Potencjał wodoru w redukcji emisji za pomocą amoniaku
Dyskusja na temat tego, czy produkcja wodoru musi być całkowicie ekologiczna, aby była zrównoważona, zyskuje na popularności.
Badając produkcję amoniaku i nawozów sztucznych, naukowcy ustalili, że „prawie zrównoważony” wodór może znacznie zmniejszyć emisje.
Wodór może odegrać kluczową rolę w transformacji energetycznej, wykraczając poza magazynowanie energii lub paliwo dla ciężkich pojazdów. Ma on kluczowe znaczenie w branżach już uzależnionych od wodoru, takich jak produkcja amoniaku. Obecnie globalna produkcja amoniaku wynosi 180 milionów ton metrycznych rocznie, głównie na potrzeby nawozów.
Obecnie wodór do produkcji amoniaku pozyskiwany jest z gazu ziemnego, co prowadzi do znacznej emisji gazów cieplarnianych i uzależnienia od krajów eksportujących gaz. Zielony wodór, produkowany w procesie elektrolizy przy użyciu zrównoważonej energii elektrycznej, stanowi czystszą alternatywę, zgodną z celami klimatycznymi i zmniejszającą zależność od gazu ziemnego.
Badanie przeprowadzone przez naukowców z Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) i ETH Zurich, opublikowane w Nature Communications, ocenia warunki, w których przejście na zielony lub prawie zielony wodór w europejskiej produkcji amoniaku jest wykonalne.
Badanie pokazuje, że w krajach takich jak Norwegia, Hiszpania, Węgry i Polska produkcja amoniaku przy użyciu zielonego lub prawie zielonego wodoru jest już ekonomicznie opłacalna. Kraje te korzystają z korzystnych warunków geograficznych do generowania taniej, zrównoważonej energii elektrycznej z energii słonecznej i wiatrowej, wraz z dotacjami państwowymi lub ogólnie niskimi kosztami energii elektrycznej. Przystępność cenowa pozwala producentom wykorzystywać energię sieciową w okresach bez wystarczającej ilości światła słonecznego lub wiatru, omijając potrzebę stosowania drogich rozwiązań w zakresie magazynowania.
Badanie sugeruje, że nawet korzystanie z energii elektrycznej, która nie jest całkowicie wolna od paliw kopalnych, może mieć pozytywny wpływ na klimat. Wodór z elektrolizy pozostaje korzystny, nawet jeśli część energii pochodzi ze źródeł nieodnawialnych, zapewniając producentom elastyczność polegania na energii elektrycznej z sieci, gdy źródła odnawialne są niewystarczające.
Główny autor Stefano Mingolla z HKUST, który współpracował z Giovannim Sansavinim z ETH Zurich, podkreśla, że wykorzystanie niemal ekologicznego wodoru w produkcji amoniaku może szybko przynieść znaczące korzyści. W przeciwieństwie do innych zastosowań, w których wodór służy jako nośnik energii wymagający konwersji, w produkcji amoniaku wodór jest bezpośrednio wykorzystywany jako surowiec, co pozwala uniknąć nieefektywnych konwersji energii.
Obliczenia Mingolli i jego kolegów pokazują, że emisje związane z produkcją amoniaku można zmniejszyć o 95%, jeśli wykorzystywany wodór emituje nie więcej niż jeden kilogram CO2 na kilogram wyprodukowanego wodoru. Osiągnięcie tego celu wymaga znacznie bardziej ekologicznej energii elektrycznej niż ta, która jest obecnie używana w głównych krajach produkujących amoniak, takich jak Niemcy, Polska i Holandia. Dla przykładu, wodór produkowany przy użyciu szwajcarskiego koszyka energii elektrycznej spowodowałby emisję 1,7 kilograma CO2 na kilogram, podczas gdy w Niemczech byłoby to 18 kilogramów, w Holandii 16 kilogramów, a w Polsce 33 kilogramy.
Podczas gdy dążenie do 95% dekarbonizacji jest wykonalne, osiągnięcie 100% byłoby zaporowo drogie, prawie podwajając koszty. Sansavini podkreśla znaczenie ustalania realistycznych ambicji, ponieważ dążenie do całkowitej dekarbonizacji może utrudnić transformację energetyczną z powodu nadmiernych kosztów.
Produkcja wodoru na dużą skalę przy użyciu energii elektrycznej z sieci jest mało prawdopodobna ze względu na lokalne ograniczenia w wytwarzaniu energii i niewystarczającą przepustowość transgranicznej sieci przesyłowej. Zamiast tego, nowe farmy słoneczne lub wiatrowe mogą być budowane w pobliżu istniejących fabryk amoniaku, choć wymaga to znacznych gruntów. Regiony o korzystnych warunkach dla energii słonecznej i wiatrowej, takie jak południowa Europa i wybrzeże Atlantyku, mają przewagę. Jako realne rozwiązanie sugeruje się łączone wykorzystanie gruntów, takie jak integracja rolnictwa z farmami energii odnawialnej.
Pomimo konkurencyjności zielonego wodoru w krajach takich jak Norwegia i Hiszpania, pozostaje on droższy w całej Europie w porównaniu do wodoru z gazu ziemnego. Aby zielony wodór stał się powszechnie konkurencyjny, konieczne są dalsze badania, rozwój i zachęty ekonomiczne.
Unia Europejska debatuje obecnie nad definicją „zielonego” wodoru. Każda definicja powinna równoważyć koszty i wpływ na środowisko, dopuszczając pewne pozostałości energii kopalnej. Używając produkcji amoniaku jako przykładu, zespół badawczy zaleca dopuszczenie do jednego kilograma emisji CO2 na kilogram wodoru jako akceptowalnego standardu.
Szymon Ślubowski
