200 lat temu, gdy pracę naszych przodków zastąpiła maszyna parowa, doszło do najważniejszego przełomu w historii gospodarczej świata. Dzięki rewolucji przemysłowej mogliśmy produkować więcej, szybciej, budować miasta i linie kolejowe. To był impuls do potężnych zmian w nauce i technice, a wkrótce także społecznych. Rozpędzona maszyna napędzana węglem gnała przez dwa wieki jak ta lokomotywa z wiersza Juliana Tuwima –coraz prędzej i prędzej, ale niestety… Dym wydobywający się z jej komina zanieczyszczał powietrze związkami siarki i dwutlenek węgla.

Nikt już dzisiaj nie zaprzecza, że mamy do czynienia ze zmianą klimatyczną nie do zlekceważenia, choć oczywiście można dyskutować, w jakim stopniu jest to wina człowieka i czy podniesienie temperatury planety o stopień lub dwa do końca wieku to faktycznie apokalipsa, skoro w trakcie interglacjału eemskiego (ok. 120 tys. lat temu) i tzw. średniowiecznego optimum klimatycznego była ona wyższa niż obecnie. Sprawdzenie tego, w naszym kontekście może być ryzykowne. Co roku doświadczamy przecież kolejnej katastrofy w postaci pożarów na południu Europy, czy podnoszenia się poziomu oceanów i anomalii pogodowych spowodowanych topnieniem arktycznych lodowców.

Co zastąpi światu węgiel?

Ratunkiem dla przegrzanej planety ma być tzw. dekarbonizacja gospodarki – oficjalnie już obowiązująca doktryna gospodarcza tzw. Europejskiego Zielonego Ładu. Zakłada ona redukcję emisji gazów cieplarnianych na kontynencie do poziomu zero netto do roku 2050, zastąpienie źródłami odnawialnymi nośników energii takich, jak węgiel, ropa i gaz. Czy taka nowa rewolucja przemysłowa jest możliwa? Eksperci powątpiewają.

Farmy wiatrowe, fotowoltaika i elektrownie wodne nie są w stanie zaspokoić zapotrzebowania 9,7 miliardów ludzi (tyle nas ma być w roku 2050, czyli aż dwa miliardy więcej niż obecnie). Większość świata wciąż wydobywa się z biedy i zużywa mniejszą część energii, większość konsumuje bogata Europa czy Ameryka Północna, więc to głównie problem tej części świata. Dochodzące do tego przykłady porażek takich projektów, jak niemiecka transformacja energetyczna, w ramach której zrezygnowano z elektrowni atomowych, każą wątpić, że prąd, transport, ogrzewanie i utrzymanie tempa produkcji przez globalną machinę przemysłową są nam w stanie zapewnić Odnawialne Źródła Energii (OZE).

Przy czym wokół większości zielonych koncepcji gospodarki narosło wiele mitów i niedomówień, choćby co do faktycznego potencjału energii słonecznej (na szerokości geograficznej w której leży północna Europa, daje co najwyżej kilkanaście procent wartości nominalnej), efektywności farm wiatrowych (w okresach bez wiatru trzeba rekompensować braki energią konwencjonalną). Ponadto samo pojęcie, że coś jest „zero-emisyjne”, powinno zapalić nam lampkę ostrzegawczą. Instalacje OZE powstają z milionów ton stali i aluminium, do których produkcji używa się mnóstwa rud metali i energii nazywanej dziś brudną, a na dodatek nie są trwałe i za kilka dekad staną się nie lada wyzwaniem ekologicznym. Mówiąc wprost: pomimo świetnego PR tzw. zielonej gospodarki, jej wydajność nie bilansuje się tak, aby zapewniła nam energetyczne bezpieczeństwo.

Brakującym ogniwem gospodarki bez węgla i ropy ma być… wodór. Wykorzystywany może być jako paliwo, zastępujące węgiel w przemyśle i ropę w transporcie, ale przede wszystkim jako wygodny magazyn energii.

– Wodór nie bez powodu jest nazywany „ropą XXI wieku”, gdyż może być wielkim pomostem łączącym erę paliw kopalnych z gospodarką opartą na OZE. Co najważniejsze: w procesie jego spalania, nie powstają trujące związki siarki i węgla, ani też dwutlenek węgla odpowiedzialny za efekt cieplarniany – mówi Jakub Wiech, ekspert energetyczny z portalu Energy24.

Zatem w planach Komisji Europejskiej wszystko wygląda aż nadto optymistycznie: o ile za rewolucją przemysłową XIX wieku stał z mozołem wydobywany węgiel, o tyle w tej, która ma nastąpić w najbliższych dekadach, główną rolę ma odegrać to, co jest dostępne teoretycznie bez ograniczeń – woda, słońce i wiatr. No i ten pierwiastek chemiczny najczęściej występujący we Wszechświecie i jeden z najczęściej spotykanych na Ziemi: wodór.

Ale zdaniem Wiecha to radość przedwczesna. Ekspert przestrzega przed hurraoptymizmem architektów Europejskiego Zielonego Ładu, bowiem na razie do stworzenia potężnej infrastruktury, która pozwalałaby pozyskiwać ten surowiec w formie nieszkodzącej planecie, jest bardzo daleko.

– W mojej ocenie plany i działania europejskich polityków, podobnie jak Niemiec pozycjonujących się na lidera europejskiej transformacji energetycznej, są oparte na myśleniu życzeniowym. Jeżeli Europa poważnie myśli o realizacji celu absolutnej dekarbonizacji gospodarki do roku 2050, to musi mieć bardziej konkretny plan niż oparcie się na nieistniejącej jeszcze technologii masowego pozyskiwania wodoru. Na razie Niemcy zadecydowali o wygaszeniu do roku 2022 elektrowni jądrowych, co zapewne będzie oznaczało konieczność utrzymania bloków węglowych – tłumaczy Wiech. Jak ocenia, dziś jedynym prawdziwie niskoemisyjnym źródłem energii jest wciąż energetyka jądrowa. I nie zmienia tego wizja jej niszczycielskiej siły.

Polska dopiero planuje budowę elektrowni jądrowych, ale najciekawsze, że jest trzecia w Europie i piąta na świecie w zakresie produkcji wodoru (jest wytwarzany na skalę przemysłową w kilku procesach; najbardziej korzystne ekonomicznie jest pozyskiwanie go z gazu ziemnego i gazów towarzyszących ropie naftowej – reforming parowy, ale jest też wytwarzany na drodze elektrolizy wody, z której uzyskuje się wodór o dużej czystości, około 99,9%). Wytwarzamy go 1 mln ton rocznie (światowa produkcja to 70 mln ton).

Niestety, w naszym kraju wodór powstaje w ramach archaicznych procesów przemysłowych. Paliwo stosowane obecnie to tzw. szary wodór generowany w procesie tzw. regazyfikacji węgla lub reformingu gazu ziemnego. Celem gospodarki opartej na wodorze jest natomiast wytwarzanie tzw. wodoru zielonego, powstającego z wykorzystaniem energii pozyskiwanej z odnawialnych źródeł, takich jak słońce czy wiatr. Ten wodór powstaje, gdy energię z OZE użytkujemy w procesie elektrolizy, czyli rozdzielenia cząsteczki wody. Takie mega-elektrolizery powstają obok potężnych farm fotowoltaicznych, najczęściej na terenach pustynnych Afryki Północnej czy Australii.

– Dopiero wykorzystanie takiego czystego wodoru, choćby w transporcie przyszłości, może oznaczać, że stanie się on niskoemisyjny – podkreśla Wiech. Dodaje, że emisja dwutlenku węgla może być jednym z ważniejszych problemów w realizacji celów Europejskiego Zielonego Ładu.

Elektryki zostają w tyle?

24-godzinny wyścig Le Mans to symbol sportu motorowego, zawody starsze niż Formuła 1, przeprowadzane od roku 1923. Polegają na przejechaniu jak największej liczby okrążeń blisko 14-kilometrowego toru w ciągu jednej doby. W ostatniej edycji na starcie stanął wyposażony w ogniwa wodorowe samochód Green GT H2. Nie może być lepszej reklamy dla nowej technologii.

W Le Mans z pewnością chciałaby się wypromować Tesla albo inny wprowadzany na rynek samochód elektryczny, ale… ich udział w wyścigu jest praktycznie niemożliwy. Szeroko reklamowane auta na baterie, pomimo świetnych parametrów i famy „niskoemisyjności”, mają ogromną wadę: znacznie ograniczony zasięg. Tym zdecydowanie przegrywają z autami na ogniwa wodorowe.

– Elektryczne silniki obu typów pojazdów są podobne, ale różnią się źródłem pozyskiwania energii do napędu. W autach elektrycznych jest nim bateria, która ma bardzo ograniczone możliwości magazynowania energii i długi czas ładowania. Natomiast w samochodach z ogniwem wodorowym, podobnie jak w konwencjonalnym, jest nim paliwo ze zbiornika – tłumaczy w rozmowie z Tygodnikiem TVP prof. Marek Brzeżański z Politechniki Krakowskiej, jeden z najwybitniejszych polskich specjalistów przemysłu samochodowego.

Profesor podkreśla, iż istotnym parametrem decydującym o przewadze aut wodorowych nad elektrykami jest tzw. gęstość magazynowanej energii, która w bateriach ogniw litowo-jonowych (Li-ion) wynosi około 0,9 megadżula na kilogram (MJ/kg), a w wodorowym ogniwie paliwowym ok. 1,62 MJ/kg. – Kluczowy jest tu także czas ładowania. W samochodzie elektrycznym trwa kilka godzin, w aucie na wodór nie dłużej niż obecnie tankowanie samochodu na gaz – dodaje prof. Brzeżański.

Z bateriami jest także inny problem. Do ich wytwarzania potrzeba ton rzadkich metali, takich jak lit i kobalt, dostępnych w kilku krajach świata, co z zagadnienia technologicznego robi problem polityczny. Branża wprawdzie planuje zwiększenie produkcji aut elektrycznych do kilkudziesięciu sztuk milionów rocznie, ale biorąc pod uwagę zapotrzebowanie na wymienione pierwiastki okazuje się, że przewyższa ono roczne wydobycie. Ponadto, wytwarzanie i utylizacja baterii oznacza dewastację środowiska.

Czy w tym kontekście samochody z ogniwami wodorowymi są bardziej przyjazne dla planety? Na razie – nie do końca.

Mają wprawdzie ogromną zaletę: produktem spalania w samochodzie napędzanym wodorem jest para wodna, wydobywająca się z rury wydechowej, zatem nie przyczynia się do powstawania smogu. – Jeśli wodór o odpowiedniej czystości będzie powszechnie dostępny, to w mojej opinii ogniwo paliwowe stanie się realnym następcą tłokowych silników spalinowych – przekonuje prof. Brzeżański.

Tym samym zastąpi napędy pojazdów osobowych i użytkowych (ciężarówki, autobusy), a także różnego typu maszyn budowlanych oraz pojazdów szynowych. I to już się dzieje, choćby w Niemczech zaczynają kursować napędzane wodorem lokomotywy Alstom, zastępujące jednostki z silnikiem diesla. Ponadto koncern Airbus zaprezentował właśnie projekt zeroemisyjnego, wodorowego samolotu, który ma wznieść się w powietrze w roku 2035.

Na razie marzeniem fantastów jest, że w dalekiej przyszłości, gdy nastąpi ogromny postęp techniczny w budowie ogniw, będziemy tankować samochód i samolot wodą. Nauka nie zna żadnego procesu, który choćby zbliżał nas do takiego rozwiązania. Natomiast, gdy mowa o wodorze, zwłaszcza w kontekście statków powietrznych, to od razu przypomina się historia niemieckiego sterowca Hindenburg, który spłonął w roku 1937.

Niestety, poza wszelkimi swoimi zaletami, wodór ma i najwyższą z paliw wartość opałową, w odniesieniu do masy, i ciepło spalania. Jest więc gazem niebezpiecznym, ze względu na szerokie spektrum palności i niską energię zapłonu. Istnieje wiele teorii, dlaczego Hindenburg eksplodował podchodząc do lądowania w Lakehurst, w stanie New Jersey, ale najbardziej prawdopodobna jest iskra elektrostatyczna, od której zapalił się wyciekający wodór. Katastrofa Hindenburga wyznaczyła wówczas koniec ery statków powietrznych unoszonych wodorem.

Czy zatem obecnie wykorzystywanie takiego paliwa w pojazdach będzie rodziło obawy o wyprowadzanie na drogi mikrobomb wodorowych? – Eksploatacja pojazdów zasilanych wodorem nie różni się wiele od tych zasilanych obecnie np. paliwem LPG lub CNG, a skala zagrożenia też nie jest większa – wyjaśnia prof. Brzeżański. Jak zaznacza, w Niemczech na kilkudziesięciu stacjach benzynowych istnieją już dystrybutory wodoru dostępne obok tych z olejem napędowym i benzyną E95, czy E98. Samochód z ogniwem wodorowym tankuje się podobnie jak gaz, napełniając zbiorniki wodoru o ciśnieniu roboczym do 700 bar.

Co ciekawe, w Polsce zarejestrowany jest na razie jeden samochód napełniany ogniwami wodorowymi, a najbliższa stacja tankowania znajduje się dopiero w… Berlinie. Auta tego typu są relatywnie drogie, Toyota Mirai, którą testował prof. Brzeżański, kosztuje aż 75 tys. euro, co jest ceną wyższą choćby od Tesli 3 (55 tys. euro). Japończycy lobbują jednak za powstaniem stacji tankowania wodorem w Polsce i we wrześniu podpisali porozumienie z PGNiG dotyczące budowy pierwszego nad Wisłą wodorowego dystrybutora dla samochodów.

Niemcy na wodorowej fali?

Motoryzacyjne koncerny z Azji nie zasypiają gruszek w popiele – przełożone na przyszły rok Igrzyska Olimpijskie w Tokio miały być wielką ekspozycją japońskiego przemysłu samochodowego. Sportowców i kibiców miały wozić autobusy i auta napędzane wodorem. To z pewnością istotny sygnał dla najważniejszego globalnego konkurenta Japończyków w branży motoryzacyjnej, czyli Niemców.

Ale nie o same samochody tu chodzi, tylko o przyszłość całego przemysłu. Okazuje się bowiem, że wprawdzie w technologii produkcji pojazdów z ogniwami Japonia jest liderem, ale to Niemcy chcą być największym beneficjentem gospodarki opartej na wodorze. Najbardziej uprzemysłowiony kraj Europy był areną rewolucji przemysłowej w XIX wieku i chce najwięcej ugrać na zapowiadającej się kolejnej rewolucji – tzw. zielonej energii.

– Niemcy mają wiedzę, kadry i kapitał, a przede wszystkim strategię, która zakłada, iż dekarbonizacja nie dotyczy tylko Unii Europejskiej, a stanie się procesem globalnym. Ze względu na potrzebę redukcji emisyjności gospodarek, kraje całego świata będą musiały w tym wieku przestawiać się m.in. na wodór, będący czystym paliwem, a technologię dla tej transformacji będą chcieli dostarczać Niemcy – wyjaśnia w rozmowie z Tygodnikiem TVP Michał Kędzierski, analityk ds. polityki energetycznej i klimatycznej z Ośrodka Studiów Wschodnich.

Trudno się z tym nie zgodzić, przyglądając się temu, jak nasi zachodni sąsiedzi rozwijają zielone technologie m.in. w branżach energetyki, ogrzewania czy produkcji stali.

– W Niemczech wdraża się technologie, które w hutnictwie stali zastępują węgiel koksowniczy wodorem, co można uznać za pierwszy etap wielkiego przewrotu technologicznego. Nasi zachodni sąsiedzi eksperymentują nawet z wytwarzaniem zeroemisyjnej benzyny syntetycznej z wodoru – mówi ekspert OSW. Podkreśla, że na razie taka benzyna jest zbyt droga, ale przy dostępie do taniego surowca mogłaby zacząć napędzać konwencjonalne silniki samochodów obecnie jeżdżących po drogach. – I to bez szkodliwych emisji, co stanowiłoby alternatywę dla samochodów elektrycznych – dodaje Kędzierski.

Analityk podkreśla, że zapotrzebowanie Niemców na wodór będzie rosło wraz z tym, im bardziej wyśrubowane będą europejskie normy ograniczania emisji CO2. Ponieważ jednak nasi sąsiedzi nie będą w stanie pokryć swoich potrzeb rodzimą produkcją tego paliwa, to mając tego świadomość już obecnie poszukują źródeł jego importu i inwestują np. w olbrzymie farmy fotowoltaiczne w Afryce Północnej. W koncepcji Berlina, na terenach, gdzie jest pod dostatkiem energii słonecznej, w procesie elektrolizy mógłby być wytwarzany zielony wodór, który w formie płynnej lub wytwarzanych z niego produktów syntetycznych byłby transportowany drogą morską do Europy.

Wodór jeszcze na dobre nie wszedł do gospodarki nowego typu, a już staje się surowcem bardzo deficytowym. Produkowanie jego czystej, zielonej wersji wymaga bowiem znacznych ilości energii elektrycznej z odnawialnych źródeł. Dlatego też kraje takie, jak Holandia czy Norwegia, planują ekstrakcję czystego pierwiastka z gazu ziemnego, a Francja przymierza się do wytwarzania zielonego wodoru z wykorzystaniem energii jądrowej.

Ostatnio coraz głośniej mówi się o tym, że wodór mógłby w formie mieszanki z gazem ziemnym popłynąć rosyjskimi rurociągami Nord Stream i nieukończonym jeszcze Nord Stream 2, będącym kością niezgody pomiędzy wieloma państwami Unii Europejskiej a Niemcami i Rosją. – Współpraca pomiędzy Rosją a Niemcami w tym sektorze energetycznym ma długie tradycje i obie strony chcą ją kontynuować, a Gazprom już planuje inwestycje w technologie umożliwiające produkcję wodoru i jego eksport do Europy – przyznaje Michał Kędzierski. Podkreśla, że w obliczu przewidywanej globalnej dekarbonizacji, czy wreszcie wyczerpywania się surowców, wodór może faktycznie wyrastać na najważniejszy surowiec gospodarki XXI wieku. A tym samym – narzędzie dominacji w świecie.

– Cezary Korycki

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy