W ostatniej dekadzie wodór zyskuje coraz większe znaczenie jako nośnik energii, głównie ze względu na wzrost kosztów energii spowodowany niepewnością co do dostępności zasobów ropy naf towej, a także obawy związane z globalnym ociepleniem i zmianami klimatycznymi, za które obwinia się emisję ditlenku węgla spowodowaną działalnością człowieka (związaną ze s tosowaniem paliw kopalnych).

Niezależnie od rosnącego zainteresowania wodorem jako nośnikiem energii, aktualnie jego główne zas tosowania to rafinacja ropy naf towej, produkcja amoniaku, rafinacja metali i produkcja elektroniki, przy czym średnie świa towe zużycie wynosi około 40 mln ton [1]. Tak duże zużycie wodoru wymaga w konsekwencji produkcji wodoru na dużą skalę. Obecnie technologie dominujące w produkcji wodoru obejmują reforming gazu ziemnego, zgazowanie węgla i koksu oraz zgazowanie i reforming ciężkiej frakcji ropy naf towej.

Chociaż elektroliza wody jest znana od około 200 lat, nadal stanowi jedynie niewielki ułamek całkowitej produkcji wodoru (4% świa towej produkcji wodoru). Niemniej jednak, w koncepcyjnym systemie energetycznym obejmującym produkcję, konwersję i magazynowanie, elektroliza wody może odgrywać ważną rolę. Gdy dostępna jest duża ilość energii odnawialnej, nadmiarową energię można zmagazynować w postaci wodoru za pomocą elektrolizy wody. Zmagazynowany wodór może być następnie wykorzystany w ogniwie paliwowym (fuel cell) do wytwarzania energii elektrycznej.

Aktualnie dostępne są cztery technologie elektrolizy wody: alkaliczna, z membraną do wymiany pro tonów (PEM), ze stałym elektrolitem tlenkowym (SOE) oraz z membraną do wymiany anionów (AEM). Każda z tych technologii ma swoje zalety, wady i poziom zaawansowania, co przedstawiono na rysunkach oraz w tabeli.

[1] Renewable Hydrogen Technologies Production, Purification, S torage, Applications and Safety. P. Millet, S. Grigoriev: Chapter 2 ? Water electrolysis technologies, 2013, doi.org/10.1016/B978-0-444-56352-1.00002-7

[2] Hydrogen webinar, ze strony TNO: https://www.tno.nl/en/focus-areas/energy-transition/roadmaps/ towards-co2-neutral-industry/hydrogen-for-a-sustainable-energy-supply/

[3] Shell Hydrogen Study. Energy of the future? Sustainable Mobility through Fuel Cells and H2,? Shell Deutschland Oil GmbH, Hamburg, 2017.

 

Au torzy notatki: Tomasz Spietz, Rafał Fryza
Zakład Transformacji Energetycznej
kontakt: tspietz@itpe.pl