Miesięcznik Dzikie Życie

9/339 2022 Wrzesień 2022

Wodór. Ratunek czy ślepy zaułek?

Diana Maciąga, Katarzyna Wiekiera

Unia Europejska i kraje członkowskie, takie jak Polska, wskoczyły do pociągu jadącego pełną parą do przyszłej, zielonej, wodorowej gospodarki. Wodór (H2) uznawany jest za czyste paliwo, dlatego udziela mu się regulacyjnego i finansowego wsparcia. Problem polega na tym, że obecnie aż 96% wodoru powstaje z paliw kopalnych. Dzięki odnawialnym źródłom energii produkowane jest mniej niż 1%. Czy zielona, wodorowa rewolucja jest naprawdę możliwa?

Cała nadzieja w wodorze

„Ostatnia nadzieja polityki klimatycznej”, „paliwo przyszłości” – właśnie tak przedstawiany jest wodór. Ludzkość nie przestaje śnić snu o jednym, uniwersalnym rozwiązaniu dla problemów energetycznych i klimatycznych. Lekiem na całe zło ma stać się właśnie wodór. Na poziomie teoretycznym wszystko wygląda pięknie: wodór może być wykorzystany w wielu sektorach gospodarki. To doskonały magazyn energii – potrzebny, by stabilizować system oparty na jej odnawialnych źródłach. Produkcja ekologicznego tzw. zielonego wodoru jest wolna od emisji gazów cieplarnianych. Wodór jest tak naprawdę bezbarwny, a określenia takie jak „zielony” czy „błękitny” wskazują na metodę jego produkcji. I to właśnie od metody zależy, czy wodór jest przyjazny dla środowiska i klimatu.

Zastosowanie wodoru – dziś i w przyszłości

Obecnie produkowany na świecie wodór, ze względu na wysokie koszty, wykorzystywany jest przede wszystkim w procesie rafinacji ropy naftowej i do produkcji syntetycznych nawozów azotowych. W przyszłości ma nie tylko pomóc w dekarbonizacji gałęzi gospodarki takich jak hutnictwo czy lotnictwo, które są dziś całkowicie zależne od paliw kopalnych, ale stać się filarem całej „gospodarki wodorowej”. Zakłada ona wykorzystanie wodoru na dużą skalę w transporcie lądowym i morskim, w energetyce (do magazynowania energii i produkcji prądu) i w ciepłownictwie (do ogrzewania naszych mieszkań, a nawet do gotowania). Mówi się o możliwości wykorzystania infrastruktury gazowej pod miks gazu i wodoru, a w przyszłości wyłącznie wodoru (stąd określenie nowych inwestycji jako hydrogen ready, czyli „gotowe na wodór”). To wszystko wizja rysowana przez polityków i przemysł, bo na razie wodór produkowany jest z paliw kopalnych. A to oznacza, że zanim powszechnie przestawimy się na zielony wodór, który pomoże nam przeciwdziałać zmianom klimatu, czekałoby nas kilka dekad „gospodarki wodorowej” napędzanej paliwami kopalnymi. Czy gra jest warta świeczki?

Obrazek

Wodorowa tęcza, czyli z czego robi się wodór

Przemysł gazowy promuje wodór jako „czysty” i „zielony”. Jednak wodór wodorowi nierówny. Choć sam w sobie nie powoduje emisji gazów cieplarnianych, wpływ wodoru na klimat może być znaczący w zależności od tego, w jaki sposób się go produkuje.

Szary wodór

Obecnie aż 96% światowej produkcji wodoru jest oparte na paliwach kopalnych, w tym 80% pochodzi z gazu kopalnego – metanu, który w kluczowej dla walki z globalnym ociepleniem w 20-letniej perspektywie jest gazem cieplarnianym mającym 86 razy silniejszy wpływ na klimat niż dwutlenek węgla. To tak zwany „szary wodór”, który powstaje w wyniku procesu reformingu parowego metanu (steam methan reforming, czyli SMR). W ten sam sposób, ale z wykorzystaniem węgla, produkowany jest „wodór brązowy” (nazywany też czarnym). Produkcja wodoru tą metodą jest co najmniej tak samo szkodliwa jak spalanie gazu kopalnego. Dziś odpowiada za 6% całkowitego światowego zużycia gazu kopalnego.

Błękitny wodór

Tak zwany „błękitny wodór” także powstaje z gazu kopalnego w procesie SMR, ale z założeniem, że emitowany dwutlenek węgla zostałby wychwycony i zmagazynowany (CCS) lub wykorzystany (CCU). Branża gazowa promuje błękitny wodór jako paliwo niskoemisyjne. Tymczasem w 2021 r. naukowcy z Uniwersytetu Cornella wykazali1, że ślad węglowy błękitnego wodoru jest o ponad 20% większy niż spalania zamiast niego gazu ziemnego lub węgla, i o około 60% większy, niż spalania oleju napędowego. To znaczy, że przejście z gazu kopalnego na błękitny wodór nie tylko nie pomoże w ochronie klimatu, a wręcz przyczyni się do kryzysu klimatycznego. Tylko część emisji dwutlenku węgla da się wychwycić a sama technologia CCS/CCU jest kosztowna, energochłonna i kontrowersyjna, a przy tym wciąż eksperymentalna. Co najważniejsze – do wytworzenia błękitnego wodoru potrzebny jest gaz, którego wydobycie, przesył i użytkowanie powoduje emisje metanu.

IPCC szacuje, że około 25% globalnego ocieplenia netto, które nastąpiło w ostatnich dziesięcioleciach, jest spowodowane przez metan. Według Programu Środowiskowego ONZ (UNEP) zmniejszenie emisji metanu ze wszystkich źródeł o 40-45% do 2030 r. to najmniej kosztowna ścieżka do ograniczenia wzrostu temperatury na Ziemi do 1,5 °C, czyli celu wyznaczonego podczas szczytu klimatycznego w Paryżu w grudniu 2015 r. Produkowanie wodoru z gazu stoi więc w sprzeczności z celem Porozumienia paryskiego.

Tymczasem z raportu organizacji pozarządowej Food & Water Action „The hydrogen hype. Gas industry fairy tale or climate horror story?”2 wiemy, że niesprawdzona i kosztowna technologia CCS/CCU otrzymała polityczne, finansowe i regulacyjne wsparcie, aby UE mogła uzasadnić włączenie wodoru opartego na paliwach kopalnych do swoich planów klimatycznych. Choć istniejąca infrastruktura nie nadaje się do transportu wodoru, przewymiarowana sieć gazowa została przemianowana na sieć wodorową, która będzie wprowadzać kilkuprocentową domieszkę wodoru do istniejących gazociągów transportujących gaz kopalny. Dało to zielone światło do dalszej rozbudowy infrastruktury gazowej.

Zielony wodór

Wodór można również wytwarzać w procesie elektrolizy wody, to jest rozbicia cząsteczki wody za pomocą energii elektrycznej na tlen i wodór. Jeśli użyta w tym procesie energia elektryczna jest wytwarzana z czystego, odnawialnego źródła, takiego jak elektrownie wiatrowe lub słoneczne, wodór określa się mianem zielonego. Wodór zielony przegrywa konkurencję cenową z wodorem szarym, jednak koszty energii odnawialnej szybko maleją a elektrolizery stają się coraz bardziej wydajne, podczas gdy ceny gazu kopalnego rosną. Przestawienie gospodarki na zielony wodór mogłoby ostatecznie wyeliminować przemysł gazowy z rynku. To jednak nie jedyny powód, dla którego branża gazowa tak mocno promuje gospodarkę wodorową i wodór błękitny jako czysty i niskoemisyjny.

Obrazek

Do 2030 r. Maroko zamierza produkować 52% energii ze źródeł odnawialnych, z czego po 20% ma być generowane z wiatru i słońca a 12% z energetyki wodnej. 300-megawatowa Tarfaya to jak dotąd największa lądowa elektrownia wiatrowa w Afryce. Fot. TEDxTarfaya, flickr.com

Gdyby cały wodór produkowany obecnie na świecie tylko na potrzeby przemysłu był wytwarzany w procesie elektrolizy (z użyciem każdej dostępnej, a więc nie tylko „zielonej” energii elektrycznej), zapotrzebowanie na prąd do jego produkcji wyniosłoby 3600 TWh. To więcej niż wynosi całkowita roczna produkcja energii elektrycznej w UE (według Międzynarodowej Agencji Energii)3. Produkcja wodoru w procesie elektrolizy jest po prostu ogromnie energochłonna. Możliwość produkcji zielonego wodoru jest i będzie ograniczona przez dostępność energii ze źródeł odnawialnych, która będzie potrzebna przede wszystkim by zastąpić prąd dziś produkowany z paliw kopalnych. Stworzenie wystarczającej ilości zielonego wodoru do 2050 r., aby podmienić dziś zużywany gaz kopalny jest mrzonką, która skończy się klimatycznym horrorem. Jego scenariusz pisze nam wodorowe lobby.

Kto stoi za wodorowym lobby?

Choć na pierwszy rzut oka może to zaskakiwać, za powszechnym wykorzystywaniem wodoru lobbują nie ekolodzy a sektor paliw kopalnych, między innymi firmy takie jak BP (British Petroleum) i Shell zrzeszone w ramach Hydrogen Council i Hydrogene Europe. Wspiera je FTI Consulting, firma PR’owa, która stała w USA za tworzeniem fałszywych organizacji obywatelskich popierających paliwa kopalne.

Koncerny paliw kopalnych są już zaangażowane w ponad 80% europejskich projektów wodorowych opartych na odnawialnych źródłach energii i postrzegają tę technologię jako „konia trojańskiego”, który wprowadzi wodór oparty na kopalinach. „Gospodarka wodorowa” stworzy popyt, którego nie zaspokoi relatywnie niewielka ilość zielonego wodoru. Będzie napędzana wodorem błękitnym produkowanym z gazu kopalnego. W ten sposób sektor wydobywczy nie tylko nie wypadnie z gry, ale zapewni sobie niesłabnący popyt na swoje usługi.

Raport „The hydrogen hype” dokumentuje intensywną i skoordynowaną kampanię lobbingową prowadzoną przez przemysł gazowy w UE. Firmy związane z przemysłem gazu kopalnego wydają średnio 60 mln euro rocznie na próby kształtowania unijnej polityki. Tylko w 2020 r. przedstawiciele przemysłu wodorowego spotkali się z unijnymi politykami wysokiego szczebla 163 razy. Ci sami politycy w tym samym czasie spotkali się zaledwie 37 razy z przedstawicielami organizacji pozarządowych zajmujących się transformacją energetyki. Efekty to zwiększony dostęp do publicznych pieniędzy dla branży gazowej.

Europejska strategia wodorowa Komisji Europejskiej, opublikowana w lipcu 2020 r., jest niepokojąco podobna do postulatów Hydrogen Europe zarówno w zakresie celów, jak i inwestycji w wodór w UE i poza nią. Szacowany koszt tych inwestycji do 2030 r. to 430 mld euro. Wodór (zielony i niebieski) został uwzględniony w kluczowych, strategicznych dokumentach UE. Zgodnie z planem REPowerEU produkcja wodoru odnawialnego w UE do 2030 r. ma wynieść 10 milionów ton. Europejskie państwa członkowskie również nadmuchują wodorową bańkę, przeznaczając znaczne środki finansowe na krajowe strategie wodorowe.

Polski rząd strategię wodorową przyjął w listopadzie 2021 r. Dokument „Polska Strategia Wodorowa do roku 2030” wyznacza między innymi cel uruchomienia do 2030 r. instalacji do produkcji niskoemisyjnego wodoru o mocy 2 GW4. Mają to być elektrolizery bazujące na wykorzystaniu energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych, jednak założono także produkcję H2 z wykorzystaniem paliw kopalnych. Za powód takiej decyzji wskazano wykorzystanie wspomnianych wyżej procesów CCS/CCU. Polska strategia wodorowa zakłada ponadto, że do 2030 r. powstaną 32 stacje ładowania, 1000 autobusów na wodór i 5 „dolin wodorowych”.

Hydrogen ready – czy wodór zastąpi gaz?

Wielu decydentów twierdzi, że europejskie terminale LNG i gazociągi mogą być w przyszłości łatwo przystosowane do przesyłania wodoru, co ma uspokajać obawy, że nowa infrastruktura gazowa stanie się kosztownymi aktywami osieroconymi (czyli inwestycjami, które nigdy się nie zwrócą), kiedy będziemy używać już wyłącznie czystej energii. Koncept gazociągów i terminali „gotowych na wodór” (ang. hydrogen ready) jest jednak zwodniczy. Nie dość, że już sama terminologia legitymizuje rozwój infrastruktury przez przemysł gazowy i używanie gazu kopalnego do produkcji wodoru, a w dalszej przyszłości wodoru ze źródeł odnawialnych, to jeszcze eksperci zaznaczają, że przekształcenie terminalu LNG w instalację zdolną odbierać wodór jest raczej niemożliwe. Podczas gdy teoretycznie możliwa jest adaptacja gazociągów do przesyłania wodoru, jest to obarczone bardzo wysokim ryzykiem porażki. Skraplanie wodoru na potrzeby transportu morskiego wymaga trzykrotnie więcej energii niż skroplenie gazu ziemnego, podobnie jego przesył przez rurociąg jest trzy razy bardziej energochłonne niż gazu, co również trzykrotnie zwiększa koszty.

Wodór jest dużo mniejszą cząsteczką niż metan, o innych wymogach dotyczących ciśnienia czy materiału – znacznie łatwiej się ulatnia, wchodzi również w interakcje z elementami elektronicznymi. Jeśli gazociągi nie są budowane pod te wymogi istnieje duże ryzyko, że wodór łatwo z nich wycieknie, co nie tylko jest groźne dla klimatu, ale niszczy rurociągi skracając ich okres eksploatacji. Transport wodoru będzie więc wymagał zupełnie nowej infrastruktury. Poza tym lokalizacje produkcji i konsumpcji zielonego wodoru różnią się znacznie od obecnych lokalizacji wydobywania i konsumpcji gazu kopalnego, więc bezpośrednie zastąpienie dziś przesyłanego paliwa jest mało prawdopodobne. Konsumentów wodoru w przyszłości będzie też dużo mniej niż konsumentów gazu obecnie, zatem już istniejący (i planowany) system infrastruktury gazowej byłby kompletnie przeskalowany.

Obrazek

Subiektywne spojrzenie na priorytety i sensowność różnych pomysłów wykorzystania wodoru, które ukazało się w najnowszej książce Marcina Popkiewicza „Zrozumieć transformację energetyczną”. Od góry do dołu od najwyższego priorytetu do najniższego. Kategorie A i B połączono jako „w zasadzie konieczne wykorzystanie wodoru z powodu braku dobrych alternatyw”. Kategoria C oznacza „potrzebne i będziemy to na jakąś skalę robić” zaś kategoria D to już niższy priorytet. E oznacza „raczej nie, ale być może”, ale już F „lepiej sobie odpuścić”. Działania z kategorii G to sam koniec listy priorytetów.
Marcin Popkiewicz jest analitykiem megatrendów i ekspertem w obszarze powiązań gospodarka-energia-zasoby-środowisko oraz autorem bestsellerów „Świat na rozdrożu”, „Rewolucja energetyczna. Ale po co?” czy „Nauka o klimacie”. Wielokrotnie gościł na łamach „Dzikiego Życia”.

Wodorowy neokolonializm

Lobby wodorowe nie mówi nam także, że UE planuje importować wodór, kontynuując neokolonialne stosunki. Plan REPowerEU przyjęty po rozpoczęciu rosyjskiej inwazji na Ukrainę zakłada wykorzystanie 20 mln ton ekologicznego wodoru do końca dekady, chociaż istnieją o wiele lepsze sposoby na zmniejszenie zależności od importu gazu z Rosji. Połowa będzie pochodzić z importu. Wodór dla Europy mają produkować kraje Afryki Północnej, których gospodarka bazuje na paliwach kopalnych. Projekty wodorowe planowane w Algierii i Egipcie są zarówno zielone, jak i niebieskie. W dodatku transport wodoru na takie odległości będzie wymagał specjalistycznego sprzętu, generował olbrzymie koszty i straty energii. Eksperci szacują, że wodór z Maghrebu będzie co najmniej 11 razy droższy od gazu. Maroko, Algieria czy Egipt powinny wykorzystać swoją odnawialną energię, by zastąpić paliwa kopalne we własnych systemach energetycznych i zaspokoić lokalne potrzeby. Marnowanie jej do wytwarzania wodoru wysyłanego do Europy, aby UE mogła osiągnąć redukcję emisji, płacąc za to słony rachunek, nie ma sensu. Lobby wodorowe spogląda także w drugim kierunku. Przed wojną Ukraina przyjęła datę odejścia od węgla – rok 2040, a w optymistycznym scenariuszu rok 2035 – oraz osiągnięcie 25% udziału energii odnawialnej w krajowym miksie energetycznym w 2035 r. Plan Odbudowy Ukrainy po wojnie zwiększył te ambicje do 45% do 2032 r., do końca dekady miałoby powstać 30 gigawatów (GW) mocy w OZE. Z proponowanych w tym dokumencie 114 mld USD na transformację energetyczną, na projekty związane z wodorem przypada 47 mld dolarów. Wsparcie dla odnawialnych źródeł energii na potrzeby własne Ukrainy to 15 mld dolarów. 8 z 30 GW, czyli więcej niż moc OZE obecnie zainstalowana w Ukrainie ma posłużyć do produkcji wodoru na eksport do Europy, choć mogłoby zasilać pompy ciepła do ogrzewania milionów ukraińskich domów polegających obecnie na gazie lub węglu. A mówimy o kraju, w którym 47% zainstalowanej mocy OZE znajduje się na obszarach, gdzie toczą się aktywne działania wojenne, w tym 90% farm wiatrowych. Połowa przestała działać. Ukraina będzie potrzebowała wielokrotnie więcej źródeł odnawialnych w nadchodzących dekadach, aby w pełni zdekarbonizować swój system energetyczny i raz na zawsze uniezależnić się od Rosji. Plan importu wodoru z Afryki Północnej i Ukrainy został przygotowany przez Hydrogen Europe.

Korporacje wodorowe sięgają też po zasoby Globalnego Południa. Szczególnie alarmujące są plany budowy megatam takich jak Grand Inga w Demokratycznej Republice Konga czy elektrowni wodnych w Papui Nowej Gwinei i Indonezji, które doprowadzą do zniszczenia przyrody oraz przymusowego wysiedlenia setek tysięcy ludzi nie przynosząc przy tym żadnych korzyści mieszkańcom tych krajów5. Nie jest to produkcja zrównoważonego paliwa z zielonej energii lecz neokolonializm w czystej postaci.

Ambicje Kremla

Jeśli pozwolimy, by lobby gazowe przeforsowało „gospodarkę wodorową” to za kilka lat UE będzie kupować wodór każdego „koloru” i z każdego kierunku, bo nasz popyt będzie olbrzymi. Tymczasem Rosja nie rezygnuje z pozycji rozgrywającego na światowym rynku paliwowym i ma ambicje zostać wodorową potęgą. Już w 2035 r. na eksport miałyby trafić 2 miliony ton rosyjskiego wodoru rocznie a do połowy wieku – 15-50 milionów. Z rosyjskich dokumentów strategicznych wyraźnie wynika, że Moskwa zamierza wykorzystać w tym celu swój największy atut, czyli dojrzały przemysł gazowy. Wydobycie rosyjskiego węgla, ropy i gazu ma rosnąć. Rosyjski wodór będzie przede wszystkim szary i niebieski z domieszką różowego (to wodór z elektrolizy, który wykorzystuje prąd z energetyki jądrowej). Trudno powiedzieć, jak na realizację kremlowskich założeń wpłynie agresja na Ukrainę, jednak jeśli UE zdecyduje się oprzeć gospodarkę na wodorze, zaspokojenie głodu na to paliwo będzie bardzo trudne, na co liczą Rosatom, Rosneft i Gazprom.

Gdzie jest miejsce dla wodoru?

Koncerny energetyczne, które chcą budować nowe elektrownie na gaz kopalny przekonują, że będą one „gotowe na wodór” a sektor motoryzacyjny kusi konsumentów wizją świata, w którym „samochody emitują wodę”, a energia „po prostu płynie”. Problem w tym, że nie ma energii „po prostu”. Biorąc pod uwagę wszystkie ograniczenia i zagrożenia związane z produkcją wodoru, powszechne użycie tego paliwa jako zamiennika gazu i paliw kopalnych w ogóle nie jest realne. Lobby gazowe wykorzystuje szum wokół wodoru tylko po to, by zachować obecny scentralizowany model energetyczny oparty na paliwach kopalnych. Wodór ma do odegrania ważną rolę w odejściu od paliw kopalnych, ale tylko w sektorach, których nie da się zelektryfikować, takich jak hutnictwo stali, lotnictwo długodystansowe i transport morski czy przemysł zbrojeniowy. Wykorzystanie wodoru nie ma sensu w krótkodystansowym transporcie lądowym, w szczególności w samochodach osobowych czy transporcie publicznym, ani w ciepłownictwie, gdyż przestawienie ich z paliw kopalnych bezpośrednio na energię elektryczną z odnawialnych źródeł jest bardziej efektywne energetycznie i znacznie tańsze. Produkcja wodoru specjalnie po to, by wytwarzać z niego prąd nie ma sensu. Przekształcenie zielonego wodoru z powrotem w energię elektryczną odbywa się ze stratą około 60% energii wykorzystanej wcześniej w procesie jego produkcji i magazynowania. To tak, jakby wydawać książki tylko po to, by palić nimi w kominku. Natomiast wodór odegra istotną rolę jako magazyn nadwyżki energii z OZE stabilizujący system energetyczny oparty na odnawialnych źródłach. Jeśli jednak gazowemu lobby uda się wpłynąć na poszczególne sektory gospodarki, by te powszechnie domagały się wodoru, to zaspokojenie popytu za pomocą jego zielonej wersji (nawet z importu) będzie niemożliwe. Udział szarego i błękitnego wodoru nie przestanie maleć i zapewni lukratywną przyszłość branży paliw kopalnych. Kosztem realizacji celów klimatycznych, czyli naszej wspólnej przyszłości.

Diana Maciąga, Katarzyna Wiekiera

Diana Maciąga – koordynatorka kampanii klimatycznej w Stowarzyszeniu Pracownia na rzecz Wszystkich Istot, ekspertka Koalicji Klimatycznej.
Katarzyna Wiekiera – kampanierka klimatyczna w Stowarzyszeniu Pracownia na rzecz Wszystkich Istot, ekspertka ds. komunikacji.

Przypisy:
1. Robert W. Howarth, Mark Z. Jacobson, How green is blue hydrogen?, 12.08.2021, onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ese3.956 [dostęp 26.08.2022].
2. The hydrogen hype: Gas industry fairy tale or climate horror story?, foodandwatereurope.org/wp-content/uploads/2020/12/HydrogenHype_Report2020.pdf [dostęp 26.08.2022].
3. The Future of Hydrogen. Seizing todays opportunities, IEA, 2019, iea.blob.core.windows.net/assets/9e3a3493-b9a6-4b7d-b499-7ca48e357561/The_Future_of_Hydrogen.pdf [dostęp 26.08.2022].
4. „Polska Strategia Wodorowa do roku 2030”, Ministerstwo Klimatu i Środowiska, gov.pl/web/klimat/polska-strategia-wodorowa-do-roku-2030 [dostęp 02.08.2022].
5. Seeing green. Hydropower to green” hydrogen is the latest false climate solution, 3waryu2g9363hdvii1ci666p-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/sites/86/2022/07/Green-Hydrogen-Factsheet.pdf [dostęp 26.08.2022].