– Technologie wodorowe pokonały pierwsze bariery techniczne, wykazując możliwość zastosowania wodoru jako niskoemisyjnego źródła energii. Aby ten sektor rynku energetycznego dalej się rozwijał i nie pozostał w niszy konieczne są dalsze inwestycje mające na celu doskonalenie technologii wodorowych z ukierunkowaniem na ich szersze zastosowanie i zmniejszenie kosztów – powiedział prof. dr hab. inż. Jarosław Sęp, prorektor Politechniki Rzeszowskiej ds. rozwoju i współpracy, prezes Podkarpackiej Doliny Wodorowej, w rozmowie z BiznesAlert.pl.
BiznesAlert.pl: Wodór nazywany powszechnie paliwem przyszłości stanowić będzie jeden z podstawowych elementów transformacji energetycznej. Jak czytamy jednak w raportach, najbliższe lata nie przyniosą w tym zakresie gwałtownych zmian. Jakie są według Pana główne wyzwania stojące przed upowszechnieniem wodoru jako nośnika energii i jakie są kierunki pokonania tych wyzwań?
Prof. Jarosław Sęp: Wodór jest faktycznie nazywany paliwem przyszłości. Otwartą kwestią jest czy będzie głównym paliwem przyszłości, czy też jednym z takich paliw. O tym zadecyduje kilka czynników o charakterze techniczno-ekonomicznym, ale także uwarunkowania prawne. Proces związany z wprowadzaniem wodoru jako powszechnego nośnika energii będzie długotrwały i będzie wymagał pokonania istotnych wyzwań.
Ale na początek kwestie podstawowe. Zatem dlaczego wodór? Wodór jest bardzo dobrym nośnikiem energii. Jego wartość opałowa wynosi 120 MJ/kg. Przykładowo dla węgla wartość ta wynosi 22 MJ/kg, a dla benzyny 47 MJ/kg. Ponadto w obecności tlenu wodór spala się bez emisji dwutlenku węgla, co jest niezwykle istotne z punktu widzenia transformacji energetycznej. Dodatkowo jest to trzeci pod względem rozpowszechnienia pierwiastek na kuli ziemskiej, teoretycznie jego zasoby są niewyczerpalne. W związku z tym powstaje pytanie – co zatem stoi na przeszkodzie w szerokim zastosowaniu wodoru jako źródła energii? I tu napotykamy kilka ograniczeń, które są jednocześnie wyzwaniami stojącymi przed upowszechnieniem tego pierwiastka jako nośnika energii. Po pierwsze wodór praktycznie nie występuje w stanie wolnym – musi więc zostać wyprodukowany, a jego produkcja pochłania znaczne ilości energii. W niektórych procesach nawet więcej niż można potem uzyskać w procesie energetycznego wykorzystania. Ponadto wodór trudno jest zmagazynować, a jego przesyłanie i transport są trudne technicznie i wymagają utworzenia złożonej infrastruktury. Pewne znaczenie może także mieć fakt, że w powszechnej opinii użytkowanie wodoru jest niebezpieczne. Patrząc zatem na wskazywane uwarunkowania mamy przy zastosowaniu wodoru jako źródła energii duże szanse, ale także duże ograniczenia, które można interpretować także jako duże zagrożenia. Przedsięwzięcia z dużym poziomem szans oraz dużym poziomem zagrożeń z punktu widzenia zarządzania strategicznego określane są jako przedsięwzięcia spekulacyjne. Upraszczając nieco sprawę może w takim przypadku wskazywać trzy scenariusze przebiegu procesu rozwoju szeroko rozumianego energetycznego zastosowania wodoru w przyszłości. Pierwszy optymistyczny zakładający intensywne procesy inwestycyjne, które pozwolą na neutralizację zagrożeń i pociągną za sobą szerokie i powszechne wykorzystanie wodoru jako źródła energii. Drugi, który możemy nazwać neutralnym, czy też nawet realistycznym zakłada, że wodór opanuje pewien istotny fragment rynku energetycznego, lokując się w korzystnych niszach rynkowych. Trzeci wariant pesymistyczny zakłada, że wodór nie znajdzie istotnej pozycji na rynku energii. Co się wydarzy w tym zakresie w przyszłości? O tym zadecyduje w dużej mierze czy podjęte zostaną stabilne procesy inwestycyjne, które pozwolą wykorzystać szanse i ograniczyć lub pokonać istotną część ograniczeń. Główne kierunki działań związane są z doskonaleniem istniejących i tworzeniem nowych, w szczególności niskoemisyjnych, metod produkcji wodoru, poszukiwaniem efektywnych i bezpiecznych metod przechowywania, dystrybucji i użytkowania wodoru, tworzeniem infrastruktury wodorowej i rynku wodorowego oraz redukcją kosztów produkcji i szeroko rozumianej infrastruktury wodorowej. Nie można tutaj także zapominać o przepisach prawnych w tym zakresie. Jest to bardzo złożony kompleks zagadnień. Podejmując próbę uszczegółowienia i skonkretyzowania podejmowanych działań można zwrócić uwagę na wybrane kwestie szczegółowe. Pierwszą kwestią jest produkcja wodoru. Główne, stosowane obecnie metody produkcji wodoru (na bazie paliw kopalnych) wiążą się z emisją dwutlenku węgla, zatem nie spełniają wymogów transformacji energetycznej. Aktualnie zaledwie kilka procent wytwarzanego wodoru to tzw. „wodór zielony”, który wytwarzany jest przy wykorzystaniu odnawialnej lub niskoemisyjnej energii. Zatem aby wodór stał się paliwem transformacji energetycznej należy rozwijać i upowszechniać metody produkcji „zielonego wodoru”. Są to metody bazujące na energii odnawialnej (energia słoneczna, wiatrowa, wodna, geotermalna) wykorzystywanej do elektrolizy wody. Zielony wodór może być także produkowany z biomasy, w procesie biofotolizy (z wykorzystaniem mikroorganizmów lub enzymów) czy taż w procesie produkcji termochemicznej (wykorzystanie wysokich temperatur do rozkładu wody na wodór i tlen). Tworząc łańcuch wartości gospodarki wodorowej można sobie wyobrazić sytuację, że wytworzony wodór jest użytkowany na miejscu, co nie wymaga budowy złożonej infrastruktury. Takie podejście ogranicza jednak możliwości zastosowania wodoru. Zatem w celu szerokiego wykorzystania wodoru konieczne są jego bezpieczne magazynowanie i dystrybucja. To kolejne kwestie dotyczące rozwoju gospodarki wodorowej. Wodór można magazynować w postaci sprężonej lub skroplonej. Pochłania to jednak dodatkową energię pogarszając bilans energetyczny gospodarki wodorowej. Dlatego intensywnie rozwijane są chemiczne (w związkach chemicznych) i fizyczne (w materiałach o specjalnych cechach) metody przechowywania wodoru. Rozważanie są także możliwości jego przechowywania w kawernach solnych. Dystrybucja wodoru to jego przewóz w butlach lub cysternach z wykorzystaniem transportu samochodowego lub kolejowego. Dalszy rozwój to budowa sieci wodorociągów rurowych. Szeroki rozwój dystrybucji to kolejny istotny element rozważanej transformacji energetycznej. Jednak sama produkcja, magazynowanie i dystrybucja nie będą jeszcze zapewniały sukcesu w rozważanej materii. W kontekście transformacji energetycznej konieczne jest stworzenie rynku odbiorców ekologicznego wodoru. Taki rynek się aktualnie tworzy. Pojawiają się środki transportu o napędzie wodorowym, obserwuje się także zastosowania „zielonego wodoru” w przemyśle, energetyce i ciepłownictwie. Są to jeszcze z pewnością aktualnie zastosowania niszowe. I tu pojawia się następna kwestia, która może okazać się decydująca w dalszym rozwoju energetycznych zastosowań wodoru. Chodzi o koszty działań w całym łańcuchu gospodarki wodorowej. One są aktualnie wysokie i z pewnością nie są konkurencyjne dla klasycznych, powszechnie stosowanych źródeł energii. Zmniejszenie kosztów produkcji i dystrybucji wodoru to kolejne z wyzwań. Na obecnym etapie konieczne jest wsparcie działań związanych z zastosowaniem wodoru w postaci dotacji i ulg finansowych. Konieczne są także inwestycje w prace badawczo-rozwojowe aby rozwijać szeroko rozumiane technologie wodorowe. Da to możliwość pokonywania kolejnych barier, zwiększając skalę stosowania wodoru, co także przyczyni się do zmniejszania kosztów. Reasumując w podsumowaniu można stwierdzić, że technologie wodorowe pokonały pierwsze bariery techniczne, wykazując możliwość zastosowania wodoru jako niskoemisyjnego źródła energii. Aby ten sektor rynku energetycznego dalej się rozwijał i nie pozostał w niszy konieczne są dalsze inwestycje mające na celu doskonalenie technologii wodorowych z ukierunkowaniem na ich szersze zastosowanie i zmniejszenie kosztów.
Trudno jest wyobrazić sobie, że przeszkody stojące na drodze do upowszechnienia wodoru jako nośnika energii pokonane zostaną tylko przez przedsiębiorstwa prywatne. Jaka jest więc Pana zdaniem rola uczelni w tworzeniu gospodarki wodorowej?
Uczelnie, czy też szerzej, jednostki naukowo-badawcze mają do spełnienia bardzo istotną rolę w procesie tworzenia gospodarki wodorowej. Aby energetyczne zastosowania wodoru mogło się rozwijać konieczna jest realizacja prac badawczo-rozwojowych ukierunkowanych na wskazywane w odpowiedzi na poprzednie pytanie ograniczenia związane z wyzwaniami ograniczającymi rozwój gospodarki wodorowej. To jest właśnie zadanie uczelni i instytutów badawczych. Musi to być oczywiście powiązane z przyznaniem odpowiednich środków na te działania. Ważne jest również, aby jednostki naukowo-badawcze tworzyły konsorcja podejmujące prace badawcze. Są one na tyle złożone, że nie są możliwe do rozwiązania poprzez działające samodzielnie podmioty. Kolejnym ważnym zadaniem dla uczelni jest kształcenie kadr przygotowanych do wdrażania i rozwijania technologii wodorowych. Istotne jest także oddziaływanie społeczne, kształtujące zrozumienie dla przemian związanych z transformacją energetyczną. To wszystkie są bardzo istotne zadania, zatem przed uczelniami stoją bardzo ważne zadania w procesie tworzenia gospodarki wodorowej.
Jest Pan Prezesem działającego od 2021 roku Stowarzyszenia Podkarpacka Dolina Wodorowa. Należą do niego uczelnie, firmy prywatne oraz jednostki samorządowe. Celem Stowarzyszenia jest rozwój technologii wodorowych umożliwiających wykorzystania tego pierwiastka w gospodarce oraz dążenie do zbudowania gałęzi podkarpackiego przemysłu wodorowego. Z perspektywy ponad dwóch i pół roku funkcjonowania, jakie są efekty współpracy w ramach Stowarzyszenia, nad czym pracują Państwo obecnie i jakie są kierunki dalszych działań?
W listopadzie 2021 zostało powołane Stowarzyszenia Podkarpacka Dolina Wodorowa, które formalnie zostało zarejestrowane, osiągając tym samym formułę prawną w styczniu 2022 roku. Aktualnie Stowarzyszenie zrzesza 7 członków zwyczajnych i 17 członków wspierających. Początki działalności to działania organizacyjne tworzące podstawy funkcjonowania, ale także pozyskiwanie nowych członków i uczestnictwo w spotkaniach na szczeblu krajowym i międzynarodowym mające na celu rozwijanie działalności i budowanie partnerstwa. Opracowany został także raport dotyczący perspektyw rozwoju gospodarki wodorowej w Województwie Podkarpackim. Bardzo szybko pojawiła się aktywność związana z realizacją projektów o charakterze doradczym i edukacyjnym. Przykładami takich przedsięwzięć są: Project Development Assistance II w ramach programu Clean Hydrogen Partnership oraz projekt edukacyjny „Technologie Wodorowe. Przyszłość zaczyna się dziś” przeznaczony dla uczniów szkół średnich. W ostatnim okresie czasu podejmujemy przedsięwzięcia o charakterze badawczym i rozwojowym. Aktualnie bierzemy udział w międzynarodowym projekcie ”UNLOCK – Unlocking Green Hydrogen Economy for SMEs”. Została nawiązana współpraca z Austriacką Doliną Wodorową, czego efektem jest złożenie wspólnego projektu. Jako najistotniejszy kierunek dalszych działań można wskazać prace nad przygotowaniem własnego wniosku do programu Clean Hydrogen Partnership. W ramach działalności Stowarzyszenia cały czas wspieramy też naszych członków w podejmowanych projektach wodorowych oraz prowadzimy działalność zmierzająca do pozyskania nowych członków. Obserwujemy wzrastające zainteresowanie problematyką gospodarki wodorowej w regionie. Efektem realizowanych przez członków Podkarpackiej Doliny Wodorowej projektów będzie w najbliższych dwóch latach utworzenie istotnych przyczółków na podkarpackim rynku produkcji i odbiorców wodoru. Powstanie elektrolizer o mocy 5MW, utworzone zostaną także dwie stacje tankowania wodorem.
Jednym z założycieli i członków Podkarpackiej Doliny Wodorowej jest Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza. Jakie działania reprezentowania przez Pana Uczelnia realizuje w zakresie zastosowania wodoru w szeroko pojętej energetyce?
Politechnika Rzeszowska jest jednym z założycieli, a także bardzo aktywnym członkiem Podkarpackiej Doliny Wodorowej. Jako uczelnia podejmuje liczne aktywności związane z rozwojem technologii wodorowych oraz z zastosowaniem wodoru jako źródła energii. Główny nurt prac badawczych w tym zakresie to zastosowanie wodoru w lotnictwie i energetyce. W tym celu utworzono na Politechnice Rzeszowskiej Laboratorium Wodorowe spełniające restrykcyjne wymogi bezpieczeństwa. Dzięki prowadzonym w tym laboratorium badaniom uczelnia ma szanse stać się jednym ze światowych liderów w dziedzinie badań nad paliwem wodorowym i napędami nim zasilanymi. Tematyka lotniczych napędów wodorowych jest obecna w pracach badawczych Politechniki Rzeszowskiej już od wielu lat, a najnowszym projektem jest FAME (Fuel cell propulsion system for Aircraft Megawatt Engine) realizowany w międzynarodowym konsorcjum w ramach programu Clean Aviation. Współpracujemy także z podmiotem biznesowym z sektora energetycznego w zakresie modelowania i spalania mieszanki wodoru z gazem ziemnym w turbinach energetycznych. Wspieramy również projekty realizowane przez Podkarpacką Dolinę Wodorową. Oprócz prac badawczych opracowaliśmy także kierunki kształcenia przygotowujące kadrę inżynierską dla potrzeb gospodarki wodorowej. Są to międzywydziałowe studia II stopnia w języku angielskim Clean Energy oraz studia II stopnia Technologie Wodorowe na Wydziale Chemicznym. Uczestniczymy także w międzynarodowej sieci Hydrogen Europe Research mającej na celu budowanie partnerstwa i tworzenie szerokiej współpracy na rzecz energetycznego wykorzystania wodoru. Realizujemy zatem jako Politechnika Rzeszowska wszystkie zadania, które przypisane są uczelniom w zakresie budowania trwałych podstaw w gospodarki wodorowej.
Rozmawiał Witold Szwagrun
***
Prof. dr hab. inż. Jarosław Sęp, prorektor Politechniki Rzeszowskiej ds. rozwoju i współpracy, kierownik Katedry Technologii Maszyn i Inżynierii Produkcji na Wydziale Budowy Maszyn i Lotnictwa. W latach 2012-2019 pełnił funkcję dziekana, w latach 2008-2012 prodziekana Wydziału Budowy Maszyn i Lotnictwa. Obecne zainteresowania naukowe obejmuję tribologię, energetyczne zastosowania wodoru oraz problematykę monitorowania i optymalizacji procesów wytwarzania. Od 2009 roku brał/bierze udział (jako koordynator lub wykonawca) w 45 międzynarodowych i krajowych projektach rozwijających technologie i kształcenie na potrzeby przemysłu, w szczególności przemysłu lotniczego. Był/jest zaangażowany w liczne projekty zlecone doskonalące procesy przemysłowe. Jest autorem ponad 170 publikacji (książki, artykuły w międzynarodowych i krajowych czasopismach. Ponadto jest członkiem Komitetu Budowy Maszyn PAN (członek prezydium), Polskiego Towarzystwa Tribologicznego (prezes), Polskiego Towarzystwa Zarządzania Produkcją (wiceprezes) oraz Podkarpackiej Doliny Wodorowej (prezes). Będzie uczestnikiem panelu „Prąd, wodór, amoniak i metanol – przyszłość zrównoważonego transportu” podczas IX Konferencji „Bezpieczeństwo energetyczne – filary i perspektywa rozwoju” w Rzeszowie w dniach 9-10 września 2024 roku.
