- Wodór jest postrzegany jako nowy, przyjazny środowisku nośnik energii. Pełna zgoda, że świat obecnie „oszalał” na puncie wodoru - mówi w rozmowie z netTG.pl Gospodarka i Ludzie z prof. Adam Smoliński z Głównego Instytutu Górnictwa.
Panie profesorze, o co właściwie chodzi z tym ditlenkiem węgla? Czy można stosować wymiennie ditlenek węgla i dwutlenek węgla?
Poprawnie powinniśmy mówić ditlenek węgla. Nomenklaturę tą wprowadziła Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC, ang. International Union of Pure and Applied Chemistry). U podstaw takiego nazewnictwa leży chęć ujednolicenia i uproszczenia pisowni nazw chemicznych. Obowiązujące wcześniej przedrostki dwu-, trój- cztero- pięcio – itd. zastąpiono łacińskimi di-, tri- tetra, pent(a)- co w konsekwencji sprawiło, że poprawnie mówimy nie „dwutlenek węgla” ale „ditlenek węgla”.
To dlaczego w publikacjach używamy nazwy dwutlenek węgla?
Dlatego, że zmiany nomenklatury nastąpiły kilkanaście lat temu i ja jeszcze pamiętam, a aż tak wiekowy nie jestem, że na studiach posługiwaliśmy się pojęciem dwutlenek węgla. Wiele osób, które kończyło edukację kilkanaście lat temu, cały czas ma w głowie to stare nazewnictwo. Ale naszą rolą jako naukowców jest posługiwać się poprawną terminologią i szerzyć ją dalej.
Obecnie powszechnie mówi się o konieczności drastycznego ograniczenie emisji CO2. Czy ten ditlenek węgla w ogóle do czegoś dobrego można wykorzystać?
Zrobiła nam się dygresja odnośnie poprawności nazewnictwa CO2, a problem jest z goła inny. Nasze wysiłki ukierunkowane są na ograniczenie emisji CO2 z dążeniem do wykorzystywania w energetyce procesów zeroemisyjnych. Proszę choćby spojrzeć na dokument Polityka energetyczna Polski do roku 2040, który ma stanowić ramy wielkiej transformacji energetycznej w Polsce ku osiągnięciu neutralności klimatycznej w 2050 r. lub później. Polityka ta jest oparta na trzech filarach, tj. sprawiedliwej transformacji; zeroemisyjnym systemie elektroenergetycznym, oraz na dobrej jakości powietrza. Dokument ten został skonstruowany przy założeniu spójności ze Strategią na rzecz Odpowiedzialnego Rozwoju z 14 lutego 2014 r. i europejską Polityką Zielonego Ładu, której celem jest osiągnięcie neutralności klimatycznej gospodarki europejskiej w 2050 r. Jednocześnie trzeba spojrzeć na nasz system elektroenergetyczny. Zobaczmy, jak to się zmieniało w ostatnich latach. W roku 2019 moc zainstalowana w elektrowniach skupionych w krajowym systemie elektroenergetycznym wyniosła - powtarzając za Raportem URE - 46,8 GW z czego 70 proc. to źródła systemowe opalane węglem kamiennym i brunatnym. Moc zainstalowana w źródłach odnawialnych przekroczyła 20% mocy krajowego systemu elektroenergetycznego. Na koniec 2019 r. moc OZE wynosiła 9,5 GW. Na początek roku 2021 moc zainstalowana w krajowym systemie elektroenergetycznym zwiększyła się o około 2,5 GW osiągając 49,3 GW mocy zainstalowanej. Składa się na to przyrost mocy odnawialnych o 3,8 GW i ubytek mocy konwencjonalnych o 1,3 GW. Jednocześnie należy podkreślić, że całkowita moc zainstalowana w OZE na koniec 2020 r. wyniosła prawie 12,5 GW, co pozwoliło przekroczyć 25 proc. mocy krajowego systemu elektroenergetycznego.
A odpowiadając na drugą część pytania, czy dilenek węgla może nam się do czegoś przydać. Dużo mówi się o technologiach wychwytywania CO2 i jego bezpiecznego składowania w formacjach geologicznych (technologie CCS) np. w zbiornikach pozostałych po eksploatacji ropy naftowej i gazu ziemnego, głębokich poziomach wodonośnych/solankowych, nieprzydatnych ze względów technicznych i ekonomicznych głęboko zalegających złożach węgla oraz złożach pozostałych po zaprzestaniu eksploatacji. W tych ostatnich przypadkach można uzyskać korzyść w postaci z jednej strony pozbycia się problemu CO2 a z drugiej zwiększenia odzysku metanu złożowego. Jedyną technologią uzasadnioną z ekonomicznego punktu widzenia jest składowanie CO2 w wyeksploatowanych złożach ropy naftowej, w przypadku których zatłaczanie ditlenku węgla wspomaga wydobycie tejże ropy (proces Enhanced Oil Recovery – EOR).
Oprócz technologii CCS mamy całą grupę technologii CCU, tj. wychwytu ditlenku węgla i jego chemicznej utylizacji. Można tu wymienić możliwości wykorzystania CO2 do produkcji paliw i produktów syntezy chemicznej, bazując choćby na koncepcjach synergii elektrowni jądrowej/wiatrowej/słonecznej, elektrowni węglowych oraz rafinerii wytwarzającej paliwa syntetyczne, metodach chemicznego zastosowania ditlenku węgla oraz trochę futurystyczne wizje jego składowania w postaci hydratów.
A hit tego tysiąclecia - wodór. Jak to można ze sobą powiązać? I przy okazji, czy na pewno jesteśmy liderem w Europie jeśli chodzi o wodór? Publicyści i politycy bardzo lubią to podkreślać w swoich wypowiedziach.
Rzeczywiście wodór jest postrzegany jako nowy, przyjazny środowisku nośnik energii. Pełna zgoda, że świat obecnie „oszalał” na puncie wodoru. Wodór jest odmieniany przez wszystkie przypadki. Jednak w tym miejscu trzeba zrobić jedną uwagę. Temu wodorowi zaczęliśmy przypisywać kolory. Szary wodór - mało pożądany, bo otrzymywany z paliw kopalnych, błękitny wodór z gazu ziemnego w połączeniu z technologiami CCS oraz najbardziej pożądany, tzw. wodór zielony otrzymywany z odnawialnych źródeł energii (np. otrzymywany na drodze elektrolizy wody). Ja osobiście uważam, że zamiast dyskutować na temat kolorów naszego wodoru powinniśmy przede wszystkim skupić na emisyjności tego wodoru a ściślej rzecz ujmując na poziomie emisji CO2 powstającego przy jego produkcji. Może to na pierwszy rzut oka wydawać się tylko akademicką dyskusją, jednak w rzeczywistości to emisyjność CO2 a nie kolory, powinna mieć kluczowe znaczenie przy podejmowaniu decyzji strategicznych i legislacyjnych. Oczywiście obecnie wodór stanowi niewielką część światowego i unijnego koszyka energetycznego.
Co więcej, wodór ten w głównej mierze wytwarzany jest z paliw kopalnych na drodze reformingu parowego gazu ziemnego lub w procesie termicznego przetwarzania węgla. To pociąga za sobą emisję ditlenku węgla, od którego zaczęła się nasza dzisiejsza rozmowa. W Unii Europejskiej jest to emisja na poziomie 70-100 mln Mg na rok. Dlatego też wysiłki ukierunkowane są obecnie na wykorzystanie technologii nisko- i zeroemisyjnych produkcji wodoru. Przechodząc do drugiej części pytania: tak, Polska jest znaczącym producentem wodoru. W Polsce produkujemy go rocznie ok. 1 mln Mg. Jest to jednak w całości wodór wytwarzany z paliw kopalnych zwany wodorem konwencjonalnym. Jak już powiedziałem, to nie jest problem tylko Polski. Znacząca większość wodoru produkowane na świecie, bo aż 76 proc., pochodzi z paliw kopalnych.
To jak to jest z tą emisyjnością wodoru np. otrzymywanego z gazu ziemnego i węgla?
Wytwarzania wodoru z gazu ziemnego związane jest z emisyjności CO2 powyżej 5,8kg CO2 eq/kgH2, natomiast w przypadku wytwarzania tego wodoru z węgla emisyjność ta wzrasta powyżej 10 kg CO2 eq/kg H2. I tu ze względu na znaczącą różnicę w emisyjności na korzyść metanu przewiduje się w okresie przejściowym wytwarzania wodoru konwencjonalnego przy wykorzystania gazu ziemnego.
A co ze zgazowaniem węgla. Może w tym obszarze ditlenek węgla ma dobry PR?
Zgazowanie węgla to w zasadzie temat rzeka, o którym moglibyśmy bardzo długo rozmawiać. Postaram się jednak odpowiedzieć w miarę krótko. Patrząc na energetykę, zgazowanie węgla można traktować jako bardziej efektywną i przyjazną dla środowiska alternatywę dla procesów spalania. Mam tu na myśli przede wszystkim układy IGCC, a więc technologie bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa, które charakteryzują się wyższą sprawnością produkcji energii elektrycznej, niższymi emisjami NOx (ok.30 proc.), PM-10 (ok.50proc.) ,SO2 (ok. 75proc.). Podstawową wadą takich jednostek jest bardzo wysoki koszt ich budowy jak i ich złożoność (co może rodzić problemu eksploatacyjne).
Trochę wrócę teraz do wcześniejszego pytania dotyczącego wodoru. Jak spojrzymy na technologie produkcji wodoru, to obecnie wymienia się reforming parowy gazu ziemnego, zgazowanie węgla połączone z technologiami CCS, zgazowania biomasy i elektrolizę wody. Powiedzmy sobie teraz o drogach produkcji wodoru w perspektywie krótko- i średnioterminowej. W krótkoterminowej rzeczywiście mowa jest przede wszystkim o reformingu parowym gazu zmiennego, natomiast już w średnioterminowej perspektywie mówimy oprócz elektrolizy z wykorzystaniem energii słonecznej i wiatru o zgazowaniu węgla, ale w połączeniu z technologiami CCS oraz o zgazowaniu biomasy. Wspomniana już stosunkowo wysoka emisyjność produkcji wodoru z węgla, będzie tu zmniejszona wprowadzeniem technologii CCS. To co przemawia na korzyść technologii produkcji wodoru na drodze zgazowania węgla, jest cena wyprodukowanego wodoru. Wyprodukowanie 1 kg wodoru w instalacji zgazowania z układem CCS wynosi ok. 1,66 USD, podczas gdy wyprodukowanie 1 kg wodoru w procesie elektrolizy z wykorzystaniem PV wynosi od 5,78 USD wzwyż.
Panie profesorze, nad czym Pan obecnie pracuje?
Obecnie mocno jestem zaangażowany w prace grup roboczych powołanych do opracowania sektorowego porozumienia wodorowego, którego celem jest określenie listy długofalowych działań na rzecz rozwoju nowej branży wodorowej. To zajęcie zajmuje sporo czasu, ale jednocześnie daje dużą satysfakcję. Wierzę w to, że uda się w Polsce stworzyć prężnie działającą gałąź polskiej gospodarki wodorowej poprzez rozwój polskich technologii wodorowych, co przełoży się na zakładaną w przyszłości neutralność klimatyczną oraz uzyskanie wysokiej konkurencyjności polskiej gospodarki.
Jesteśmy razem nawet w jednej z grup …
Tak właśnie w prężnie działającej grupie edukacyjnej. Prowadzę również wraz z moim zespołem dalsze, innowacyjne prace badawcze nad zgazowaniem bioodpadów oraz RDF do gazu bogatego w wodór. Badania te wpisują się w bieżące światowe trendy naukowe o czym świadczy fakt, że wyniki naszych badań publikowane są w czasopismach o zasięgu międzynarodowym dotyczących tematyki związanej z paliwami i energetyką.
Jeżeli chcesz codziennie otrzymywać informacje o aktualnych publikacjach ukazujących się na portalu netTG.pl Gospodarka i Ludzie, zapisz się do newslettera.
