Według niemieckich przedsiębiorców działających w branży przemysłowej produkcja wodoru z gazu ziemnego może być prawie całkowicie wolna od węgla przy użyciu techniki zwanej pirolizą. Wezwali oni Unię Europejską do wspierania rozwoju technologii na skalę komercyjną.
Podczas gdy Komisja Europejska uważa, że energia elektryczna będzie stanowić „kręgosłup” europejskiego niskoemisyjnego systemu energetycznego w 2050 r., wciąż ma wiele do nadrobienia. Tylko 20% zapotrzebowania energetycznego Europy jest obecnie zaspokajane przez energię elektryczną, a źródła odnawialne stanowią zaledwie 7% końcowego zużycia energii w UE, według IEA. I choć udział energii wiatrowej i słonecznej w miksie energetycznym szybko rośnie, gazy niskoemisyjne, takie jak wodór, „mogą wypełnić lukę elektryfikacyjną”, zaspokajając potrzeby przemysłu ciężkiego – powiedział Timm Kehler z Zukunft ERDGAS, inicjatywy niemieckiego przemysłu gazu ziemnego.
„Istnieją limity elektryfikacji”, ostrzegł Kehler, mówiąc, że wodór z gazu ziemnego „może zapewnić dekarbonizację przy bardzo niskich kosztach” w sektorach przemysłowych, takich jak produkcja stali, cementu i chemikaliów, których nie można zelektryfikować.
Prawie cały wodór wykorzystywany obecnie w Europie pochodzi z gazu ziemnego uzyskiwanego w procesie parowego reformingu metanu, ale podczas gdy proces ten jest konkurencyjny kosztowo, emituje również CO2, chyba że jest połączony z kosztowną technologią wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS) pod ziemią.
Przyjazny dla środowiska sposób wytwarzania wodoru polega na elektrolizie wody, która wykorzystuje odnawialną energię elektryczną do podziału cząsteczki wody. Minusem jest wysoki koszt elektrolizerów i straty energii podczas przekształcania elektryczności w wodór.
Naukowcy twierdzą, że opracowali alternatywną drogę, zwaną pirolizą, która, jak twierdzą, pozwala zredukować koszty, ponieważ nie polega na CCS, czyli składowaniu CO2 pod ziemią, w celu ograniczenia jego emisji.
„Czy możliwe jest wykorzystanie węglowodorów bez wytwarzania CO2? Kiedy zadałem to pytanie 3-4 lata temu, ludzie myśleli, że to niemożliwe” – powiedział Alberto Abánades z Politechniki w Madrycie. „Teraz możemy to zrobić” – powiedział dziennikarzom.
W ramach wypróbowanego i przetestowanego procesu zwanego pirolizą gaz ziemny jest podgrzewany do wysokich temperatur w celu wytworzenia wodoru. A jedyną pozostałością jest węgiel w postaci stałej – a nie w formie gazowej, która jest główną przyczyną globalnego ocieplenia.
„Zastępujemy produkcję CO2 produkcją węgla”, wyjaśnia Abánades, mówiąc, że węgiel grafitowy jest „bardzo szlachetnym materiałem” używanym na przykład w produkcji stali lub produkcji akumulatorów wykorzystywanych w samochodach elektrycznych.
Zielony wodór to w 100% wolne od węgla źródło energii, które jest powszechnie postrzegane jako centralny element przyszłego europejskiego niskoemisyjnego miksu energetycznego. W długoterminowej strategii klimatyczno-energetycznej na 2050 r. Komisja Europejska stwierdziła, że wodór i inne gazy niskoemisyjne będą niezbędne do ograniczenia emisji z sektorów przemysłowych, których nie można zelektryfikować. Pytanie brzmi, skąd wodór będzie pochodzić i czy może być produkowany w dużych ilościach bez emisji gazów cieplarnianych, odpowiedzialnych za globalne ocieplenie. Podczas gdy „zielony wodór” wytwarzany z odnawialnej energii elektrycznej jest uważany za czysty, „niebieski wodór” wytwarzany z gazu kopalnego z sekwestracją węgla jest krytykowany przez ekologów, którzy wskazują na ryzyko wypierania metanu podczas odwiertów. Tymczasem „szary wodór” jest uważany za najbrudniejszy, ponieważ pochodzi z rozszczepiania gazu ziemnego, a więc procesu, który uwalnia CO2.
Jednak energia z pirolizy nie była dotychczas uwzględniana w przyszłych scenariuszach modeli energetycznych, powiedział Abánades.
Ostatnio w swoich analizach ujęła je firma Pöyry i inne firmy konsultingowe. Ich badanie opublikowane w czerwcu wskazuje, że wodór pozyskiwany z gazu ziemnego może być kluczem do głębokiej dekarbonizacji gospodarki, dostarczając praktycznych rozwiązań w takich dziedzinach jak procesy przemysłowe, ciężki transport drogowy czy transport wodny, które są trudne do elektryfikacji.
Piroliza ma kluczowe zalety, mówi badanie Pöyry. Jest „tańsza i bardziej skalowalna niż elektroliza i pozwala przezwyciężyć wiele barier związanych z powszechnym stosowaniem CCS”, co jest niezbędne do produkcji wodoru o zerowej zawartości węgla z gazu ziemnego.
Abánades powiedział, że koszt pirolizy wynosi obecnie około 2 lub 3 euro za kilogram wyprodukowanego wodoru, lub „trochę więcej niż reforming metanu parowego”, co jest techniką najczęściej stosowaną do produkcji „szarego” wodoru.
Jednak piroliza staje się tańsza, jeśli uwzględni się koszty CCS, powiedział Abánades. Oczekuje się, że spadną one jeszcze bardziej, gdy tylko technologia zostanie wdrożona na skalę komercyjną, dodał.
Kluczowym minusem jest to, że całkowite koszty pirolizy wodoru są w dużym stopniu zależne od ceny gazu ziemnego, którego większość jest obecnie importowana do Europy z miejsc takich jak Norwegia i Rosja. W rzeczywistości norweski Equinor i rosyjski Gazprom należą do zwolenników Zukunft ERDGAS, podkreślają działacze ekologiczni, twierdząc, że rodzi to pytania o motywy organizacji.
Ekolodzy ostrzegli także przed roszczeniami związanymi z neutralnością produkcji wodoru w wyniku pirolizy, mówiąc, że najważniejsza jest rzeczywista redukcja emisji, jaką może przynieść technologia.
„Jeśli jest neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla, będziemy ją wspierać” – powiedział jeden z ekologów. Najważniejsze, dodaje, jest to, że redukcje węgla są odpowiednio mierzone i weryfikowane.
Inne są bardziej krytyczni. „Przemysł gazowy próbuje wszystkiego, co w jego mocy, aby pomalować swoje stare receptury na zielono i ubiegać się o miejsce w świecie neutralnym pod względem emisji dwutlenku węgla” – powiedział Antoine Simon, działacz w Friends of the Earth Europe.
„Nie powinno to jednak nikogo oszukać” – dodał. „Ta promocja różnych form wodoru opartego na gazie kopalnym wygląda bardziej jak sztuczka dla przemysłu gazu kopalnego, który kupuje trochę czasu z obietnicami kosztownych i energochłonnych technologii i kontynuuje w międzyczasie swoje dotychczasowe działania” – powiedział Simon.
„Wodór z pewnością ma do odegrania rolę w niskoemisyjnej przyszłości”, powiedział Simon, „zwłaszcza w sektorach, których nie można zelektryfikować. Ale biorąc pod uwagę obecny kryzys klimatyczny, nie mam już czasu na żałowanie, a naprawdę zrównoważone opcje, takie jak wodór wytwarzany z zielonej energii elektrycznej – przekonywał.
Mimo to „piroliza może być opłacalnym i skalowalnym rozwiązaniem do produkcji wodoru”, stwierdza badanie Pöyry, twierdząc, że technologia ta zmniejsza również ryzyko, że powszechne CCS może nie zostać wdrożone na odpowiednią skalę w wystarczająco krótkim czasie.
Inną zaletą jest stały węgiel, który powstaje w procesie pirolizy.
„Węgiel grafitowy jest uważany przez UE za kluczowy surowiec”, podkreślił Abánades. Ale podczas gdy Europa obecnie zużywa 10% światowych zasobów surowca, to produkuje tylko 1% węgla tego typu, powiedział, dodając, że obecnie importuje ona ogromne ilości węgla z Chin, co stanowi 70% światowej produkcji.
Węgiel grafitowy jest wykorzystywany w tradycyjnych gałęziach przemysłu, takich jak produkcja stali. Ale jest on również używany przez branże zaawansowanych technologii, takie jak produkcja akumulatorów litowo-jonowych, lub do produkcji innowacyjnych materiałów, takich jak grafen, powiedział Abánades.
„Może wyłonić się nowy model gospodarczy dzięki dostępności taniego i bardzo czystego węgla”, powiedział hiszpański badacz, dodając, że ma to szansę doprowadzić do „nowej rewolucji przemysłowej”, czyniąc jednocześnie gaz ziemny „częścią gospodarki o obiegu zamkniętym”. Projekt Abánadesa, nazwany DECARGAS, zdobył drugą nagrodę EIT Raw Materials, która jest unijną inicjatywą badawczą.
Euractiv.com/Joanna Kędzierska
