektryczną i ciepło. Ten sam proces działa odwrotnie podczas elektrolizy. Ogniwo paliwowe ma konstrukcje podobna do baterii jest podzielone na dwie części: anodę oraz cienką membranę – Polimerową Membranę Elektrolitową (PEM). Membrana ta jest pokryta z obu stron katalizatorem i elektrodą przepuszczającą gaz.
Wodór dostaje się do układu przez cienkie kanały gazowe po stronie anody, natomiast tlen po stronie katody. Rozkładany jest na elektron na anodzie i proton wodoru. Dodatnio naładowane protony mogą przepływać przez PEM, natomiast ujemne elektrony nie. W ten sposób wytwarzany jest prąd. Jeśli elektrody są połączone, płynie prąd stały. Produktem ubocznym tej reakcji elektrochemicznej jest: ciepło wytworzone podczas reakcji, czysta woda (H2O) oraz niewykorzystany tlen.
Ogniwo paliwowe działa jak generator prądu, jest urządzeniem elektrochemicznym, które przekształca energię chemiczną bezpośrednio w energię elektryczną. Najczęściej paliwem zasilającym jest wodór, który łączy się z tlenem w wyniku czego powstaje prąd, woda oraz ciepło. W procesie tym nie powstają żadne inne produkty, dlatego też energia elektryczna uzyskana w ten sposób jest neutralna dla środowiska. Budowa ogniwa paliwowego jest niezwykle prosta. Z jednej strony dostarczany jest wodór, który na anodzie rozbijany jest na proton i elektron. Pomiędzy elektrodami znajduje się membrana (elektrolit), która przewodzi tylko protony, wobec czego elektrony kierowane są zewnętrzną ścieżką.
Obecnie wykorzystuję się szereg różnych typów ogniw paliwowych. Najbardziej popularnym i najdalej rozwiniętym rodzajem są membrany polimerowe (PEM) stosowane np. w elektrolizerach. Średnia sprawność ogniw paliwowych wynosi 50-60 %. 1 kg wodoru może wyprodukować około 16 kWh energii elektrycznej.
Dolina wodorowa to obszar geograficzny (miasto, region, wyspa lub obszar przemysłowy), w którym kilka zastosowań wodoru łączy się w zintegrowany ekosystem. Idealnie, jeżeli połączenie obejmuje cały łańcuch dostaw wodoru: produkcję, przechowywanie, dystrybucję i końcowe wykorzystanie. Łączenie poszczególnych projektów, budowanie partnerstw strategicznych na rzecz rozwoju transportu niskoemisyjnego ochrony środowiska, rozwoju zaawansowanych technologiczne przemysłów stanowi kolejny etap rozwoju gospodarki wodorowej w perspektywie długoterminowej.
Przykłady zagranicznych dolin wodorowych to m.in.:
– Dolina Wodorowa w Groningen:
https://www.newenergycoalition.org/en/hydrogen-valley/
– Dolina wodorowa w Puglia:
– Pomorska Dolina Wodorowa:
https://klasterwodorowy.pl/pomorska-dolina-wodorowa,53,pl
– Podkarpacka Dolina Wodorowa:
https://rzeszow.uw.gov.pl/aktualnosci/na-podkarpaciu-powstanie-dolina-wodorowa
– Dolnośląska Dolina Wodorowa:
-Mazowiecka Dolina Wodorowa:
-Wielkopolska Dolina Wodorowa:
http://iw.org.pl/wielkopolska-dolina-wodorowa/
Na chwilę Polska zakłada budowę pięciu powyższych dolin wodorowych, nie wykluczone, że w kolejnych latach na terenie naszego kraju budowane będą kolejne.
W 2020 roku Komisja Europejska przyjęła specjalną strategię dotyczącą wodoru w Europie. Ma ona na celu połącznie różnych działań w wymiarze międzynarodowym: od badań i innowacji, po produkcję i infrastrukturę. Szczególną uwagę zwraca się na sprawdzenie w jaki sposób wykorzystywanie wodoru produkowanego ze źródeł odnawialnych może przyczynić się do efektywnej dekarbonizacji gospodarki UE i tym sposobem wypełnienia założonych zobowiązań klimatycznych.
To plan działań mający sprawić, że Europa stanie się pierwszym neutralnym dla klimatu kontynentem. Główne cele zakładają osiągnięcie zerowego poziomu emisji gazów cieplarnianych netto w 2050 roku, oddzielenie wzrostu gospodarczego od zużywania zasobów oraz wspólne działania tak, aby żaden region ani żadna osoba nie pozostały w tyle. Zaproponowano również europejskie prawo o klimacie, aby przekształcić zobowiązania polityczne w zobowiązania prawne. W ten sposób dla gospodarki każdego państwa członkowskiego niezbędnym będzie wspieranie innowacji przemysłowych, inwestycji w technologie przyjazne do środowiska, wprowadzania czystszych form transportu prywatnego i publicznego; jak i również dążenie do obniżania emisji sektora energii, zapewnienie większej efektywności energetycznej budynków oraz współpraca z partnerami międzynarodowymi w celu poprawy światowych norm środowiskowych.
Na poziomie unijnym istnieje wiele programów wspierających rozwój gospodarki wodorowej. Zatwierdzona przez Komisję Europejską Strategia w zakresie wodoru na rzecz Europy neutralnej dla klimatu zakłada powstanie różnych form wsparcia dla łańcucha dostaw wodoru.
Powołano Sojusz na rzecz Czystego Wodoru, który poprzez współpracę z Komisja będzie wspomagać dobrze skoordynowane inwestycje i działania w gospodarce wodorowej w kilku państwach członkowskich. Służy do tego specjalny instrument IPCEI umożliwiający przeznaczenie pomocy państwa na skorygowanie niedoskonałości rynku wpływających na realizację dużych, transgranicznych, zintegrowanych projektów w zakresie wodoru, które to projekty w znacznym stopniu przyczynią się do osiągnięcia celów klimatycznych.
Ponadto w ramach nowego instrumentu na rzecz odbudowy, NextGeneration EU, ponad dwukrotnie zwiększone zostaną środki dostępne w programie InvestEU. W ramach programu nadal będzie wspierane wdrażanie wodoru, w szczególności poprzez tworzenie zachęt dla inwestycji prywatnych o silnym efekcie mnożnikowym, za pomocą pierwotnych czterech segmentów polityki oraz nowego segmentu inwestycji strategicznych.
Państwa członkowskie, które nadały wodorowi odnawialnemu i wodorowi niskoemisyjnemu strategiczną rolę w krajowych planach w dziedzinie energii i klimatu będą mogły liczyć na wymianę poglądów z Komisją Europejską na temat ich planów dotyczących wodoru za pośrednictwem grupy eksperckiej Hydrogen Energy Network (HyNet). Celem tego instrumentu będzie wspieranie inwestycji i reform państw członkowskich mających zasadnicze znaczenie dla trwałej odbudowy.
Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego i Fundusz Spójności otrzymają dodatkowe zasoby w ramach inicjatywy REACT-EU by wspierać innowacyjne rozwiązania w dziedzinie wodoru odnawialnego i wodoru niskoemisyjnego poprzez transfer technologii, partnerstwa publiczno-prywatne, a także linie pilotażowe do testowania nowych rozwiązań lub do wczesnej walidacji produktów. Regiony zmagające się z wysokim poziomem emisji dwutlenku węgla mogą liczyć na wsparcie w ramach mechanizmu Sprawiedliwej Transformacji.
Instrument „Łącząc Europę” umożliwia finansowanie specjalnej infrastruktury do potrzeb technologii wodorowych, zmianę przeznaczenia sieci gazowych, projektów wychwytywania dwutlenku węgla i stacji tankowania wodoru.
W celu wspierania badań naukowych i innowacji w zakresie technologii wodorowych Unia Europejska powołała Wspólne Przedsiębiorstwo na rzecz Technologii Ogniw Paliwowych i Technologii Wodorowych. Poprzez współpracę z Sojuszem na rzecz Czystego Wodoru i wprowadzenie ramowego programu „Horyzont Europa” szczególne wsparcie otrzymają badania, rozwój i demonstracja w zakresie technologii w celu doprowadzenia ich do gotowości rynkowej, a także działania związane z uprzemysłowieniem przyczyniające się do dalszej redukcji kosztów i zwiększenia konkurencyjności.
W latach 2020-2030 na finansowanie technologii niskoemisyjnych przeznaczono ok. 10 mld euro w ramach funduszu innowacyjnego. Fundusz ma posłużyć do zmniejszania ryzyka dużych i złożonych projektów, dzięki czemu stwarza możliwość do wprowadzenia technologii wodorowych na szeroką skalę.
Na poziomie krajowym Ministerstwo Klimatu i Środowiska przyjęło projekt „Polskiej Strategii Wodorowej do roku 2030 z perspektywą do 2040 r.” określający cele i działania dotyczące rozwoju krajowych kompetencji i technologii na rzecz budowy niskoemisyjnej gospodarki wodorowej. Dokument ma określać aktualny stan rynku wodoru, przedstawiać podstawowe przeszkody technologiczne i biznesowe oraz wytyczać kierunki rozwoju tak, aby wodór stał się konkurencyjny względem paliw konwencjonalnych. Przewiduje się łącznie 40 działań na rzecz wyznaczonych celów zmierzających do powstania gospodarki wodorowej.
Regiony mogą korzystać z wyżej już wspomnianego Regionalnego Programu Operacyjnego, który określa obszary w jakich samorządy województwa będą działać na rzecz wspierania regionu. Przykładem takiego wsparcia może być Pożyczka Ekoenergetyczna wpisana w WRPO, która stanowi pomoc dla przedsiębiorców z sektora MŚP z obszaru województwa wielkopolskiego działających w dziedzinie gospodarki niskoemisyjnej.
W Wielkopolsce istnieje kilka projektów działających na rzecz rozwoju gospodarki wodorowej. W rejonie Konina powstała Wielkopolska Dolina Energii. Inicjatywa ma na celu wsparcie procesu transformacji energetycznej i tworzenie ekologicznego przemysłu opartego na OZE i najnowszych technologiach.
Samorząd Województwa Wielkopolskiego prowadzi dwa projekty związane z budową ekosystemu wodorowego w regionie, w ramach których udało się stworzyć skuteczną platformę współpracy między przedstawicielami biznesu, samorządów oraz nauki. W ramach projektów powstało wiele inicjatyw służących nie tylko promocji regionu, ale także zapewniających wsparcie doradcze dla firm, oferujących wymianę doświadczeń oraz idei w ramach Wielkopolskiej Platformy Wodorowej, czy oferujących materiał dydaktyczny dla szkół ponadpodstawowych i uczelni w ramach inicjatywy „Szkoła Wodorowa”. Te oraz wiele innych wspólnych działań w obszarze rozwoju technologii niskoemisyjnych, ze szczególnym uwzględnieniem wodoru, doprowadziły do powstania Wielkopolskiej Doliny Wodorowej.
Każdy samochód wodorowy to samochód elektryczny (samochód posiada akumulator, silnik elektryczny oraz ogniwo paliwowe ze zbiornikiem wodoru), ale nie każdy elektryczny to wodorowy. Zatem jedyna różnicą pomiędzy tego typu pojazdami jest posiadanie ogniwa paliwowego:
Pojazdy zasilane bateriami elektrycznymi (BEV – Battery Electric Eehicles) – zasilenie baterii znajdujących się w samochodzie odbywa się poprzez podłączenie samochodu do stacji ładowania.
Pojazdy elektryczne z ogniwami paliwowymi ( FCEV – Fuel Cell Electric Vehicles) – zasilenie baterii znajdujących się w samochodzie przez energie elektryczną z ogniw paliwowych.
Ogniwo paliwowe to urządzenie, które bez spalania paliwa i utleniacza zamienia ich energię chemiczną bezpośrednio w energię elektryczną. Współcześnie najczęściej wykorzystywanym paliwem jest wodór, a utleniaczem – tlen. W ogniwach paliwowych można jednak wykorzystywać inne paliwa, np. metan, kwas mrówkowy, amoniak.
Różnicą pomiędzy samochodami elektrycznymi z ogniwami paliwowymi, a samochodami zasilanym akumulatorami jest sprawność układu. W samochodach zasilanych ogniwami paliwowymi sprawność procesu jest niższa o ok 40-50 % niż w przypadku aut akumulatorowych. Proces ten jest dużo bardziej energooszczędny jak w przypadku aut z napędem spalinowym.
Na ten moment istnieje projekt strategii wodorowej, który cały czas jest w opracowaniu. Obecnie opracowywany i konsultowany projekt „Polskiej Strategii Wodorowej do roku 2030 z perspektywą do 2040 r.” określa cele i działania dotyczące rozwoju krajowych kompetencji i technologii na rzecz budowy niskoemisyjnej gospodarki wodorowej. Odnoszą się one do trzech sektorów wykorzystania wodoru – energetyki, transportu i przemysłu, a także do jego produkcji, dystrybucji oraz koniecznych zmian prawnych i finansowania.
W projekcie „Polskiej Strategii Wodorowej” wskazano 6 koniecznych do osiągnięcia celów:
– Cel 1 – wdrożenie technologii wodorowych w energetyce;
– Cel 2 – wykorzystanie wodoru jako paliwa alternatywnego w transporcie;
– Cel 3 – wsparcie dekarbonizacji przemysłu;
– Cel 4 – produkcja wodoru w nowych instalacjach;
– Cel 5 – sprawna i bezpieczna dystrybucja wodoru;
– Cel 6 – stworzenie stabilnego otoczenia regulacyjnego.
Strategia przewiduje łącznie 40 działań na rzecz realizacji wyznaczonych celów, zmierzających do wykorzystania polskiego potencjału technologicznego, naukowego i badawczego w zakresie nowoczesnych technologii wodorowych i powstania polskiej gałęzi gospodarki wodorowej.
Japonia: jest najprawdopodobniej najbardziej zaawansowanym rynkiem zielonego wodoru na świecie. Jako pierwsza zatwierdziła Podstawową Strategię Wodorową (2017). Zakłada ona dywersyfikację źródeł pozyskiwania wodoru, odegranie przewodniej roli w rozwoju technologii wodorowych, edukację społeczeństwa, wzmacnianie współpracy regionalnej, a także inwestycje w rozwój międzynarodowego łańcucha dostaw, co wynika z niewielkich zasobów surowcowych tego kraju.
Korea Południowa: rząd uchwalił tam Mapę Drogową dla gospodarki wodorowej zakładając zwiększenie produkcji pojazdów elektrycznych napędzanych ogniwami wodorowymi, rozbudowę stacji tankowania do 1200 oraz zwiększenie podaży ogniw paliwowych, a w efekcie osiągnięcie obniżenia ceny wodoru.
Australia: przyjęła Federalną Strategię Wodorową pod koniec 2019 roku, w której drogę do osiągnięcia ekosystemu wodorowego podzielili na dwa etapy. Pierwszy z nich kładzie nacisk na ocenę potrzeb w zakresie infrastruktury łańcucha dostaw, przyspieszenie priorytetowych projektów pilotażowych i demonstracyjnych, budowa demonstracyjnych hubów wodorowych oraz praca nad ich ciągłym rozwojem. W kolejnym etapie prace będą polegać przede wszystkim na zwiększeniu skali projektów w celu wsparcia potrzeb krajowych i eksportu.
Stany Zjednoczone: Podczas gdy USA jako całość ledwo zasługuje na wzmiankę w zakresie rozwoju zielonego wodoru, jeden stan, Kalifornia, ściga się, aby stać się światowym liderem rynku. Zainteresowanie Kalifornii wodorem jest napędzane częściowo przez agresywne cele dekarbonizacji, w tym stopniowe wycofywanie wszystkich autobusów napędzanych olejem napędowym lub gazem ziemnym do 2040 roku, a częściowo przez obecność niektórych z najbardziej znanych w branży twórców technologii. Najważniejszym z nich jest producent ogniw paliwowych Bloom Energy z Doliny Krzemowej.
Holandia: swoją Strategię Wodorową ogłosiła w 2020 roku. Celem rządu jest wspieranie zrównoważonego rozwoju technologii wodorowych, głównie produkcji wodoru za pomocą elektrolizy wykorzystując odnawialne źródła energii. Ponadto Holenderskie Gasunie zamierza uruchomić giełdę wodoru. Prowadzi już badania na ten temat i zamierza promować jak najmniej emisyjne źródła tego paliwa. Projekt jest wciąż przedmiotem rozważań, ale zyskał już nazwę HyXChange. W kraju pojawiło się już wiele innych projektów wspierających rozwój ekosystemu wodorowego, np. HyDelta pomaga eliminować przeszkody na drodze do zwiększania skali produkcji wodoru; Hydrogen Markets analizuje rynek wodoru żeby ułatwić lepsze zrozumienie obecnych ograniczeń i umożliwić pokonanie ich; HEAVENN projekt zakładający powstanie doliny wodorowej; NorthH2 zajmuje się rozbudową infrastruktury OZE, która będzie wspierać produkcję zielonego wodoru; Hydroports w projekcie biorą udział trzy holenderskie porty, które będą rozwijać rozległą infrastrukturę wodorową w północno-zachodniej Holandii; MissionH2 główny celem jest zwiększanie świadomości na temat zrównoważonego potencjału wodoru wśród lokalnej opinii publicznej oraz promocja inicjatyw i projektów związanych z wodorem.
Norwegia: uważana za pioniera w dziedzinie technologii wodorowych. Produkcja tego pierwiastka na dużą skalę została uruchomiona już w 1929 roku. Od tego momentu wodór jest jednym z elementów przemysłu. W ostatnich latach organizacje SINTEF, IFE oraz NTNU odgrywają wiodącą rolę w badaniach nad wodorem jako nośnikiem energii. W 2005 roku rząd uchwalił krajową strategię wodorową koncentrującą się na koordynacji działań badawczo-rozwojowych, a w 2009 roku utworzył projekt HyNor mający być prawdziwą „autostradą wodorową”. Rząd deklaruje chęć promocji produkcji, magazynowania i wykorzystywania wodoru by do 2050 roku ograniczyć emisję gazów cieplarnianych o 80-95%.
Niemcy: postrzegają wodór jako potencjalnie wykorzystywany w “różnych zastosowaniach, w tym w transporcie i dekarbonizacji przemysłu”. Kraj, będący już liderem w rozwoju technologii wodorowej, zmierza do podniesienia swojej pozycji dzięki planom dotyczącym 20 laboratoriów badawczych, o całkowitym budżecie 100 milionów euro (110 milionów dolarów), z których pierwsze zostanie zaprezentowane latem 2020. Wodór jest jednym z najgorętszych tematów w transformacji energetycznej w tym kraju. Aby zachęcić do stosowania wodoru, Niemieckie Ministerstwo Gospodarki zaproponowało utworzenie europejskiej i międzynarodowej certyfikacji technologii wodorowych, badając sposoby sprzedaży tych technologii i szukając krajów partnerskich. Niemiecka Narodowa Strategia Wodorowa przyjęta w czerwcu 2020 zakłada, że w roku 2030 zainstalowane zostanie pięć elektrolizerów o mocy 5 GW do produkcji 14 TWh zielonego wodoru, co zapewni 15 procent wodoru zużywanego w Niemczech
Francja: w uchwalonym wieloletnim planie energetycznym na lata 2019-2028 Francja postanowiła nadać wodorowi rolę filaru przemian energetycznych. Do 2028 planuje przejść z wodoru pochodzącego z paliw kopalnych na wodór produkowany w elektrolizerach za pomocą odnawialnych źródeł energii. Ma zamiar również posiadać w swojej flocie 20 000 – 50 000 lekkich pojazdów ciężarowych napędzanych ogniwami paliwowymi, 800 – 2 000 ciężkich pojazdów ciężarowych oraz 400 – 1 000 stacji tankowania wodoru.
Hiszpania: zatwierdziła plan działań na rzecz wodoru, szczególnie stawiając na wodór zielony. Swoją szansę szczególnie upatruje w sprzyjających warunkach środowiskowych, które pozwolą na powstanie dużych elektrowni wiatrowych i słonecznych (nie tylko na lądzie, ale również na morzu) umożliwiających produkcję zielonego wodoru. Ponadto do 2030 roku planuje uruchomienie elektrolizerów o łącznej mocy 4GW. Poza największymi projektami prowadzonymi w Madrycie, Walencji oraz na Majorce istnieje również 20 mniejszych, które zostały wyróżnione w europejskim programie IPCEI, i które dotyczą produkcji zielonego wodoru żeby w kolejnym etapie wykorzystać go m.in. do produkcji stali, nawozów lub paliw syntetycznych.
Chile: kraj niedawno przyjął strategię na rzecz zielonego wodoru, jednak dokument jest jeszcze poddany konsultacjom publicznym. Projekt opiera się na trzech głównych założeniach: w 2025 roku posiadać elektrolizer o mocy 5GW, do 2030 roku Chile chce produkować wodór po najniższej cenie na świecie, natomiast do 2040 zamierza stać się jednym z trzech głównych eksporterów wodoru na rynku.
Kanada: w drodze do osiągnięcia neutralności klimatycznej w 2050 roku chce stać się jednym z głównych dostawców technologii wodorowych na świecie. Kraj zamierza rozbudowywać ten obszar przemysłu zwłaszcza w dziedzinach gospodarki, w których trudno jest zaadaptować energię elektryczną. Szacuje się, że rozwój gospodarki wodorowej zapewni ok. 350 tys. dodatkowych miejsc pracy i stworzy krajowe oraz międzynarodowe bazy dostaw.
Obecnie wodór transportowany jest z miejsca produkcji za pomocą rurociągów bądź za pomocą specjalnych cystern. Wszystko uzależnione jest od zapotrzebowania miejsca oraz wielkości miejsca gdzie będzie transportowane paliwo. Infrastruktura wodorowa jest wykorzystywana w danym układzie musi składać się ze sprawdzonych i certyfikowanych elementów, ponieważ muszą pracować pod bardzo wysokim ciśnieniem. Oczekuje się, że stację do tankowania pojazdów z wodorowymi ogniwami paliwowymi o średniej i dużej pojemności maja sprężać wodór w zakresie ciśnień 350-900 bar i dozować go z prędkością do 10 kg/min. W zależności od wielkości oraz przeznaczenia infrastruktura wodorowa składa się z:
– Dyspenserów – służących do tankowania wodorem. Kompresory mają określoną wartość tankowania (350, 700, 900 bar) ;
– Zbiorników na wodór – służą do magazynowania wyprodukowanego wodoru, ich rodzaj uzależniony od wielkości ciśnienia w jakim składowany jest wodór;
-Rurociągów do transportu wodoru – wykonanych z materiałów kompozytowych, mogących pracować pod różnym ciśnieniem;
– Elektrolizerów – które odpowiedzialne są za produkcję wodoru.
– Ogniw paliwowych – odpowiedzialne są za zasilanie.
– Kompresorów oraz układów hydraulicznych mających za zadanie utrzymanie odpowiedniego ciśnienia w całej instalacji.
– zespołu pomp oraz zbiorników pośrednich.
Hub wodorowy – jest to ogół infrastruktury potrzebnej do produkcji wodoru. W skład hub-ów wodorowych wchodzą: instalacja do produkcji wodoru, infrastruktura logistyczna oraz dystrybucyjna. Wielkość i rodzaj instalacji wchodzących w skład hub-ów uzależniony jest od tego z czego pozyskiwany jest wodór.