📻 REWOLUCJA E: Nowy zawodnik. Wodór za węgiel

Produkcja stali musi odbywać się bez emisji CO2

AUDIO REO. Posłuchaj tekstu na podcaście. Czyta Danuta Stachyra.

 


  • Czy przemysł musi być źródłem emisji dwutlenku węgla?
  • Jest wiele metod produkcji wodoru bez emisji CO2.
  • Wodór zastąpi węgiel w produkcji stali.


Powstrzymanie globalnego ocieplenia na w miarę bezpiecznym poziomie 1,5 stopnia Celsjusza wymaga jak najszybszej redukcji emisji gazów cieplarnianych. Ich głównym składnikiem jest dwutlenek węgla. Dlatego na świecie toczy się walka o usunięcie technologii węglowych zwana dekarbonizacją albo przechodzeniem na gospodarkę bezemisyjną (bez emisji CO2).

Największe emisje CO2 powstają w procesie spalania paliw kopalnych: ropy, węgla i gazu. Stąd ich głównym źródłem jest energetyka i transport. Odnawialne źródła energii pozwolą zdekarbonizować energetykę, pojazdy spalinowe zastąpimy elektrycznymi, ale jak wyeliminować emisje związane z produkcją przemysłową?

W poprzednich artykułach z cyklu REWOLUCJA E doszliśmy do konkluzji, że przemysł czwartej rewolucji (Przemysł 4.0) będzie z natury bezemisyjny i zasilany energią odnawialną [->]. Tradycyjny przemysł również przejdzie na zasilanie czystą energią z OZE [->], co zmniejszy jego negatywny wpływ na środowisko. Jednak likwidacja emisji gazów cieplarnianych przez przemysł nie ogranicza się tylko do zasilania fabryk czystą, bezemisyjną energią pochodzącą z OZE (lub elektrowni jądrowych). W wielu wypadkach sam proces produkcyjny związany jest z emisjami. Moim zdaniem naszym sojusznikiem w walce z gazami cieplarnianymi będzie wodór.

Przemysł zużywa olbrzymie ilości wodoru, który jest potrzebny do produkcji nawozów sztucznych, tworzyw czy półproduktów dla przemysłu chemicznego. O zastosowaniach wodoru można przeczytać w doskonałym tekście Michała Karlińskiego pt. Czy wodór jest zły? [->]. Niestety, produkcja wodoru wiąże się z dużymi emisjami dwutlenku węgla.

W Polsce, podobnie jak w innych krajach, wodór produkowany jest głównie z gazu ziemnego w procesie tak zwanego reformingu parowego. Jest to reakcja metanu z parą wodną przeprowadzana w wysokiej temperaturze. Niechcianym produktem ubocznym tej reakcji jest jednak dwutlenek węgla.

Produkcja jednej tony wodoru w procesie reformingu metanu oznacza emisję ponad siedmiu ton dwutlenku węgla.

Znacznie gorzej wygląda sytuacja, gdy wodór pozyskiwany jest w procesie tzw. zgazowania węgla. W tym wypadku emisję będą trzykrotnie większe.



Dla dociekliwych
Lobbyści branży węglowej, wykorzystując niewiedzę decydentów i opinii publicznej, przedstawiają zgazowywanie węgla jako technologię ekologiczną i czystą, korzystną dla środowiska [->]. Twierdzenia takie są zwyczajnym kłamstwem. Zgazowywanie węgla to przepis na katastrofę klimatyczną (i przy okazji parę innych katastrof).



 

Czy można wytwarzać wodór innymi sposobami, bez emisji CO2?
Oczywiście. Jest nawet kilka metod.

1 Po pierwsze, znany powszechnie proces elektrolizy wody. Oczywiście wykorzystując elektryczność z OZE. Wraz ze spadkiem cen urządzeń OZE metoda ta staje się coraz bardziej atrakcyjna ekonomicznie. Kto wie, czy za kilkanaście lat rurociągiem Baltic Pipe nie będzie płynął wodór wytwarzany energią z wiatraków na Morzu Północnym?

2 Po drugie, biogazownie. Fermentację w biogazowni można prowadzić tak, że jej produktem jest wodór. Inne rozwiązanie, to reforming biometanu ze zwykłej biogazowni.

3 Po trzecie, wysokotemperaturowy reaktor jądrowy i termiczny rozkład wody. Takie urządzenia są tuż za rogiem, miejmy nadzieję na ich szybką komercjalizację.

4 Warto dodać, że naukowcy pracują nad jeszcze innymi rozwiązaniami, jak rozkład wody przez światło słoneczne [->].

 

Wielkoskalowa produkcja wodoru w oparciu o OZE oraz, być może w przyszłości energetykę jądrową, pozwoli nie tylko na głęboką dekarbonizację przemysłu chemicznego. Wodór oraz paliwa z niego wytwarzane pozwolą także na dekarbonizację transportu, w tym morskiego i lotniczego.

Nie koniec na tym. Dużym źródłem emisji jest hutnictwo. Okazuje się, że i tu wodór może nam pomóc.

Bezemisyjne hutnictwo

Czy można produkować stal bez użycia węgla? Okazuje się, że tak. Wprawdzie stal jest stopem żelaza z węglem właśnie, zatem troszkę węgla będzie potrzebne, ale tylko w roli domieszki.

W klasycznym procesie wytopu żelaza węgiel spełnia dwie role. Po pierwsze, służy do przekształcenia rudy (tlenku żelaza). Jest to tak zwany proces redukcji, w wyniku którego powstaje żelazo surowe i dwutlenek węgla. Proces ten odpowiada za ok. 60% emisji hutniczych. Po drugie węgiel (i powstający z niego gaz koksowniczy) spalając się tworzą wysoką temperaturę konieczną do wytopu. Oczywiście jest to kolejne źródło emisji.

Nie jest to jednak jedyna możliwa metoda produkcji żelaza, w roli reduktora zamiast węgla może wystąpić właśnie wodór. Nie jest to żadna nowość, tego typu procesy stosowane były od dawna (redukując rudę wodorem zamiast węglem otrzymujemy stal o wysokiej czystości, gdyż do wytopu nie przedostają się zanieczyszczenia z węgla), jednak dotychczas były prowadzone na małą skalę.

Bezemisyjna produkcja stali to redukcja rudy wodorem i wytop prowadzony w elektrycznych piecach łukowych.

Przemysłowa produkcja stali w opisany wyżej sposób to już nie temat teoretycznych rozważań, ale realizowane w Szwecji przedsięwzięcie na wielką skalę. Mowa tu o projekcie HYBRIT szwedzkich koncernów: SSAB (największy skandynawski producent stali), LKAB (największy europejski producent rudy żelaza) oraz Vattenfall (energia elektryczna). W projekcie tym Vattenfall odpowiada za dostawy wodoru produkowanego z wykorzystaniem energii z elektrowni wiatrowych. Zastosowanie odpowiedniej wielkości bufora – zbiornika gazu sprawi, że problem przerw w produkcji energii spowodowany okresowym brakiem wiatru nie będzie mieć znaczenia.

No cóż, w jednych krajach już dziś buduje się bezemisyjny przemysł jutra, w innych nadal śni się sen o czarnym złocie. Sen przechodzący w koszmar.



REO POLECA 

Agata Skrzypczyk: Wodór z OZE paliwem przyszłości!