ENERGETYKA JĄDROWA I WODOROWA – PERSPEKTYWY MARIAŻU
Wodór w najbliższych dziesięcioleciach ma wszelkie szanse stać się niemalże idealnym, uniwersalnym paliwem spełniającym warunki bezemisyjności. Od kilku lat głośno było o wodorze „zielonym” uzyskiwanym na drodze elektrolizy wody z udziałem energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych. Renesans energetyki jądrowej, dla którego katalizatorem stała się wojna na Ukrainie, skierował zainteresowanie części wiodących gospodarek Zachodu w kierunku energii jądrowej. Stabilne i w pełni przewidywalne źródła zasilania w postaci bloków elektrowni jądrowych mogą w przyszłości posłużyć do zasilania wielkoskalowych systemów wytwarzania paliwa wodorowego.
Wykorzystanie wodoru jako nośnika energii stało się w ostatnich latach jednym ze sztandarowych przedsięwzięć transformacji energetycznej, realizowanej przez wysokorozwinięte kraje demokratycznego Zachodu, a służącej celom dekarbonizacji i uzyskania neutralności klimatycznej.
ENERGETYKA WODOROWA – NA DRODZE DO DEKARBONIZACJI
Wodór uważany obecnie za paliwo przyszłości można śmiało uznać za tzw. paliwo idealne. Ma on niezwykle wysoką wartość opałową, wynoszącą 120 MJ/kg (dla porównania: węgiel kamienny ok. 29 MJ/kg, benzyna ok. 43 MJ/kg) i ciepło spalania 141,9 MJ/kg. Zalety i wady wodoru jako nośnika energii zostały przedstawione dość szeroko w dotychczasowych publikacjach prezentowanych na konferencjach naukowo-technicznych (np. [4]). Były one przedmiotem szczegółowych raportów i opracowań przygotowanych przez instytucje państwowe, placówki naukowo-badawcze i prywatne firmy [2]. W obszarze jakże ostatnio atrakcyjnego tematu magazynów energii, przeznaczonych do współpracy z odnawialnymi źródłami energii elektrycznej (przede wszystkim elektrowniami wiatrowymi i słonecznymi), o nieregularnej i trudno przewidywalnej charakterystyce dostępnej mocy dostarczanej do systemu, największe pojemności i najdłuższy czas sezonowego magazynowania zapewnia rodzina technologii Power-to-Gas (w ang. skrócie P2G). Najkrócej mówiąc, idea tych rozwiązań technicznych sprowadza się do produkcji paliwa gazowego: przede wszystkim wodoru (H2), metanu (CH4) i amoniaku (NH3) z powszechnie dostępnych surowców: wody i powietrza. Gazy te są nośnikami energii chemicznej. Mogą one być przechowywane przez długi czas liczony w miesiącach i latach, a także przesyłane rurociągami. Wykorzystanie wodoru jako nowoczesnego paliwa, pozwolić ma na objęcie dekarbonizacją wielu obszarów działalności ludzkiej, w których łatwe zastąpienie paliw węglowych i węglowodorowych, zdawało się być do niedawna zagadnieniem co najmniej problematycznym. Stwierdzenie to dotyczy przede wszystkim dalekosiężnego transportu lądowego (drogowego i kolejowego), morskiego i powietrznego ([5]), ale także dziedzin takich, jak: metalurgia (w tym wielkoskalowa produkcja stali i żelaza) oraz petrochemia, w której wodór jest wykorzystywany do uszlachetniania olejów ciężkich, piasków roponośnych i innych niskowartościowych węglowodorów. Obecnie ponad 90% światowej produkcji wodoru pochodzi z reformingu paliw kopalnych i wymaga stosowania energochłonnych procesów związanych z emisją gazów cieplarnianych. Spodziewany rychły rozwój energetyki wodorowej spowodował pojawienie się w przestrzeni publicznej klasyfikacji metod produkcji wodoru w zależności od źródła wykorzystywanej energii i technologii produkcji nazywanych odpowiednio różnymi barwami (rys. 2).
Rys. 2. Kod barwny różnych technologii uzyskiwania wodoru. Z punktu widzenia transformacji energetycznej najbardziej interesujące są technologie nie powodujące uwalniania dwutlenku węgla do atmosfery, a w tym technologie wodoru „różowego” i „czerwonego”, wykorzystujące jądrowe źródła energii elektrycznej i/lub cieplnej (rys. autora)
Obok tradycyjnych, znanych od dawna emisyjnych metod produkcji wodoru „czarnego”, „szarego” i „niebieskiego” – związanych uwalnianiem do atmosfery dwutlenku węgla, na uwagę zasługują technologie czyste i bezemisyjne: wodór „zielony” i „żółty”, produkowane w elektrolizerach zasilanych z odnawialnych źródeł energii oraz technologie produkcji wodoru wykorzystujące energię jądrową, które zostaną omówione w dalszej części artykułu. [..]
Zachęcamy do lektury pełnej treści artykułu w nr 1/2024 Wiadomości Elektrotechnicznych https://wiadomoscielektrotechniczne.pl/
dr inż. Jacek Nowicki
Państwowa Agencja Atomistyki
Rys. 1 (Grafika tytułowa) Schemat funkcjonowania energetyki wodorowej zgodnie z koncepcją Departamentu Energii USA ([2], opisy polskie – autora)