Mielczarski: Wodorowa wunderwaffe

13 grudnia 2021, 07:25 Energetyka
Wodór. Fot. Freepik
Wodór. Fot. Freepik

Zastosowanie wodoru w wielkoskalowej energetyce jest ostatnią nadzieją polityki klimatycznej. Jednak fizyczne cechy wodoru, takie jak: penetracja ścian zbiorników i rurociągów, powodowanie kruchości metali oraz wybuchowe spalanie z efektem flash-back, powodują że i ta ostatnia nadzieja jest płonna, tak jak sam wodór – pisze prof. Władysław Mielczarski z Politechniki Łódzkiej.

Ostatnia nadzieja polityki klimatycznej

Osiągnięcie neutralności klimatycznej jest tylko możliwe, o ile wyeliminuje się paliwa kopalne z produkcji energii elektrycznej. Jednak konieczność zapewnienia ciągłych dostaw tej energii do społeczeństwa i gospodarki wymaga korzystania z technologii, które są w stanie magazynować paliwa. Takie cechy posiadają obecnie tylko elektrownie węglowe, gazowe oraz jądrowe. 

Nadzieją stają się technologie wodorowe, w których wyprodukowany wodór można by magazynować, następnie przesyłać rurociągami i spalać w turbinach gazowych. Pomijając nawet sprawność pozyskiwania wodoru i ewentualnego spalania oraz olbrzymie koszty, to na przeszkodzie zastosowania wodoru w wielkoskalowej energetyce, bo tylko w takim przypadku można osiągnąć jakieś widoczne efekty, stoją fizyczne cechy wodoru.

Badania nad wykorzystaniem wodoru

Historia badań and wykorzystaniem wodoru jest długa i sięga ponad 150 lat, kiedy to W. H. Johnson opisał właściwości fizyczne wodoru w artykule opublikowanym w 1874 roku. W kolejnych latach trwały próby wykorzystania wodoru, a największym osiągnięciem była budowa przez Dr Hans von Ohain pierwszej turbiny wodorowej w 1936 roku w fabryce Heinkel-a w Niemczech. Jednak po roku bezowocnych testów projekt został zarzucony.

Próby wykorzystania wodoru w lotnictwie i historia sterowca Hindenburg, który zakończył loty napełnianych wodorem sterowców poprzez widowiskową eksplozję są powszechnie znane. Kolejne badania i próby również kończyły się niepowodzeniem, a przysłowiowym „gwoździem do wodorowej trumny” był kompleksowy raport „The future of the hydrogen economy: Bright or Bleak? z 2003 roku pokazujący ekonomiczny bezsens prób wykorzystania wodoru.

Wypadek w Londynie

Wodór ponownie pojawia się publikacjach w 2014 roku, jako negatywny czynnik, który spowodował wypadek w Londynie, gdzie z wieżowca nazywanego The Cheesegrater w londyńskim City spadły w wyniku ukruszenia trzy „mega bolts”. Badania wykazały, że powodem była kruchość metalu spowodowana obecnością wodoru, który znajdował się w warstwie ochronnej pokrywającej ukruszone elementy.

Wypadek ten oraz dyskusje jakie później miały miejsce spowodowały, że Royal Society zorganizowała konferencję dotyczącą cech wodoru oraz możliwości jego zastosowania w różnych technologiach. Kilkanaście artykułów zaprezentowanych na konferencji oraz dyskusja pokazały, że od czasu publikacji artykułu Johnson-a w 1874 roku niewiele się zmieniło. 

Cechy fizyczne wodoru są takie same, a ich charakter eliminuje wiele zastosowań wodoru, na co wykazuje szereg innych badań, w szczególności dotyczących efektu „Flash-back” powodującego, że wodór spala się również „do tyłu” powodując uszkodzenia instalacji zasilającej

Polskie badania nad zastosowaniem wodoru

Cechy wodoru oraz trudności z jego zastosowaniem w energetyce są znane. Dobrze opisuje te cechy publikacja prof. T. Chmielniaka „Energetyka wodorowa” wydana przez PWN. Właściwości wodoru są również przedstawione w artykule „Oddziaływanie wodoru na metale i stopy”.

Szczególnie warte polecenia jest kompleksowe omówienie cech wodoru, w którym wskazuje się, że: „Wodór powoduje zmniejszoną wytrzymałość mechaniczną i zwiększoną kruchość metali i stopów. Właściwości plastyczne stali silnie spadają wraz ze wzrostem zawartości wodoru, Dodatkowo, wodór działa korozyjnie poprzez oddziaływanie związane z rozpuszczaniem się wodoru w fazie metalicznej, a następnie jego ,,wbudowywaniem się” do sieci krystalicznej oraz wchodzeniem w reakcje wewnątrz fazy metalicznej ze składnikami stopu. Procesy te mają negatywny wpływ na własności mechaniczne stali, dlatego nazywane są chorobą wodorową, której skutkiem może być pękanie wodorowe”. 

Publikacja ta także wskazuje, na problemy jakie pojawiają się przy domieszkowaniu gazu ziemnego wodorem „Wodór w mieszaninie gazu ma również wpływ na pracę urządzeń i aparatury pomiarowej. Przed wprowadzeniem wodoru do gazu ziemnego należy upewnić się u producenta danego aparatu, że przy danej zawartości wodoru w mieszaninie praca urządzeń nie będzie zakłócona”.

Warta przeczytania jest również publikacja prof. K. Świrskiego „Świrski: Wodór – nowe cudowne rozwiązanie wszystkich problemów energetycznych?”. W publikacji tej autor wskazuje na hurra optymizm dotyczący technologii wodorowych: „Wodór staje się rozwiązaniem na wszystko – kolejna wielka nadzieja rewolucji energetycznej i wspaniałym panaceum na pytania niedowiarków. Technologie wodorowe (niektóre znane od prawie 200 lat) są odświeżane, przemalowywane w radosnych prezentacjach PowerPoint-a i wprowadzane do nowych grantów i programów badawczych.”

Prof. Świrski wskazuje na problemy z przesyłaniem wodoru i jego użytkowaniem: „Puszczenie 100 procent wodoru w obecnych sieciach przesyłowych i dystrybucyjnych gazu to fikcja, według różnych norm i badań różnych krajów ograniczenia na dziś to 2-8 procent”. 

Przedstawia on również niebezpieczeństwo użytkowania wodoru: „Nasze końcowe urządzenia (kuchenki, itp.) też nigdy wodoru miały nie spalać – więc nie ma żadnych norm/badań i atestów – a we współczesnym świecie drapieżnych prawników, tylko czekać na jakiś domowy wypadek z odszkodowaniem. Wodór więc w sieciach nie zagości długo, a na pewno nie w większych ilościach…”. 

Programy wodorowe w kolejce po dotacje

Jednak nierozwiązane problemy z produkcją, przesyłem i użytkowaniem wodoru nie przeszkadzają w tworzeniu programów czy nierealnych polityk wodorowych. Kolejne subsydia płyną na „doliny wodorowe” czy wodorowe klastry. 

Różnego rodzaju organizacje tworzą niewiele warte programy zastosowania wodoru, które będąc miałkie merytorycznie są w zasadzie siermiężną agitką propagandową farm wiatrowych, które miałyby dostarczać energię do produkcji „zielonego wodoru”. 

Kolejka po dotacje z państwowych subsydiów jest coraz dłuższa, bo przecież nie jest ważne jakie będą rezultaty, najważniejsza są łatwe do zarobienia państwowe pieniądze. W dobie Transformacji Energetycznej konkurencja nie polega na opracowaniu i wdrożeniu nowego produktu czy technologii, ale na obiecywaniu „zielonego nieba” dla otrzymania dotacji.

I słusznie pisze prof. K. Świrski w swoim artykule (2020 rok): „Powściągajmy polityków przed szybką ścieżką na skróty. Choć co ja mówię – przecież i tak zaraz będą strategie wodorowe, zielone systemy, zamknięte gospodarki i inne wodorowe cuda”. Należałoby tylko do tego dodać różnego rodzaju „ekspertów” piszących entuzjastyczne opinie do nierealnych programów.

Podsumowanie

Czytając raporty opisujące stan badań nad zastosowaniem wodoru trudno nie oprzeć się wrażeniu, że niewiele posunęliśmy się naprzód od publikacji Johnson-a w 1874 r. Niektórzy autorzy uważają, ze pokonanie szczeliny technologicznej pomiędzy stanem obecnym i zastosowaniem w praktyce technologii wodorowych wymaga rewolucyjnych zmian. Rewolucje zdarzają się, ale czy są w stanie zmienić prawa fizyki?

Właściwości wodoru dziś są takie same jakie były 150 lat temu i jakie będą za 150 lat, co nie przeszkodzi nam dalej budować „wodorowego Hindenburg-a”, oczywiście w „wodorowej dolinie” przy użyciu „zielonej energii” z „zielonego wodoru”.

Świrski: Wodór – nowe cudowne rozwiązanie wszystkich problemów energetycznych?