Potencjał polskiego wodoru dla przemysłu chemicznego

Magdalena Melke: Jaki jest potencjał technologii wodorowych w energetyce i transporcie? W których sektorach może być najbardziej wykorzystany? 

dr inż. Tomasz Zieliński, Prezes Zarządu Polskiej Izby Przemysłu Chemicznego: Potencjał wodoru jako nowego surowca i technologii wodorowych jest olbrzymi – nie tylko w energetyce i transporcie. Powinniśmy patrzeć na wodór z kilku perspektyw. Warto pamiętać, że konsumpcja wodoru jako paliwa w tych najbardziej widocznych przykładach jako chociażby „paliwa” do aut jest nieznaczna w porównaniu do gigantycznej konsumpcji wodoru w wielu procesach przemysłowych. Szeroko rozumiany sektor transportowy stanowi jedynie niewielki procent zapotrzebowania na wodór. 

Nawet biorąc pod uwagę informacje, że wodór mógłby być wykorzystywany jako paliwo do transportu ciężarowego czy samolotowego?

Przede wszystkim chodzi o transport towarowy, w tym długodystansowy i komunikację miejską. Kwestia samolotów pozostaje bardziej w fazie planów i testów niż konkretnych, masowych zastosowań. Należy spojrzeć na tą kwestię dwupłaszczyznowo. Wszyscy szukamy rozwiązań niskoemisyjnych, obniżających ślad węglowy i wypełniających unijne cele zielonej transformacji. Wodór jest jednym z paliw, które mają sprostać temu zadaniu.

Natomiast tak, jak wspomniałem – po jednej stronie mamy mniejsze zastosowania wodoru, ale o większym wymiarze społecznym, a po drugiej stronie mamy zastosowania typowo przemysłowe, których być może nie widać tak wyraźnie, jednak zapotrzebowanie na nie jest ogromne. Dodatkowo w wielu przypadkach zastosowanie wodoru nie będzie ograniczone jedynie do energetyki czy transportu, ale stanie się on wymiennym elementem wobec niektórych produktów chemicznych. Jest to chyba największy sektor, który będzie mógł z tego rozwiązania skorzystać. Przykładowo, w łańcuchu produkcji żywności, począwszy od wytwarzania nawozów, a tu przez zastosowanie „zielonego” amoniaku czy „zielonego” metanu.

W skali przemysłowej zapotrzebowanie na wodór jest ogromne, a źródła jego wytworzenia będą odgrywały kluczową rolę. Tam, gdzie różne zastosowania będą miały produkty bazujące na wodorze, tam wszystko zaczynać się będzie od przemysłu chemicznego. Przykładowo, zastosowania tworzywowe – w polimerach zbudowanych z węglowodorów jednym ze składowych pierwiastków jest właśnie wodór. Jeżeli pozyskamy go z elektrolizy zasilanej zieloną energią, siłą rzeczy zasili on również cały łańcuch produktowy w tym zakresie. To gigantyczny potencjał. Niemniej jednak na ten moment napotykamy znaczące trudności w osiągnięciu wymaganych ilości wodoru. 

Obecnie to branża chemiczna pozostaje najbardziej zainteresowana wodorem?

Siłą rzeczy branża chemiczna jest tą, która wodór wytwarza – jest on pierwiastkiem, który stanowi komponent wielu półproduktów, związków chemicznych i substancji. 

Czy wodór można traktować jako źródło stabilizujące OZE?

To trudne zagadnienie. Wszystko zależy od konstrukcji rynku energetycznego. W mojej perspektywie wodór miałby stanowić rozwiązanie idące w kierunku uzupełnienia miksu energetycznego, nie jego stabilizacji. To, jaki wodór będzie stosowany na koniec dnia, zależy od jakości odnawialnych źródeł energii, które posiadamy i tego, czy będą w stanie zasilić np. elektrolizery. W związku z tym trudno nazwać wodór surowcem stabilizującym. Osobiście odwróciłbym to pytanie: czy OZE ma szansę być wystarczająco stabilnym rozwiązaniem, umożliwiającym uzyskiwanie pożądanych ilości wodoru?

Czyli to też nie jest tak, że w przypadku budowy dowolnej farmy wiatrowej jesteśmy w stanie z niej uzyskać produkcję wodoru w momencie, w którym będziemy mieli nadpodaż energii?

To, co Pani opisała jest pewnym skrótem myślowym – nie podepniemy się do wiatraka kabelkiem. Wiatrak zasila urządzenia, reaktory, które dopiero mają rozłożyć cząsteczkę wody, z której powstanie wodór – w przypadku zasilania np. elektrolizerów. Jeżeli wiatrak czy panel fotowoltaiczny nie będzie stabilny, to siłą rzeczy produkcja wodoru również nie będzie stabilna. Z tego względu nie określiłbym wodoru jako czynnika stabilizującego OZE, tylko uzupełniającego OZE. Dwa elementy muszą ze sobą współgrać –  OZE powinno być stabilne, jednak wodór będzie funkcjonował jedynie jako dodatkowe źródło energetyczne. Natomiast branża chemiczna potrzebuje gigantycznych ilości surowców i komponentów i ich stabilnych dostaw. 

Przykładowo, jeżeli założymy, że przestaje wiać, trudno sobie wyobrazić nagłe wyłączenie zachodzącego procesu chemicznego, on będzie musiał być uzupełniany stabilnym, mocnym źródłem energii. Branża chemiczna może być co najwyżej dodatkowo zasilana źródłami OZE. W przypadku nagłego wyłączenia lub osłabienia podaży energii ze źródeł odnawialnych, proces chemiczny musi być zasilany w sposób konwencjonalny – jest to związane również z kwestiami bezpieczeństwa.

Ostatnio dość dużo mówi się o wysokim potencjale wodorowym Polski. Jak w tym momencie wygląda sytuacja polskiego know-how i infrastruktury związanej z rozwojem przemysłu wodorowego? Czy optymizm, który czasem obserwujemy w doniesieniach medialnych, jest oparty na solidnych podstawach?

Potencjał wodorowy Polski jest rzeczywiście dosyć duży. Faktycznie jesteśmy znaczącym producentem wodoru, jednak jest to wodór „szary”, bazujący na konwencjonalnych, kopalnych źródłach energii – gazie oraz ropie. Należy jednak pamiętać, że mówimy tutaj o pośredniej produkcji wodoru, będącej „efektem ubocznym” wytwarzania przede wszystkim nawozów mineralnych. W trakcie procesu wodór jest odłączany od gazu ziemnego i automatycznie kierowany do dalszego przetwarzania. Stanowi jakby półprodukt. Bez problemu jesteśmy w stanie go oddzielić, jednak nadal będzie on pochodzenia kopalnego – podobny proces zachodzi w przypadku przerobu ropy naftowej. 

Wodór wytwarzany niejako w formie produktu ubocznego przy procesach chemicznych dalej w nich zostaje i jest skierowany do kolejnych etapów produkcji. Przemysł chemiczny wykorzystuje go na własne potrzeby, nie jest on gromadzony w oddzielnych zbiornikach, skąd może być eksportowany, sprzedawany. Naturalnie, na potrzeby bieżące, polegające na testowaniu sposobów tankowania wodoru do autobusów czy samochodów, odseparowanie niedużej ilości wodoru nie stanowi problemu. Natomiast, aby realnie przełożyć nasze doświadczenie wynikające z obcowania z wodorem musimy stworzyć całkowicie nowe moce wytwórcze. 

Biorąc pod uwagę cele zielonej transformacji postawione przez Unię Europejską, „szary” wodór nie jest w zakresie naszych zainteresowań. „Niebieski” wodór, pochodzący z wychwytywania CO2 czy gazu oraz „zielony” wodór, wytwarzany za pomocą odnawialnych źródeł energii – na tych rodzajach wodoru powinniśmy skupiać naszą uwagę. Właśnie w tym miejscu ważne stają się elektrolizery, biomasa, procesy zgazowywania – wszystkie te składowe są jednak na etapie planowania, testów i rozwoju. Przede wszystkim, aby zasilić tego typu urządzenia, musimy mieć dostęp do energii OZE, co w przypadku Polski nadal znajduje się w fazie rozwoju. Udział odnawialnych źródeł w polskim bilansie energetycznym wynosi obecnie ok. 12 procent. 

Jednak aby faktycznie wykorzystać je do procesu wytwarzania wodoru, musimy mieć farmę wiatrową czy fotowoltaiczną dedykowaną właśnie temu procesowi. Istnieje kilka firm mocno zaangażowanych w ten proces, jak chociażby Orlen. Poszukują one rozwiązań, najczęściej w dwóch kierunkach. Pierwszy z nich dotyczy wymiaru społecznego – dość łatwo jest postawić kilka wodorowych stacji ładowania dla aut osobowych czy niewielkiej liczby autobusów, jednak nadal są to tylko pojedyncze sztuki. Zupełnie inną kwestią jest zastąpienie „szarego” wodoru w potężnym procesie przemysłowym. W tym wypadku procesy poszukiwania wydajnych, zielonych metod energii nadal trwają. 

Wspominał Pan, że wodór miałby pełnić funkcję uzupełniającą dla całego miksu energetycznego. Czy, biorąc pod uwagę choćby czynniki geograficzne, możliwe jest na tyle intensywne zainwestowanie w OZE, aby było ono w stanie „produkować” wystarczające ilości wodoru zarówno pokrywające własne potrzeby, jak i potrzeby przemysłu?

Postęp w odnawialnych źródłach energii jest gigantyczny w ostatnich latach. Całkiem niedawno wahania w warunkach atmosferycznych znacząco wpływały na poziom energii uzyskiwanej z elektrowni słonecznych czy wiatrowych. Natomiast dzisiaj zarówno panele fotowoltaiczne, jak i turbiny wiatrowe posiadają o wiele większą wydajność niż poprzednio. 

W Polsce obserwujemy bardzo dobre warunki do instalowania morskich farm wiatrowych. Wiele krajów już poszło w tę stronę – przykładem może być chociażby Morze Północne, którego offshore potężnie zasila systemy energetyczne Holandii, Belgii czy Wielkiej Brytanii. Zdecydowanie jest to dobry kierunek. Farmy wiatrowe nie będą w stanie w całości uzupełnić braki energii, jednak w połączeniu z biomasą czy elektrowniami słonecznymi będzie to możliwe. 

W przypadku przemysłu, jego celem nie jest wymiana zużywanych surowców w 100 procentach na „zielone” – Unia Europejska nigdy tego nie wymagała. Mówimy o 40 procentach jednego roku, 60 procentach drugiego roku – to i tak są znaczące wskaźniki, jednak od czegoś trzeba zacząć. 

Wspominaliśmy, że OZE są niestabilnymi źródłami energii, które w przypadku niedoboru czy nadwyżki energii muszą być równoważone np. elektrowniami gazowymi. Biorąc pod uwagę, że produkcja wodoru wymaga stabilnego źródła energii, czy korzystniejszym rozwiązaniem nie byłoby oparcie jego produkcji na elektrowniach atomowych?

Oczywiście, że tak, jak najbardziej. Wszystko naturalnie zależy od uwarunkowań. W przypadku Polski duży atom byłby niezwykle przydatny, jednak taka inwestycja jest związana z różnymi uwarunkowaniami, choćby czasem, jakiego wymaga jego budowa, nie mówiąc o nakładach finansowych. Elektrownie jądrowe mają szansę stać się „zielonym” (a na pewno zeroemisyjnym) źródłem energii, wykorzystywanym do produkcji wodoru. 

W przypadku tak dużego zapotrzebowania na energię, jakie widzimy w Polsce, a także energochłonnego przemysłu, atom stanowi świetne rozwiązanie, które może być uzupełniane OZE. Bazując na węglu, siłą rzeczy jesteśmy zmuszeni zmienić go na źródła nisko lub zeroemisyjne. Przejściowo i szybciej możemy to osiągnąć poprzez stosowanie małych reaktorów SMR (ang. small modular reactor), choć w większości przeznaczone byłyby one na potrzeby konkretnych firm. Oczywiście, taka energia może bez problemu zasilać elektrolizery.

Z perspektywy sektora chemicznego, powinniśmy inwestować w atom, fotowoltaikę, farmy wiatrowe, biomasę – każde źródła energii są mile widziane.

Wspominał Pan o dużym potencjale wodorowym Polski – czy moglibyśmy w przyszłości stać się hubem wodorowym dla Europy Środkowo-Wschodniej?

Bez problemu możemy stać się hubem wodorowym – jednak jest to bardzo trudna ścieżka. Wyścig w tym sektorze już się rozpoczął i dołączają do niego wszystkie państwa wykazujące jakiś potencjał. Niektóre kraje Europy Zachodniej zaczynają nas w nim wyprzedzać, jednak w obszarze Europy Środkowo-Wschodniej nadal mamy szansę na „prowadzenie”. Połączenie kilku krajów, np. Grupy Wyszehradzkiej, może spowodować powstanie wspólnego rynku wodorowego dla regionu. 

Niemniej jednak należy podjąć w tym obszarze bardzo konkretne działania, nie tylko związane z konkretnymi rozwiązaniami technicznymi, lecz także z regulacjami prawnymi, ułatwieniami dla firm, wprowadzeniem adekwatnej nomenklatury itd. Finalnie wyprodukowany wodór będzie magazynowany, przesyłany – sama infrastruktura wodorowa posiada określoną, wymagającą specyfikę, ponieważ surowca nie można przechowywać ani transportować w dużych ilościach ze względów bezpieczeństwa. Rozważane są opcje transportu wodoru razem z infrastrukturą gazową, jednak na razie znajdują się one w fazie testów. 

Powstałe ostatnio doliny wodorowe są dobrym kierunkiem. W pewnym sensie, biorąc pod uwagę skalę kraju, uporządkowanie przedsięwzięć na poziomie województw jest poprawnym założeniem, ponieważ łatwiej będzie zebrać interesariuszy na poziomie poszczególnej doliny i dopiero później skalować wypracowane rozwiązania na resztę kraju. Sektor chemiczny obecny jest praktycznie w każdej takiej dolinie, jako Izba jesteśmy przede wszystkim obecni w dolinie mazowieckiej. Pomiędzy dolinami następuje współpraca – wymiana myśli i doświadczeń. Naturalnie większy potencjał posiadają miejsca, które zlokalizowane są w pobliżu dużych1 zakładów, stanowią one również merytoryczne źródło wiedzy dla władz administracyjnych.

W Polsce działa również Rada Koordynacyjna ds. Gospodarki Wodorowej przy Ministerstwie Klimatu i Środowiska. Nadzoruje ona pracę grup roboczych, począwszy od kadr, przez regulacje, po technologie. Wypracowuje założenia rozwiązań systemowych, mających na celu pomoc przedsiębiorcom inwestować i rozwijać technologie wodorowe. Można to określić mianem „konstytucji wodorowej” – pewnych zapisów, przede wszystkim od strony regulacyjnej, tworzących przyjazną atmosferę biznesową. 

Na razie jesteśmy na początkowych etapach dotyczących tworzenia siatki administracyjnej, prawnej, technologicznej i infrastrukturalnej?

Nie nazwałbym tego początkiem ścieżki. Oczywiście nie jesteśmy tak zaawansowani jak niektóre kraje, przykładowo Holandia czy Niemcy, natomiast pewne istotne prace zostały już rozpoczęte. Przykładem może być tempo wzrostu sygnatariuszy Porozumienia Wodorowego na poziomie krajowym czy rozwój dolin wodorowych, do których „dopisuje się” coraz więcej przedsiębiorstw, dostrzegających ich potencjał. 

Należy również pamiętać, że pandemia ograniczyła możliwości nawiązywania współpracy i obecnie nadrabiamy powstałe zaległości. Będąc członkiem rady koordynacyjnej przy ministerstwie widzę poziom zaangażowania różnych grup roboczych w prace nad sektorem wodorowym. Z pewnością jest to długa i skomplikowana ścieżka, a obszar działań jest trudny. Na razie trwają prace dotyczące klasyfikacji wodoru – mówimy tutaj o zupełnie nowym rynku. Związane z nim prace przygotowawcze i koncepcyjne odbywają się również na poziomie międzynarodowym, np. ma powstać Europejski Bank Wodorowy, nadzorujący pewne przepływy finansowania inicjatyw wodorowych. Dlatego też należy pamiętać nie tylko o wymiarze polskim przedsięwzięcia wodorowego, lecz również o wymiarze unijnym. 

Jakie są główne przeszkody rozwoju sektora wodorowego w Polsce, zarówno na własne potrzeby, jak i na ewentualny eksport? Na co powinniśmy zwrócić uwagę, jeśli chcielibyśmy rzeczywiście stać się jednym z liderów transformacji wodorowej?

Jest to trudne pytanie, przede wszystkim ze względu na bieżącą sytuację gospodarczą i polityczną, czyli wojnę w Ukrainie oraz kryzys wywołany w obszarze cen energii i dostępności surowców. Od ponad roku jesteśmy w trakcie przemodelowania się rynku, odejściu od wielu źródeł dostaw surowców, choćby z Rosji. Obecna sytuacja przyspieszyła inwestycje w OZE i wymusiła zmiany miksu energetycznego – przypomnijmy sobie panikę jaka panowała na jesieni, związaną z dostawami surowców, zapełnieniem magazynów, wysokością cen energii, łagodnością zimy. 

Pokazuje to niestabilność europejskiego rynku energetycznego. Stanowi to jedną z przeszkód – zajmujemy się dzisiaj bieżącą sytuacją i trudno wyobrazić sobie, abyśmy postawili wszystkie karty na rozwój technologii wodorowej; ona musi się rozwijać, jednak pojawiające się na co dzień trudności skutecznie powstrzymują firmy przed pełnym zaangażowaniem.

Dodatkowo mamy do czynienia z panującą niepewnością na rynku, dotyczącą choćby łańcuchów dostaw. Na to wszystko nakładają się trudne do spełnienia, restrykcyjne cele regulacyjne i środowiskowe. Europa jest postawiona obecnie w bardzo trudnej sytuacji energetycznej. Z jednej strony kwestia realizacji twardych, unijnych celów regulacyjnych, z drugiej – sektorów rozwojowych. 

Chciałbym zaznaczyć, że obszar związany z energetyką wodorową jest bardzo drogi, a dodatkowo nim samym nie załatwimy wszystkich wymagań dotyczących zielonej transformacji. Cały unijny pakiet Fit for 55 [Gotowi na 55 – red.] dotyka kilku różnych elementów wpływających na emisyjność, nie tylko obszar energetyki. 

Czy przesadą będzie stwierdzenie, że wprowadzane regulacje unijne dotyczące zielonej transformacji mogą w jakiś sposób ograniczać innowacyjność dotyczącą właśnie zielonych technologii?

Nie, nie jest to przesadą. Naturalnie będzie tak, że niektóre [kraje – red.] napotkają mniej problemów, a inne więcej. W przypadku Polski będzie to najpewniej ten drugi wariant, ponieważ nasz miks energetyczny bazuje na węglu i szybkie przestawienie się na realny, wysoki udział OZE w bilansie nie będzie proste. Realny, czyli taki, który będzie w stanie wesprzeć polski przemysł, nie tylko indywidualnych konsumentów. 

Istnieją państwa europejskie, które nie mają dostępu do morza, które nie posiadają wystarczających warunków do rozwoju wielkoskalowej fotowoltaiki. Dlatego też każde państwo będzie w różnym tempie realizować zamierzone cele unijne. Polityka środowiskowa i energetyczna UE być może powinna być zmodyfikowana i dostosowana do tego, co każdy z krajów jest w stanie zrealizować ze względu na swoje uwarunkowania i istniejący bilans energetyczny.

Tak jak mówiłem, istnieją państwa, zwłaszcza Europy Zachodniej, które o wiele wcześniej rozpoczęły pewne inwestycje, posiadały również lepsze możliwości ich finansowania. Pomijam przykład Francji, która od lat 60. rozwijała energetykę jądrową, w związku z czym dużą część problemu emisyjności ma rozwiązany i może skupić się na badaniu pozostałych rozwiązań. Polska musi przeskoczyć etap transformacji energetycznej. Naturalnie, wchodząc od razu w wodór, nadal musimy zmodernizować i przekształcić nasze bloki i sieci przesyłowe. Dodatkowo, musimy stworzyć przedsiębiorcom na poziomie krajowym uwarunkowania regulacyjne, dzięki którym będą mogli z mniejszymi problemami wdrażać nowe technologicznie rozwiązania. Należy zmapować, jaki dana regulacja może mieć wpływ na całe łańcuchy dostaw i powiązań produktowych. 

Czy infrastruktura gazowa może być w łatwy sposób dostosowana do transportu wodoru?

Istnieje możliwość takiego wykorzystania, jednak nie w skali jeden do jednego. Powiedzmy, że „przy okazji” transportu czy magazynowania gazu ziemnego można „dopompować” – do pewnego procenta – wodór i przesyłać go razem z gazem. Jednak mówimy tutaj najczęściej o zakresie 5-8 procent przy istniejącej infrastrukturze gazowej. Niemniej jednak cały czas mamy do czynienia z rozwojem tej technologii, więc być może razem z budową nowych rurociągów będziemy mieli możliwość zwiększyć ten udział. Nawet jeżeli dojdziemy do 20 procent udziału wodoru nie zmieni to faktu, że będzie on musiał być transportowany razem z innym nośnikiem ze względów bezpieczeństwa, spowodowanych jego właściwościami wybuchowymi. Z tego względu wiele państw rozważa możliwość przetwarzania wodoru w miejscu jego wytwarzania, bez konieczności transportu na duże odległości.