Jaką przyszłość ma wodór (patrząc z perspektywy 2016 r.)?

Dawno, dawno temu, czyli w październiku 2008 r., opublikowałem tu na blogu artykuł zatytułowany „Wodór (nie) jest paliwem przyszłości”. Przedstawiłem w nim swój punkt widzenia na przyszłość napędu wodorowego, której w mojej ocenie nie było i prędko miała się nie pojawić.

Po czasie okazało się, że to jeden z najpopularniejszych tekstów na tym serwisie. W chwili obecnej znajduje się tam aż 166 komentarzy, a kilka dni temu od Czytelnika dostałem taką wiadomość.

Już całe wieki temu (w 2008) pisałeś artykuł „Wodór (nie) jest paliwem przyszłości”. Od tamtego czasu sporo się zmieniło, może słyszałeś o Toyocie Mirai – pierwszy i od razu seryjny samochód na wodór.
Przesyłam linki.

O samochodzie (na końcu odnośnik do wywiadów)

Wykład o wodorze, kilka ciekawostek:

  • instalacje do gazu ziemnego mają wystarczające zabezpieczenia do dystrybucji wodoru;
  • wodór można wytwarzać za pomocą porostów w specjalnych warunkach. Bada to prof. w Australii (od ok. 23:30)
  • najekonomiczniejsza metoda wytwarzania to reaktory VHTR w elektrowniach atomowych (termochemiczny cykl jodowo-siarkowy)

Chciałbym na łamach tego tekstu ustosunkować się do powyższej wiadomości i do tego tekstu sprzed ponad 7 lat.

Niestety, w moim odczuciu, wodór jeszcze nie jest paliwem przyszłości i jeszcze sporo wody w Wiśle upłynie, nim to się zmieni.

Wodór jako źródło energii

Wodór jako taki nie jest źródłem energii ani paliwem samym w sobie. W przyrodzie za bardzo nie występuje w stanie wolnym. Nie ma złóż wodoru, do których się trzeba dokopać. Wodór nie występuje w ropie naftowej, gazie ziemnym, ani węglu.

Wodór trzeba najpierw wytworzyć.

I oczywiście tutaj metod jest całkiem sporo, począwszy od elektrolizy wody, którą może przeprowadzić każdy średnio zdolny uczeń podstawówki, który obejrzy film instruktażowy na YouTube. Inne metody otrzymywania wodoru, to m.in. reforming parowy gazu ziemnego, zgazowanie węgla lub biomasy (produkcja gazu generatorowego lub syntezowego, syngazu).

Rzecz w tym, że wszystkie te sposoby produkcji wodoru wymagają wsadu energii lub paliwa kopalnego. Nie będą odnawialne tak długo, jak długo nie nauczymy się produkować wodoru w sposób odnawialny. Na razie jest to możliwe tylko na kilka sposobów o dość ograniczonym potencjale. Bo wodór można wytwarzać przecież za pomocą elektrolizy z użyciem energii elektrycznej z jakiegoś odnawialnego źródła, albo wziąć metan z biogazowni i poddać go reformingowi.

Niczym nowym nie jest też wytwarzanie wodoru z użyciem alg i bakterii. Już w 1939 po raz pierwszy zauważono ten efekt, choć do lat 1990-tych nie było wiadomo, kiedy algi wytwarzają wodór i dlaczego tak się dzieje. Póki co jednak jest jeszcze sporo przeszkód, które uniemożliwiają uruchomienie produkcji wodoru w ten sposób na skalę pozalaboratoryjną.

A zatem, dziś mamy tylko dwie możliwości:

  • albo używamy do wytworzenia wodoru energię z nieodnawialnego źródła i paliwa kopalne,
  • albo wytwarzamy wodór z surowców i źródeł odnawialnych, które równie dobrze możemy wykorzystać inaczej.

Wodór kontra akumulatory i inne alternatywne paliwa

Jak wynika z powyższego, na razie wodór jest niczym więcej, jak tylko sposobem na przechowanie energii pozyskanej z innego źródła.

Pytanie zatem brzmi: dlaczego mielibyśmy używać wodoru, a nie innych paliw alternatywnych, albo napędu elektrycznego z użyciem akumulatorów?

Przecież dla jego wykorzystania musielibyśmy stworzyć całą infrastrukturę do jego dystrybucji i sprzedaży. Wodór nie jest gazem, który da się łatwo przetłoczyć gazociągiem (jak gaz ziemny) i przechować w taniej butli pod ciśnieniem (jak propan-butan).

Mam wrażenie, że trochę na siłę wszyscy starają się przekonać nas, że przyszłość leży w wodorze. A może są prostsze rozwiązania?

Czemu nie inwestujemy w produkcję metanu, który można łatwo wytwarzać w biogazowniach i wprowadzać do sieci dystrybucyjnej (jako syntetyczny gaz ziemny)? Czemu nie chcemy używać metanolu, który z powodzeniem może być używany w ogniwach paliwowych, ale też i w silnikach spalinowych? Czemu nie przestawiamy się na napęd elektryczny tam, gdzie jeździmy na krótkie dystanse?

Na te pytania nie znam odpowiedzi.

Ale podniecać się wodorem jako rzekomym paliwem przyszłości dla motoryzacji, póki co, nie zamierzam. Może za kilka lat ulegnie to zmianie.

Komentarzy do wpisu “Jaką przyszłość ma wodór (patrząc z perspektywy 2016 r.)?”: 8.

  1. Kacper says:

    Na dzień dzisiejszy zgadzam się w 90% z tym co napisałeś. Ale jednego nie przepuszczę 😉 Zupełnie pominąłeś termochemiczny cykl jodowo-siarkowy w elektrowniach atomowych, gdzie wodór produkuje się „przy okazji”, lub mówiąc wprost równolegle do energii elektrycznej wykorzystując wysokie temperatury chłodziwa, które trzeba i tak zagospodarować czy to kierując na chłodnie, czy w sieć ciepłowniczą (jak w Bełchatowie). Inne sposoby produkcji są mało racjonalne z ekonomicznego punktu widzenia.

    Odnawialność wodoru polega na cyklu woda-wodór-woda, jest to zupełnie inne pojęcie niż to używane w odniesieniu do energii elektrycznej.
    Ropa naftowa, gaz ziemny czy metale ziem rzadkich używanych w produkcji akumulatorów w końcowym rozrachunku będą dążyć do wyczerpania. I właśnie z tego punktu widzenia używanie wodoru do magazynowania energii jest sensowne.

    Możemy też zastanowić się czy chcemy żyć w zgiełku ulicznym i klekoczącymi samochodami z silnikami spalinowymi, czy przesiądziemy się w cichsze samochody elektryczne. Samochody z ogniwami paliwowymi dają tą przewagę nad akumulatorowymi, że można je szybko zatankować i nie ograniczać się do krótkich wypadów na zakupy ale używać ich jak „normalne” samochody.

    A dlaczego nie chcemy metanu w kuchenkach? Bo coraz więcej osób nie chce kuchenek gazowych w mieszkaniach 😉 Płyty indukcyjne wydają się wygodniejszym rozwiązaniem dla rodzin z małymi dziećmi, jak i chociażby w utrzymaniu czystości. Owszem są kuchenki gazowe z palnikami schowanymi pod płytą ale to rozwiązanie się nie sprawdza (padają cewki, iskrowniki, przegrzewa się elektronika). Chociaż pozbywanie się gazu w domu jest głupie z perspektywy prepersa.

    Zgadzam się, że wodór nie jest złotym panaceum na problemy ludzkości. Powinniśmy tak budować infrastrukturę by wykorzystywać wszystkie wymienione w artykule paliwa (i wodór) w tych sektorach gospodarki gdzie jest to zasadne, lub poprawia to ogólny komfort życia.

  2. Cykl jodowo-siarkowy niewiele zmienia, bo to w dalszym ciągu jest zużycie energii, którą moglibyśmy użyć do wytworzenia prądu czy ciepła. Jedyne, co się zmienia, to chyba nieco lepsza sprawność energetyczna procesu wytwarzania wodoru w ten sposób, w porównaniu do innych metod stosowanych do tej pory.

    Ja nie mam nic przeciwko samochodom elektrycznym, czy na ogniwa paliwowe. Dla mnie pojazdy akumulatorowe są raczej ślepym zaułkiem w rozwoju motoryzacji, a przyszłość należeć będzie do ogniw paliwowych. Nie rozumiem tylko tego ciśnienia z wodorem, skoro ogniwa paliwowe mogą wykorzystywać wiele innych paliw, dużo łatwiejszych w pozyskaniu, dystrybucji i przechowywaniu, jak choćby metan czy metanol.

  3. Kacper says:

    W elektrowniach jest produkowane tyle energii cieplnej, że brakuje dla niej odbiorców. Wytwarzanie wodoru to wartość dodana dla przedsiębiorstwa bez dodatkowych wydatków energetycznych. Proces ten można potraktować jako jeden z etapów odbierania ciepła z chłodziwa przed dalszym jego zagospodarowaniem.

    Odnośnie metanolu w ogniwach paliwowych (czyli DMFC), wady ( http://www.ogniwa-paliwowe.info/dmfc.php )

    w porównaniu z ogniwem wodorowym, ogniwo metanolowe ma ciągle niższe parametry prądowo-napięciowe, co wynika z wolniejszego elektrokatalitycznego utleniania metanolu,

    W ogniwie DMFC dezaktywacja katalizatora następuje szybciej (samoistny spadek napięcia ciągle większy niż w ogniwie wodorowym),

    wysoka toksyczność metanolu i jego zdolność do wywoływania korozji,

    W wyniku elektroutleniania metanolu powstaje (obok wody) CO2, co jest niepożądane np. podczas użytkowania w systemach zamkniętych jak łodzie podwodne.

    Również pozyskiwanie metanolu z suchej destylacji drewna to rozwiązanie trochę-ekologiczne. Bo czy naprawdę możemy pozyskiwać odpowiednią ilość surowca i czy nakład prac agrarnych wyjdzie nam in plus zarówno ekonomicznie jak i ekologicznie?

  4. Ale Ty w tym cyklu wykorzystujesz ciepło wysokotemperaturowe, które trafia do turbiny parowej, a nie jest odsprzedawane do miasta. Zużycie ciepła tutaj nie powoduje oszczędności na zmniejszeniu strat ciepła z elektrowni do otoczenia.

    Widziałbym w tym sens na przykład w celu zmian ilości wytwarzanego prądu właśnie, żeby wytwarzać ten wodór w nocy, gdy zapotrzebowanie na prąd jest mniejsze, zaś zużywa się w czasie dziennego szczytu. Choćby do napędzania szczytowych turbin gazowych. Straty z przechowywania na przestrzeni kilkunastu godzin będą znikome.

    Co do metanolu, to nie trzeba go wcale otrzymywać z drewna. Doskonale się go produkuje z gazu syntezowego, który można otrzymać z węgla, albo niemal dowolnej biomasy. Albo i z gazu ziemnego. Osobiście wolałbym pchać gaz ziemny do ogniw paliwowych, niż metanol, ale to inna historia.

  5. Kacper says:

    Ok, masz rację kierowałem się temp spalin, która bywa wystarczająca dla cyklu s-i. Nie mniej, po cyklu s-i można zawrócić strumień cieplny do kotła wstępnego. Ekonomika produkcji wodoru w reaktorach VHTR jest najlepsza, póki co wodór najlepiej się sprawuje w ogniwach paliwowych, proces spalania wolny jest od związków uważanych za szkodliwe, a do tego produkt spalania jest substratem w procesie pozyskiwania.

    Wszystkie zaproponowane technologie produkcji metanolu opierają się albo na biomasie, która trzeba uprawiać, albo na paliwach kopalnych – to nie jest krok na przód. To robienie tego samego co dzisiaj tylko trochę w inny sposób.

    Póki co nie mamy ani elektrowni atomowych IV generacji, ani infrastruktury i dopiero jeden model samochodu napędzanego wodorem. Poczekamy, zobaczymy. Wg. mnie jest to krok w dobrym kierunku.

  6. Kazimierz says:

    Odpowiedź na Pańskie pytania jest dosyć prosta. Producenci robią to dla snobów i uzyskania pewnie jakichś dotacji czy ulg podatkowych i reklamy firmy, to samo dotyczy nabywców. Koszty produkcji w żaden sposób nie odzwierciedlają cen zbytu/sprzedaży i są jeszcze pseudo ekolodzy którzy naczytają sie ” mądrości” z netu i biorą to za prawdę objawioną czyli tkzw. pożyteczni ………………… i tyle.
    Do Kacpra. O ile sobie przypominam turbiny elektrowni są projektowane na 550 stopni i 18,5 at. i nie znam temperatury pary wylotowej, ale raczej duża nie jest i do procesów chemicznych się nie nadaje bo w przeciwnym razie byłoby to stosowane czyli CO2 ( dym ) z komina + woda + reaktor + ciepło odpadowe i mamy paliwo syntetyczne np. w rodzaju benzyny. Nie słyszałem o czymś takim, to byłoby prawie perpetuum mobile. Nie bez powodu wodór pozyskuje sie z gazu ziemnego.

  7. Kacper says:

    @Kazimierz: Od początku piszę, że ma to sens tylko z elektrowniami atomowymi, bo tam ekonomika tego rozwiązanie jest najlepsza. Temperatura spalin w elektrowniach gazowych bywa wystarczająca dla cykli s-i, jednak z reguły łączy się turbiny gazowe z parowymi.
    Każda nowa technologia jest dla snobów. A później się upowszechnia.

  8. Ankot says:

    A tak zupełnie od siebie powiem , wodór nie ma żadnej przyszłości w transporcie – to ślepa uliczka ( zresztą jak i hybrydy w dostępnym wykonaniu).
    Już tłumaczę : – wodór jest gazem „arcy-wrednym” w logistyce ( transporcie , przechowywaniu , przeładunku ) – ponadto jest kiepskim nośnikiem energii – i wychodzi tylko dobrze w przeliczeniu na kilogram jego masy . Obecnie jedynym sensownym kierunkiem rozwoju transportu są „elektryki” – być może przejściowo układy hybrydowe ale w zupełnie innym wykonaniu jak nam sie to obecnie wciska. Ogniwa akumulatorowe podlegają stałemu rozwojowi w zakresie pojemności i trwałości , również bardzo perspektywiczne sa tzw superkondensatory których z kolei trwałośc nie jest ograniczona ilością cykli ładowania a mogą być ładowane błyskawicznie – w zasadzie czas ładowania takiego superkondensatora ograniczony jest wydolnością energetyczną ładowarki i obciążalnością styków przyłączeniowych……
    Co do hybryd jedynie słusznym kierunkiem rozwoju jest układ : silnik spalinowy -> generator prądu elektrycznego-> wzglednie mały akumulator -> silniki elektryczne w piastach czy kołach. Pozbywamy się skrzyń biegów , wału, dyfra, półosi , sprzęgła , fap/dpf i całej masy innego zbędnego inwentarza – nader awaryjnego. Generator może być z silnikiem spalinowym optymalizowanym na jedną prędkość obrotową przy skrajnie zubożonej mieszance i przy mocy nie większej jak 20kW, akumulator dajmy na to 10-15kWh i silniki w kołach – 4x30kW. Ktoś by mógł podnieść ,że te podawane przezemnie moce nie pasują do siebie – jednak jak najbardziej pasują. Na przemieszczenie średniej klasy samochodu o masie do 2000kg na odcinku 100 km potrzeba średnio 10 -16 kWh energii. Setki koni mocy ze współczesnych spaliniaków wykorzystywane są jedynie sporadycznie – takie moce chwilowe spokojnie jest w stanie dostarczyć mały akumulator a silniki elektryczne przetworzyć na koła.
    Sterowanie takim napędem jest względnie proste , tanie i już opanowane w skali wielkoseryjnej . Nieco innym rozwiązaniem mogło by być wykorzystanie turbiny spalinowej z rekuperacją pracującej na szybkoobrotowy generator . Sprawność prawdopodobnie wyszła by niższa jak na tłokowcu – za to proste jak drut…… i nie bardzo ma się co zepsuć a i może pracować na wszystkim co płynne i się pali, poza tym w mocach o jakich mówimy całość ustrojstwa zmieści się w średniej walizce.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *