Agata Skrzypczyk, Michał Karliński: Wodór na falach

Zeroemisyjne paliwo dzięki zeroemisyjnej energii?

Europejskie Centrum Energii Morskiej (The European Marine Energy Centre – EMEC) przeprowadziło testy produkcji paliwa wodorowego za pomocą energii uzyskanej z pływów fal morskich. Projekt ten jest innowacyjny z dwóch powodów. Przede wszystkim prototyp zbudowany przez EMEC wykorzystuje nadmiar energii pływów morskich do produkcji paliwa, co oznacza magazynowanie inaczej niewykorzystanej energii pod postacią wodoru. Po drugie zaś, paliwo wodorowe samo w sobie jest uważane za zeroemisyjne, jednak do jego produkcji potrzeba stosunkowo dużo energii. Wygląda na to, że naukowcy ze Szkocji znaleźli idealne rozwiązanie, łącząc energię odnawialną z produkcją czystego paliwa.

fot. European Marine Energy Centre

Szkocki rząd z dumą ogłasza swoje wsparcie dla tego innowacyjnego projektu, który pomoże przynajmniej częściowo przemóc ograniczenia sieci na Orkadach, umożliwiając magazynowanie nadmiaru energii pływów morskich i wykorzystując ją do produkcji paliwa wodorowego – ogłosił szkocki minister ds. energii, Paul Wheelhouse.

Nowa metoda pozyskiwania paliwa
Wodór jest najczęściej występującym pierwiastkiem we Wszechświecie. Idealnie nadaje się do produkcji paliwa – jego wysoka wartość opałowa pozwala na uzyskanie dużej ilości energii. Paliwo wodorowe uzyskiwane jest po rozszczepieniu wody na pierwiastki wodoru (H2) oraz tlenu (O2). Spalanie wodoru do uzyskania energii następuje przy zerowej emisji, jednak pod jednym warunkiem. Aby wodór był czystym i wydajnym paliwem, musi zostać opracowana tania i niskoemisyjna metoda rozszczepiania wody. Czyli alternatywna dla technologii opierających się na procesach termochemicznych, w których surowcem są paliwa nieodnawialne, jak ropa czy węgiel.

Przewiduje się, że wykorzystując efektywne metody jego produkcji, wodór będzie paliwem przyszłości. Islandia od lat 70. XX wieku pracuje nad wykorzystaniem tego źródła energii na większą skalę. W 1998 kraj ten przygotował plan całkowitego zastąpienia paliw kopalnych paliwem wodorowym do 2050 roku, nie tylko w pojazdach, ale przede wszystkim we flocie morskiej. Islandia ma duże pokłady energii odnawialnej, przede wszystkim w wodnej i geotermalnej, co daje jej duże szanse na zbudowanie wydajnej infrastruktury do produkcji i wykorzystania tego paliwa.

W Polsce paliwo wodorowe staje się również coraz bardziej popularne dzięki Instytutowi Transportu Samochodowego, który powiększa infrastrukturę stacji tankowania wodoru. Samochody i autobusy napędzane wodorem są niezwykle ekologiczne i wydajne z wielu powodów. Przede wszystkim z rury wydechowej wydziela się para wodna, bez spalin. Poza tym samochody wodorowe nie wymagają baterii (jak ma to miejsce w przypadku pojazdów elektrycznych) – w baku auta zgromadzony jest wodór, który w trakcie jazdy jest spalany w celu napędzania silnika.

Miejmy nadzieję, że innowacyjny projekt szkockich naukowców stworzy precedens do magazynowania energii ze źródeł odnawialnych za pomocą produkcji paliwa wodorowego.


Komentarz Michała Karlińskiego, REO:

Magazynowanie energii elektrycznej to ciągle poważny problem. Nadal jednym z popularniejszych sposobów jest magazynowanie w postaci pracy, wykonanej przez magazynowany prąd. Pracę można zmagazynować jako energię potencjalną, jak ma to miejsce w elektrowniach szczytowo-pompowych. Chemiczne magazynowanie energii, np. wytwarzając tanie surowe energetyczne, jest świetną alternatywą dla obiektów magazynowania energii potencjalnej (wymagających terenu pod budowę ogromnych zbiorników).
Choć energetyczny potencjał wodoru jako paliwa wykorzystał William Murdoch w drugiej połowie XVIII wieku, w postaci gazu świetlnego, którego głównym składnikiem jest wodór, to na nowoczesne zastosowanie przyszło nam poczekać do czasów podboju kosmosu. Wodór jest stosowany jako paliwo w silnikach rakietowych. Jako paliwo jest bezpiecznym materiałem wysokoenergetycznym, pod warunkiem że zastosujemy bezpieczne magazynowanie tego paliwa. Popularne materiały (większość stopów metali, tworzywa sztuczne) dla małych cząsteczek wodoru są jak sito. Z pomocą przychodzą materiały sorpcyjne, np. nanorurki węglowe, oraz gąbki z niektórych metali, w których wodór się rozpuszcza. Umożliwiają one bezpieczne magazynowanie wodoru, pod dość niskim ciśnieniem. Jedyny problem to konieczność ogrzewania zbiornika, by pozyskać wodór z materiału sorpcyjnego.
Z pomocą w magazynowaniu przychodzi chemia, np. jako niektóre wodorki metali, które w łatwy sposób uwalniają wodór chemicznie w nich związany, jak i ten związany w wodzie. Jeśli wodór spalamy w tlenie, to produktem jest wyłącznie woda. Jeżeli płomień wodorowy będzie schłodzony, dodatkowo powstanie w niewielkich ilościach nadtlenek wodoru (czysty H2O2 jest paliwem rakietowym, roztwór 30% znany jest jako perhydrol, a 3% to zwykła woda utleniona). Spalając wodór w powietrzu, dodatkowo otrzymujemy tlenki azotu, odpowiedzialne za kwaśne deszcze i smog PM2,5.
Ekologiczną alternatywą dla spalania wodoru w powietrzu są ogniwa paliwowe, z których jedynym chemicznym produktem jest woda. By jednak trochę entuzjazm ostudzić, warto na koniec zastanowić się nad wpływem pary wodnej na wzrost średniej temperatury na Ziemi. Już w 2000 roku prof. Przemysław Mastalerz wskazywał parę wodną jako czynnik wywołujący efekt cieplarniany, nie CO2.