{"id":60421,"date":"2023-10-25T05:11:03","date_gmt":"2023-10-25T09:11:03","guid":{"rendered":"https:\/\/sustainablereview.com\/?p=60421"},"modified":"2024-08-10T12:14:42","modified_gmt":"2024-08-10T16:14:42","slug":"dlaczego-nie-jezdzimy-jeszcze-na-wodorze-sa-powody-ale-nie-jest-to-beznadziejne","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/sustainablereview.com\/pl\/dlaczego-nie-jezdzimy-jeszcze-na-wodorze-sa-powody-ale-nie-jest-to-beznadziejne\/","title":{"rendered":"Dlaczego jeszcze nie je\u017adzimy na wodorze?"},"content":{"rendered":"\n

Wod\u00f3r by\u0142by w 100% ekologicznym paliwem, gdyby nie kilka problem\u00f3w. Podstawowym wyzwaniem jest jego wydobycie. Zasoby wodoru na Ziemi s\u0105 ograniczone. Wod\u00f3r mo\u017ce by\u0107 produkowany z wody, ale wymaga to zasob\u00f3w i energii, co powoduje komplikacje.<\/p>\n\n\n\n

Reakcja wodoru z powietrzem<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Kiedy wod\u00f3r (H) spala si\u0119 w powietrzu (zawieraj\u0105cym tlen, O), po prostu tworzy wod\u0119 (H2O). Kilogram spalonego wodoru dostarcza prawie cztery razy wi\u0119cej energii ni\u017c kilogram paliwa p\u0142ynnego, takiego jak benzyna. Jego pozyskiwanie jest jednak wyzwaniem, poniewa\u017c jego z\u0142o\u017ca na Ziemi s\u0105 ograniczone, czasami towarzysz\u0105c rezerwom gazu ziemnego.<\/p>\n\n\n\n

Dlaczego pod ziemi\u0105 jest tak ma\u0142o wodoru?<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Miliardy lat temu cz\u0119\u015b\u0107 ziemskiego wodoru reagowa\u0142a z azotem, tworz\u0105c amoniak, podczas gdy cz\u0119\u015b\u0107 \u0142\u0105czy\u0142a si\u0119 z w\u0119glem, tworz\u0105c metan. Oba te zwi\u0105zki utworzy\u0142y p\u00f3\u017aniej zwi\u0105zki organiczne. Co ciekawe, wi\u0119kszo\u015b\u0107 dzisiejszej produkcji wodoru jest wykorzystywana do produkcji amoniaku – kluczowego prekursora nawoz\u00f3w azotowych.<\/p>\n\n\n\n

Pozosta\u0142y niezwi\u0105zany wod\u00f3r szybko uciek\u0142 w przestrze\u0144 kosmiczn\u0105. B\u0119d\u0105c najl\u017cejszym gazem, z \u0142atwo\u015bci\u0105 wymyka si\u0119 ziemskiej grawitacji. Podobny problem wyst\u0119puje w przypadku helu, innego lekkiego gazu o ograniczonych zasobach na Ziemi.<\/p>\n\n\n\n

Wod\u00f3r mo\u017ce by\u0107 produkowany z wody, kt\u00f3rej na Ziemi jest pod dostatkiem. Proces ten wymaga jednak zasob\u00f3w i energii. Wyzwanie zaczyna si\u0119 od „brudnego” wodoru z gazu ziemnego.<\/p>\n\n\n\n

„Brudny” wod\u00f3r z gazu ziemnego<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Wod\u00f3r mo\u017ce by\u0107 pozyskiwany z metanu (z gazu ziemnego) lub innych w\u0119glowodor\u00f3w (takich jak ropa naftowa) w procesie zwanym reformingiem. Ten wysokotemperaturowy proces r\u00f3wnie\u017c wymaga energii – elektrycznej lub pochodz\u0105cej ze spalania paliwa.<\/p>\n\n\n\n

Podczas reformingu powstaje tlenek w\u0119gla: CH4 + H2O \u2192 CO + 3 H2<\/strong>. Ten tlenek w\u0119gla jest p\u00f3\u017aniej przekszta\u0142cany w dwutlenek w\u0119gla i wi\u0119cej wodoru: CO + H2O \u2192 CO2 + H2.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

CH4 + H2O \u2192 CO<\/strong> + 3 H2 Przek\u0142ada si\u0119 na: Metan + woda = tlenek w\u0119gla + diwod\u00f3r<\/strong><\/p>\n\n\n\n

CH4 + H2O = CO + H2 to reakcja podw\u00f3jnego wypierania (metatezy), w kt\u00f3rej jeden mol metanu [CH4<\/sub>] i jeden mol wody [H2O<\/sub>] reaguj\u0105, tworz\u0105c jeden mol tlenku w\u0119gla [CO] i trzy mole wodoru [H2<\/sub>]<\/em><\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Ta metoda pozyskiwania wodoru nie jest jednak idealna. Jest energoch\u0142onna i wymaga pary wodnej o temperaturze co najmniej 360\u00b0C. Co wi\u0119cej, proces ten emituje dwutlenek w\u0119gla, gaz cieplarniany, kt\u00f3ry chcemy ograniczy\u0107.<\/p>\n\n\n\n

Dop\u00f3ki nie znajdziemy skutecznych sposob\u00f3w zarz\u0105dzania dwutlenkiem w\u0119gla, reforming pozostaje nieefektywn\u0105 metod\u0105 produkcji wodoru. Z pewno\u015bci\u0105 nie jest ona przyjazna dla \u015brodowiska. Wod\u00f3r produkowany w ten spos\u00f3b jest cz\u0119sto nazywany „szarym”, aby odr\u00f3\u017cni\u0107 go od ekologicznego „zielonego” wodoru.<\/p>\n\n\n\n

Elektroliza: wod\u00f3r z wody<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Wod\u00f3r mo\u017ce by\u0107 r\u00f3wnie\u017c produkowany z wody poprzez elektroliz\u0119, rozk\u0142adaj\u0105c j\u0105 za pomoc\u0105 napi\u0119cia elektrycznego. Obecne metody maj\u0105 wydajno\u015b\u0107 oko\u0142o 70-80%. Do wyprodukowania jednego kilograma wodoru (zapewniaj\u0105cego oko\u0142o 40 kilowatogodzin) potrzeba oko\u0142o 50-55 kilowatogodzin energii elektrycznej.<\/p>\n\n\n\n

Ponownie, je\u015bli \u017ar\u00f3d\u0142em energii jest w\u0119giel, ropa naftowa lub gaz, otrzymany wod\u00f3r nie jest przyjazny dla \u015brodowiska. Pomimo szybkiego rozwoju odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii w ostatnich dziesi\u0119cioleciach, tylko oko\u0142o 1% produkcji wodoru jest ekologiczne. Osza\u0142amiaj\u0105ce 95% globalnej produkcji wodoru pochodzi z reformingu gazu ziemnego<\/a> lub ropy naftowej.<\/p>\n\n\n\n

Wnikliwi czytelnicy mog\u0105 zauwa\u017cy\u0107 pozosta\u0142e 4% produkcji. Wod\u00f3r ten pochodzi z innych, cz\u0119sto nieekologicznych \u017ar\u00f3de\u0142. Niekt\u00f3re wychwytuj\u0105 dwutlenek w\u0119gla (nazywany „niebieskim” wodorem), inne wykorzystuj\u0105 energi\u0119 j\u0105drow\u0105 (czasami nazywany „fioletowym” lub „r\u00f3\u017cowym”), a rzadki rodzaj pochodzi ze z\u0142\u00f3\u017c towarzysz\u0105cych rezerwom gazu ziemnego (czasami nazywany „z\u0142otym”).<\/p>\n\n\n\n

Dylemat kury i jajka: konsumenci i infrastruktura<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Wracaj\u0105c do wodoru produkowanego w procesie elektrolizy, mniej przeszk\u00f3d pozostaje na drodze do produkcji „zielonego” wodoru z wykorzystaniem odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii, takich jak energia s\u0142oneczna lub wiatrowa.<\/p>\n\n\n\n

Niezale\u017cnie od tego, czy produkcja i instalacja ogniw s\u0142onecznych jest wspierana, czy te\u017c emisja dwutlenku w\u0119gla jest opodatkowana, przewiduje si\u0119, \u017ce do 2050 r.energia s\u0142oneczna b\u0119dzie dominuj\u0105cym \u017ar\u00f3d\u0142em energii<\/a>, wed\u0142ug analityk\u00f3w, kt\u00f3rzy niedawno opublikowali swoje ustalenia w „Nature Communications”. Transformacj\u0119 t\u0119 mo\u017cna przyspieszy\u0107, dostosowuj\u0105c sieci energetyczne do zdecentralizowanej produkcji i inwestuj\u0105c w magazynowanie energii.<\/p>\n\n\n\n

Jest jednak pewien haczyk. Jak powiedzia\u0142 magazynowi „Science”<\/a> Keith Wipke, lider projektu ogniw paliwowych w ameryka\u0144skim Narodowym Laboratorium Energii Odnawialnej, wod\u00f3r jako paliwo stoi w obliczu problemu „kury i jajka”. Produkcja nie wzro\u015bnie bez konsument\u00f3w, a konsumenci nie pojawi\u0105 si\u0119 bez sta\u0142ych, przyst\u0119pnych cenowo dostaw wodoru.<\/p>\n\n\n\n

Inni eksperci dodaj\u0105 – i to jest nadzieja – \u017ce to samo dotyczy energii odnawialnej. Pocz\u0105tkowo rzadka i droga, sta\u0142a si\u0119 ta\u0144sza wraz ze wzrostem produkcji, przyci\u0105gaj\u0105c wi\u0119cej nabywc\u00f3w.<\/p>\n\n\n\n

Niezale\u017cnie od tego, tak w\u0142a\u015bnie dzia\u0142a wolny rynek. Czasami jednak potrzebuje on impulsu.<\/p>\n\n\n\n

USA inwestuj\u0105 miliardy w wod\u00f3r<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Stany Zjednoczone planuj\u0105 w\u0142a\u015bnie to zrobi\u0107. W dniu 13 pa\u017adziernika 2023 r. administracja Joe Bidena og\u0142osi\u0142a inwestycj\u0119 o warto\u015bci 7 miliard\u00f3w dolar\u00f3w w budow\u0119 siedmiu regionalnych „w\u0119z\u0142\u00f3w” wodorowych, g\u0142\u00f3wnie na potrzeby drogowego transportu towarowego, poniewa\u017c elektryfikacja ci\u0119\u017car\u00f3wek stanowi wyzwanie.<\/p>\n\n\n\n

Wod\u00f3r m\u00f3g\u0142by r\u00f3wnie\u017c zasila\u0107 energoch\u0142onne ga\u0142\u0119zie przemys\u0142u, takie jak produkcja nawoz\u00f3w i stali. Centra te, finansowane przez Departament Energii, maj\u0105 na celu odej\u015bcie od reformingu. B\u0119d\u0105 one \u0142\u0105czy\u0107 producent\u00f3w i konsument\u00f3w wodoru oraz wspiera\u0107 rozw\u00f3j infrastruktury, takiej jak ruroci\u0105gi i zbiorniki.<\/p>\n\n\n\n

Obejrzyj i dowiedz si\u0119 wi\u0119cej o produkcji czystego i ekologicznego wodoru, kt\u00f3ry pomo\u017ce zdekarbonizowa\u0107 nasz \u015bwiat. Jim Leidel<\/a> DTE Gas james.leidel@DTEenergy.com<\/p>\n\n\n\n

\nhttps:\/\/youtu.be\/FcOBRZ3bEvw?feature=shared<\/div><\/figure>\n\n\n\n

Administracja Bidena ma na uwadze jeszcze jeden cel. Przemys\u0142owe instalacje do produkcji wodoru s\u0105 drogie, a dostawa sprz\u0119tu trwa 2-3 lata. Zwi\u0119kszony popyt na wod\u00f3r powinien obni\u017cy\u0107 ceny i poprawi\u0107 dost\u0119pno\u015b\u0107. Ponadto mieszka\u0144cy mieszkaj\u0105cy w pobli\u017cu g\u0142\u00f3wnych autostrad, kt\u00f3re transportuj\u0105 wi\u0119kszo\u015b\u0107 towar\u00f3w w USA, powinni skorzysta\u0107 na zmniejszonej emisji.<\/p>\n\n\n\n

Plan nie jest jednak bezb\u0142\u0119dny. Nie wszystkie w\u0119z\u0142y b\u0119d\u0105 produkowa\u0107 wod\u00f3r w procesie elektrolizy. Te po\u0142o\u017cone z dala od linii brzegowych b\u0119d\u0105 pozyskiwa\u0107 go z reformingu metanu, wychwytuj\u0105c powstaj\u0105cy dwutlenek w\u0119gla. Oznacza to, \u017ce wod\u00f3r nie b\u0119dzie „zielony”, ale „niebieski”, co budzi obawy w\u015br\u00f3d naukowc\u00f3w i ekolog\u00f3w. Metan, kt\u00f3ry cz\u0119sto wycieka z instalacji, jest znacznie silniejszym gazem cieplarnianym ni\u017c dwutlenek w\u0119gla.<\/p>\n\n\n\n

Ulgi podatkowe b\u0119d\u0105 wspiera\u0107 tylko ekologicznych producent\u00f3w wodoru (zielonego i niebieskiego). Analitycy uwa\u017caj\u0105, \u017ce mo\u017ce to zepchn\u0105\u0107 cen\u0119 ekologicznego wodoru poni\u017cej dolara za kilogram, czyni\u0105c wod\u00f3r nieekologiczny (z reformingu bez wychwytywania CO2) dro\u017cszym i przestarza\u0142ym.<\/p>\n\n\n\n

Biuro prasowe Bia\u0142ego Domu szacuje<\/a>, \u017ce ca\u0142y program przyci\u0105gnie 40 miliard\u00f3w dolar\u00f3w inwestycji i stworzy dziesi\u0105tki tysi\u0119cy miejsc pracy.<\/p>\n\n\n\n

Wod\u00f3r: paliwo wysokoci\u015bnieniowe<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Ekologiczny wod\u00f3r mo\u017ce by\u0107 paliwem niedalekiej przysz\u0142o\u015bci. Do po\u0142owy stulecia wi\u0119kszo\u015b\u0107 energii b\u0119dzie prawdopodobnie pochodzi\u0107 ze \u017ar\u00f3de\u0142 odnawialnych, co czyni wod\u00f3r potencjalnie ekologicznym paliwem.<\/p>\n\n\n\n

Wod\u00f3r ma najwy\u017cszy stosunek energii do masy spo\u015br\u00f3d wszystkich paliw. Jedynie paliwa j\u0105drowe zawieraj\u0105 wi\u0119cej energii na jednostk\u0119 masy.<\/p>\n\n\n\n

Ma on jednak swoje wady. Podczas gdy kilogram wodoru zawiera oko\u0142o 40 kilowatogodzin energii, zajmuje on 11 metr\u00f3w sze\u015bciennych. Aby wod\u00f3r sta\u0142 si\u0119 praktycznym paliwem, musi by\u0107 przechowywany pod ci\u015bnieniem.<\/p>\n\n\n\n

Wi\u0105\u017ce si\u0119 z tym kolejny problem: spr\u0119\u017canie gazu poch\u0142ania znaczn\u0105 ilo\u015b\u0107 energii. Pojazdy nap\u0119dzane wodorem zazwyczaj wykorzystuj\u0105 ci\u015bnienie 350 bar\u00f3w (35 megapaskali) lub nawet dwukrotnie wy\u017csze. Jest ono znacznie wy\u017csze ni\u017c w przypadku innych gaz\u00f3w (np. zbiorniki LPG maj\u0105 oko\u0142o 4 bar\u00f3w), co wymaga zastosowania lepszych \u015brodk\u00f3w bezpiecze\u0144stwa.<\/p>\n\n\n\n

Zbiorniki zaprojektowane z my\u015bl\u0105 o wysokich ci\u015bnieniach zazwyczaj wa\u017c\u0105 znacznie wi\u0119cej ni\u017c wod\u00f3r, kt\u00f3ry zawieraj\u0105 (zazwyczaj tylko oko\u0142o 5-6% ca\u0142kowitej masy stanowi gaz). Nie mo\u017cna jednak ignorowa\u0107 fizyki: kilogram spalonego wodoru dostarcza 40 kWh energii, podczas gdy paliwa p\u0142ynne, takie jak benzyna i olej nap\u0119dowy, oferuj\u0105 prawie cztery razy mniej, oko\u0142o 12 kWh.<\/p>\n\n\n\n

Wod\u00f3r z… proszku?<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Jest jeszcze jedna metoda, o kt\u00f3rej warto wspomnie\u0107.<\/p>\n\n\n\n

Lata temu odkryto, \u017ce gal tworzy stop z aluminium (AlGa). Jest on niezwykle kruchy i praktycznie bezu\u017cyteczny. Co ciekawe, przewo\u017cenie galu w samolocie jest zabronione ze wzgl\u0119du na potencjalne uszkodzenia, jakie m\u00f3g\u0142by spowodowa\u0107 w kontakcie z aluminiowym kad\u0142ubem.<\/p>\n\n\n\n

Stop ten ma jednak wyj\u0105tkow\u0105 w\u0142a\u015bciwo\u015b\u0107. Normalnie aluminium nie reaguje z wod\u0105 ze wzgl\u0119du na warstw\u0119 tlenku na jego powierzchni. Gal zapobiega tworzeniu si\u0119 tej warstwy, umo\u017cliwiaj\u0105c aluminium reakcj\u0119 z wod\u0105, wytwarzaj\u0105c wodorotlenek glinu i wod\u00f3r. W 2022 r. naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz (UCSC) udoskonalili t\u0119 metod\u0119, okre\u015blaj\u0105c najlepsze proporcje aluminium i galu oraz miel\u0105c cz\u0105stki stopu. Byli podekscytowani widz\u0105c „p\u0119cherzyki wodoru wy\u0142aniaj\u0105ce si\u0119 jak szalone”.<\/p>\n\n\n\n

\nhttps:\/\/youtu.be\/4HKpMYJ-6go<\/div><\/figure>\n\n\n\n

Aluminium jest powszechnym pierwiastkiem, a powsta\u0142y wodorotlenek glinu rozk\u0142ada si\u0119 w temperaturze 180\u00b0C na aluminium i wod\u0119. Chocia\u017c gal jest rzadszy i dro\u017cszy, nie bierze udzia\u0142u w reakcji i mo\u017cna go \u0142atwo odzyska\u0107. Woda do tej reakcji mo\u017ce pochodzi\u0107 z dowolnego \u017ar\u00f3d\u0142a, nawet ze \u015bciek\u00f3w.<\/p>\n\n\n\n

Czy mo\u017ce to sprawi\u0107, \u017ce wod\u00f3r b\u0119dzie ta\u0144szy i bardziej dost\u0119pny? Naukowcy z UCSC, kt\u00f3rzy opatentowali t\u0119 metod\u0119 w zesz\u0142ym roku, z pewno\u015bci\u0105 maj\u0105 tak\u0105 nadziej\u0119.<\/a><\/p>\n\n\n\n

Nie jest ca\u0142kowicie wykluczone, \u017ce pewnego dnia wlejemy wod\u0119 do naszych zbiornik\u00f3w, gdzie w reakcji z granulkami aluminium utworzy si\u0119 wod\u00f3r, kt\u00f3ry b\u0119dzie zasila\u0142 silnik. Naukowcy z Purdue University<\/a> zaproponowali podobny pomys\u0142 ju\u017c w 2007 roku (i r\u00f3wnie\u017c go opatentowali).<\/p>\n\n\n\n

Wnioski:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Potencja\u0142 wodoru jako czystego \u017ar\u00f3d\u0142a paliwa jest oczywisty, ale nadal istniej\u0105 wyzwania zwi\u0105zane z jego produkcj\u0105, przechowywaniem i dystrybucj\u0105. Podczas gdy Stany Zjednoczone i inne kraje inwestuj\u0105 znaczne \u015brodki w infrastruktur\u0119 wodorow\u0105 i badania, przej\u015bcie na gospodark\u0119 wodorow\u0105 b\u0119dzie wymaga\u0142o ci\u0105g\u0142ych innowacji i dostosowania rynku.<\/p>\n\n\n\n

FAQ:<\/strong><\/p>\n\n\n\n