W rozmowie z EkoGuru.pl, Tomoho Umeda wyjaśnia na czym będzie polegała transformacja gospodarek na zasilanie wodorowe. Dziś już wiemy, że stoimy na progu wielkiej rewolucji, ale czy Polska jest odpowiednio przygotowana na tak daleko idące zmiany?
Wodór jest paliwem, które od dawna uważane jest, że bezpośrednią konkurencję dla paliw kopalnych. Przejście na gospodarkę zeroemisyjną, zasilaną wyłącznie wodorem, w wielu branżach jest już pewne i powoli zaczynamy sobie zdawać sprawę z tego co to oznacza. W rozmowie z portalem EkoGuru.pl, Tomoho Umeda wyjaśnia na czym będzie polegała owa rewolucja i czy jesteśmy na nią przygotowani.
Mateusz Tomanek, EkoGuru.pl: Na czym polega elektroliza wody?
Tomoho Umeda: Tak naprawdę, to wszyscy wiemy na czym polega elektroliza wody, ponieważ każdy w szkole robił doświadczenie z elektrolizą. Reakcja elektrolizy polega na otrzymywaniu produktów tego procesu czyli wodoru (na ujemnie naładowanej katodzie) i tlenu (na dodatnio naładowanej anodzie) przy użyciu podłączenia prądu stałego. Urządzenia służące do tego procesu to elektrolizery, te które dzisiaj stosujemy do wytwarzania zielonego wodoru działają na dokładnie tej samej zasadzie. Różnica jest taka, że w skali przemysłowej są one bardziej wydajne. W elektrolizerach również jest anoda, katoda i zbiornik z wodą. W zależności od typu urządzenia ta elektroliza odbywa się w różnych temperaturach oraz używana jest inna klasa wody, ponieważ może ona mieć różny skład. Co do zasady jest to metoda stara i znana jest od ponad stu lat i co ciekawe miała już wielokrotnie szansę zaistnieć, ale za każdym razem kiedy próbowano ją zastosować na cele transportowe czy przemysłowe, to zawsze pojawiało się jakieś inne paliwo. Dopiero teraz doszliśmy do momentu, w którym wszystkie inne paliwa muszą zniknąć i zostaje nam wodór jako podstawowe paliwo pierwszego wyboru, wszędzie tam gdzie nie uda się wykorzystać bezpośrednio energii elektrycznej.
Skąd pewność, że teraz nie pojawi się jakieś kolejne paliwo, które ponownie zatrzyma rozwój paliwa wodorowego?
Jeśli pojawiłoby się takie paliwo, to musiałoby ono być zeroemisyjne i dostępne na masową skalę, a taki właśnie jest wodór. Badania w tym zakresie trwają od stuleci i jak do tej pory to wodór okazuje się najpowszechniej dostępnym paliwem, ze względu na pokaźne zasoby wody morskiej na całym świecie. Oczywiście można myśleć o paliwach związanych z biogazem lub z biomasą tylko, że wolumen takich produkcji byłby o dwa rzędy wielkości mniejszy niż wolumen, który możemy wygospodarować na wodorze. Nie ma bowiem gazowni, która jest w stanie wyprodukować więcej niż 2, może 3 MW energii. Może gdzieś są gazownie zdolne wyprodukować 5 MW, ale to jest absolutne maksimum i są to bardzo małe wartości jeśli porównać je z elektrolizerami, które już teraz działają. To już są wartości rzędu 6-10 MW, a nawet 100 MW, a za chwilę będzie to 1 GW. Trudno więc sobie wyobrazić, że biopaliwo zajmie miejsce wodoru. Z kolei paliwa syntetyczne w głównej mierze są pochodnymi wodoru, właśnie ze względu na jego wysoką gęstość energetyczną. Wodór może być paliwem docelowym, jak i surowcem w procesie tworzenia takich produktów jak amoniak, zielony metanol czy zielone paliwa syntetyczne (np. planowane do użycia w lotnictwie paliwa SAF). Jeżeli mówimy o zastosowaniach które nie podlegają bezpośredniej elektryfikacji, takich jak wysokotemperaturowe procesy wymagające palników, turbin etc. to niezależnie od paliwa docelowego podstawą w gospodarce zeroemisyjnej zawsze będzie wodór z elektrolizy.
Czy obecnie produkuje się zielony wodór na skalę przemysłową?
Oczywiście. W tej chwili są już zainstalowane elektrolizery 10 MW i one już pracują w Europie. W trakcie budowy są już instalacje o mocy 50 MW i 100MW. W Polsce możemy mieć wrażenie, że to jest coś zupełnie nowego, ponieważ nasz kraj absolutnie przespał ostatnie dziesięć lat kiedy reszta Europy i rozwiniętych państw świata zajmowała się rozwijaniem technologii wodorowych. W związku z tym dla nas jest to zupełnie nieznany teren, który musimy zacząć bardzo szybko eksplorować jeśli chcemy zachować konkurencyjność naszej gospodarki w zmieniających się realiach. Co istotne, musimy to zrobić razem, ponieważ wyścig o spowolnienie i powstrzymanie zmian klimatu dotyczy wszystkich, podobnie jak wszystkich nas będą dotyczyć nowe regulacje, które wymuszą redukcję, a docelowo zerowy poziom emisji – w każdej branży. Przykry dla nas fakt to, że w Niemczech, Hiszpanii, Holandii, krajach Skandynawskich, we Włoszech, a nawet w Czechach te technologie były przez ostatnie dziesięć lat intensywnie rozwijane w związku z czym w tych krajach są producenci i dostawcy technologii wodorowych czego u nas jest bardzo, bardzo niewiele. Są co prawda bardzo ciekawe firmy, ale nie ma żadnej, którą można byłoby pokazać jako tą, która ma szansę konkurować w Europie.
W Polsce jednak produkuje się wodór, ale nie zielony
Produkujemy milion ton wodoru rocznie i o tym się często mówi podając, że jesteśmy piątym krajem świata w produkcji wodoru. I faktycznie tak jest, ponieważ sama Grupa Azoty produkuje blisko pół miliona ton wodoru, ale ten wodór jest wyłącznie procesowy i otrzymywany w wysokoemisyjnym procesie reformingu parowego metanu (SMR), który na 1kg wodoru generuje ok. 10kg CO2
Co oznacza, że jest procesowy?
To znaczy, że wodór używany jest jako gaz w procesie produkcyjnym np. amoniaku, czy stali. W Grupie Azoty wytwarza się metanol z reformingu parowego i z niego wytwarza się wodór, a następnie miesza się go z azotem atmosferycznym i przy użyciu metody Habera Boscha powstaje z tego amoniak. Sam wodór występuje w tym procesie samodzielnie tylko przez chwilę więc można powiedzieć, że jest go pół miliona ton, ale nie jest to wodór, który moglibyśmy do czegoś użyć. Nie zmienia to faktu, że skoro tyle tego wodoru produkujemy, to dzięki temu mamy już odpowiednie środowisko regulacyjne. Znamy i stosujemy wszystkie przepisy dotyczące bezpieczeństwa i to od dziesiątek lat. Także w tym zakresie trzeba powiedzieć, że obecność szarego wodoru w Polsce daje nam pewną dojrzałość rynku w sensie regulacyjnym. Niewiele trzeba u nas zmienić, żeby wodór mógł zaistnieć w skali masowej. To jest szalenie istotny element i realna przewaga Polski.
Skąd mamy brać energię, żeby produkcja zielonego wodoru była opłacalna?
Musimy sobie zdać sprawę z tego czym tak naprawdę jest wodór. On nie jest sam w sobie wartością (choć tocząca się debata nad wprowadzeniem Unijnych gwarancji pochodzenia dla wodoru może zadać kłam temu stwierdzeniu), a nośnikiem energii. Mówiąc o rozwoju wodoru musimy sobie uświadomić czym jest dekarbonizacja, ponieważ mam wrażenie, że nie wszyscy to rozumieją. Dekarbonizacja oznacza, że w 2050 roku nie będzie istnieć ani rynek ropy, ani rynek węgla, ani rynek gazu. Wszystko co dzisiaj napędzane jest tymi paliwami węglowodorowymi będzie musiało przejść na zasilanie zeroemisyjne, czyli transport, rolnictwo czy przemysł.
Zeroemisyjny wodór pochodzi ze źródeł odnawialnych czyli każdy kilogram wodoru zastosowany w przyszłości w gospodarce, który zastąpi ropę, gaz i węgiel będzie wyprodukowany z energii odnawialnej. Tak naprawdę mówimy o tym, że jeżeli dzisiaj rynek energii w Polsce wynosi 172 TWh rocznie, to cała reszta, która nie jest rynkiem energii, ale zużywa energię – na przykład cieplną czy ze spalania produktów ropopochodnych czy gazu – wynosi 330 TWh. Jeśli dodamy jedno do drugiego, to wychodzi nam około 500 TWh. Nazywamy to energią finalną czyli tym ile energii zużywa nasza gospodarka. W 2050 roku co najmniej te 500 TWh będzie musiało w całości pochodzić z energii odnawialnej. Dzisiaj z tych 500 TWh tylko 30 pochodzi ze źródeł odnawialnych. Proszę więc sobie wyobrazić skalę zadania jaka przed nami stoi. Ja uważam, że z tych 500 TWh około 250 – 300 TWh będzie przeznaczone na elektrolizę choć są osoby, które twierdzą, że będzie to 100 TWh, ale póki co są to szacunki które nie poddają się aptekarskiej dokładności. Warto też zdawać sobie sprawę, że jeśli polska gospodarka ma się rozwijać, to konsumpcja energii będzie w sposób naturalny rosnąć, a tego, wspomniany wyżej szacunek 500TWh energii nie uwzględnia, to są dane publikowane prze GUS na dzisiaj, koniec roku 2021.
Dodam tylko, że do 2030 roku (czyli w ciągu 9 lat) musimy zredukować naszą emisję dwutlenku węgla o 55 proc., czyli powinniśmy tej energii odnawialnej, czy też zeroemisyjnej wyprodukować 270 TWh. Przypominam, że mamy dzisiaj 30 TWh. Czyli do 2030 roku powinnyśmy wykonać skok do 270. Jesteśmy więc zobligowani do niebywałego wręcz przedsięwzięcia jakim jest dekarbonizacja naszej energetyki i elektryfikacja całości gospodarki. Mało kto sobie z tego zdaje sprawę, ale uważam, że trzeba głośno o tym mówić ponieważ rząd i obywatele muszą być świadomi tego, że jest taka konieczność.
Zapytam wprost: czy jesteśmy w takim razie skazani na atom?
Atom na pewno, ale nie tylko. Nie wiem jednak kiedy będziemy zdolni wybudować elektrownię atomową. Zakładam, że nie zdarzy się to wcześniej niż za 10 lat, a szczerze mówiąc nie mam złudzeń, że nie wydarzy się to wcześniej niż za 20 lat. W między czasie musimy się mocno zdekarbonizować więc musimy zrobić wszystko, żeby zbudować jak najwięcej odnawialnych mocy wytwórczych i część z nich przeznaczyć na elektrolizę wodoru po to, żeby zaspokoić apetyt gospodarki na zeroemisyjny nośnik energii, której nie da się w innej postaci efektywnie kosztowo gromadzić. Mam tu na myśli nie paliwo, a nośnik, który posłuży do przeniesia energii elektrycznej wytworzonej przez OZE do silnika samochodowego czyli w tym wypadku do ogniwa paliwowego w samochodzie ciężarowym czy dużym SUV’ie, do huty, cementowni, huty szkła czy do producenta nawozów. To są wszystko przemysły, które będą musiały korzystać z zeroemisyjnego nośnika energii jakim jest wodór.
Wspominał Pan o elektrolizerach. Czym są te urządzenia?
One są niezbędnymi elementami infrastruktury odpowiadającymi za wytworzenie wodoru z energii elektrycznej. W reakcji elektrolizy wody, która odbywa się za pomocą energii odnawialnej wytwarzają wodór (który potocznie określa się mianem zielonego, a UE klasyfikuje go jako wodór zeroemisyjny) i tlen. Na jedną jednostkę wodoru wytwarza się dziewięć j. czystego, medycznego tlenu. Takiego, który ma 99,5% czystości czyli teraz w czasach COVIDowych bardzo by się taki tlen przydał, ponieważ można go użyć bezpośrednio do ratowania życia.
Mówimy tutaj cały czas o elektrolizie wody. W Polsce jak wiemy mamy problem z zasobami wody. Czy produkcja wodoru z wody w naszym kraju nie stanowi zagrożenia dla naszych zasobów wodnych?
To niesłychanie ważna kwestia i dlatego nie można dopuścić do tego, aby produkcja wodoru wpłynęła w jakikolwiek negatywny sposób na nasz bilans hydrologiczny. Trzeba znaleźć sposoby takie, które nie tyle uszczuplą ten bilans, ale wręcz pozwolą go utrzymać, a nawet wpłynąć na niego pozytywnie. Jednym z kierunków jest użycie wody morskiej, która jest uzdatniana i następnie przejdzie cały proces, zostanie w kontrolowany sposóboddana do gleby i będzie uzyskiem w sensie hydrologicznym. W procesie elektrolizy nakłady wodne są duże, natomiast coraz nowsze technologie elektrolizerów pozwalają na odzysk pokaźnych jej ilości, a któregoś dnia być może zbliżymy się niemal do zamknięcia tego procesu.
Do uzdatniana wody trzeba będzie dostarczyć energię więc czy to nie wpłynie negatywnie na bilans energetyczny i trzeba będzie znów dodać energię?
Na pewno mówimy o tym, że w przyszłości będziemy mieli większe zapotrzebowanie na energię niż teraz. Także zapotrzebowanie energetyczne dotyczyć będzie różnych aspektów.
Bardzo dziękuję Panu za rozmowę.
Dziękuję również.
Tomoho Umeda: Przewodniczący Komitetu Technologii Wodorowych Krajowej Izby Gospodarczej, Prezes Hynfra, Członek Zarządu Stowarzyszenia Hydrogen Poland.
Jest przedsiębiorcą i doradcą strategicznym. Specjalizuje się w promowaniu i badaniu nowych zielonych technologii. Doradzał zarządom spółek z różnych branż, m.in. chemicznej, energetycznej, gospodarki odpadami, teleinformatyki i farmaceutycznej. Specjalizuje się w zarządzaniu kryzysowym, relacjach inwestorskich oraz B2B, B2G, B2E. Jest ekspertem i promotorem z zakresu technologii wodorowych i wielkoskalowych rozwiązań w zakresie energii odnawialnej. Koncentruje się na przyspieszaniu postępu rynkowego i technologicznego w kierunku neutralności klimatycznej. Założyciel i prezes spółki Hynfra, jest członkiem Hydrogen Europe, European Clean Hydrogen Alliance, współzałożycielem i członkiem zarządu polskiego stowarzyszenia Hydrogen Poland oraz wykładowcą na Master of Business Administration (MBA) – Zarządzanie Technologiami Wodorowymi na uczelni Collegium Humanum.
