Zasilanie wodorowe technologią przyszłości

Prezes firmy Bob Energetyk Sp. z o.o. – Bogusław Wojciechowski wraz z profesorem Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie Bogusławem Pierożyńskim podjęli współpracę przy projekcie dotyczącym ultra-czystego wodoru. Czy projekt zrewolucjonizuje kraj?

Na czym polega projekt „Opracowanie innowacyjnego systemu wytwarzania ultra-czystego wodoru oraz tlenu”?
Prof. Pierożyński: Projekt dotyczy optymalizacji elektrochemicznego procesu wytwarzania wodoru oraz tlenu, koncentrując się przede wszystkim na wytworzeniu ultra-czystego wodoru, przy minimalnym zużyciu energetycznym oraz zastosowaniu źródeł energii odnawialnej. Szczególne gospodarcze znaczenie wodoru wynika z faktu, iż ze względu na zeroemisyjność procesu spalania wodoru jest on powszechnie uważany na świecie za „idealny nośnik energii przyszłości”. Reakcja wodoru z tlenem jest silnie egzotermiczna – a wytworzona przy tym woda nie przyczynia się do wzrostu zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Jedynym problemem jest sposób pozyskania oraz zapewnienie warunków ultra-czystości wodoru, na poziomie powyżej 99,99%. Ultra-czysty wodór oznacza możliwość jego zastosowania w ogniwach paliwowych typu PEM. Wodór w warunkach przemysłowych (jest to bardzo ważny reduktor) masowo pozyskiwany jest w procesach konwersji paliw kopalnych (metan, pochodne ropy naftowej, węgiel kamienny) z parą wodną. Niestety, wszystkie te przemysłowe procesy prowadzą do silnego zanieczyszczenia atmosfery, w szczególności w CO2, tym samym wydatnio przyczyniając się do wzrostu globalnego efektu cieplarnianego.

Jakie jest więc optymalne rozwiązanie, by pozyskać ultra-czysty wodór?
Prof. Pierożyński: Od kilkunastu lat zajmuję się procesem elektrolizy wody, w szczególności w układzie alkalicznym. Proces ten prowadzi do rozkładu cząsteczki wody na wodór (wydzielający się na katodzie) oraz tlen powstający na anodzie, przy czym gazy te są wzajemnie, w niewielkim stopniu zanieczyszczone. W przypadku wodoru, dalsze etapy jego oczyszczania (wstępnego i końcowego osuszania oraz katalitycznego usuwania tlenu) prowadzą do uzyskania gazu o czystości nawet powyżej 99,999%.

W jaki sposób wykorzystać tzw. „zieloną energię” do produkcji wodoru?
Prof. Pierożyński: Przede wszystkim elektrolizera nie możemy zasilać energią elektryczną wytworzoną w elektrowni zasilanej węglem kamiennym. Przez takie działania przyczynilibyśmy się tylko do wzrostu zanieczyszczenia środowiska. Elektrolizer wody należy zasilić energią elektryczną pochodzącą ze źródeł odnawialnych. Czy będą to ogniwa fotowoltaiczne, siłownie wiatrowe, czy też inne odnawialne źródła energii, nie ma już większego znaczenia. Szczególną rolę widziałbym tutaj dla silnie rozwijających się w Polsce Klastrów Energetycznych.

Do jakich celów Państwa produkt może być wykorzystany?
Prof. Pierożyński: Ultra-czysty wodór będzie wykorzystywany do zasilania pojazdów – samochodów osobowych oraz dostawczych. Biorąc pod uwagę bardzo dużą wartość opałową wodoru – ok. 140 MJ/kg (blisko 3-krotnie większą niż w przypadku oleju opałowego, benzyny czy gazu ziemnego), będzie on również wykorzystywany w nowatorskich rozwiązaniach systemów ogrzewnictwa. Wodór o niewielkim poziomie zanieczyszczeń jest także powszechnie stosowany w przemyśle spożywczym, natomiast produkt o poziomie czystości wynoszącym 99,999-99,9999% jest wykorzystywany w badaniach naukowych. Wodór ma więc szerokie spektrum zastosowań ale jeśli mówimy o środowiskowym ujęciu ultra-czystego wodoru w dużych ilościach, to głównie w zastosowaniu tego gazu w branżach motoryzacyjnej i grzewczej.

Czy mogą wystąpić jakieś bariery przy wdrażaniu produktu Państwa projektu?
Prof. Pierożyński: Pierwszym problemem może być reakcja społeczna na produkt, jaki im zaoferujemy. Ludzie odbierają wodór jako łatwopalny gaz z tendencją do wybuchu ale tak naprawdę nie zdają sobie sprawy, że to niebezpieczeństwo jest porównywalne z zagrożeniem występującym w przypadku konwencjonalnego paliwa. Biorąc pod uwagę fakt, iż część właścicieli samochodów posiada pojazdy spalinowe przystosowane do zasilania gazem LPG lub CNG, zagrożenie wodorem jest raczej skoncentrowane w naszej mentalności. Drugą istotną barierą dla rozwoju technologii wodorowej w Polsce może być także surowość, lub po prostu brak lokalnych procedur środowiskowych. Należy jednak pamiętać, iż w krajach takich jak Niemcy, czy Francja (ale także w innych krajach członkowskich UE) już teraz budowane są wodorowe stacje paliwowe mające służyć tankowaniu pojazdów zasilanych ogniwami paliwowymi. W tym przypadku krótki czas i sam proces tankowania takich pojazdów w zasadzie nie odbiegają od procesu tankowania pojazdu benzyną, lub olejem napędowym. Natomiast proces „tankowania” samochodu w przypadku pojazdów w pełni elektrycznych, na stacjach ładowania może wydłużyć się do kilkudziesięciu minut.

Czy uważa Pan, że Polska jest gotowa na takie technologie? Skoro wspomniane przez Pana pojazdy elektryczne weszły na polski rynek dosyć późno w porównaniu do Europy Zachodniej?
Prof. Pierożyński: Świat idzie odważnie do przodu. Myślę, że jeśli zostaniemy teraz w miejscu, to w przyszłości zamiast się rozwijać, zaczniemy się technologicznie cofać. Jeżeli nie będziemy już teraz rozwijać nowoczesnej infrastruktury paliwowo-energetycznej, to za kilkadziesiąt lat lub nawet wcześniej utracimy całkowicie kompatybilność z gospodarkami innych rozwijających się krajów w Europie. Wydaje mi się, że obecnie Polska nie jest jeszcze do końca przygotowana do wdrażania tak nowatorskich technologii, ale pewne (typowe dla nas) opóźnienie i tak nie zatrzyma rozwoju energetyki wodorowej w naszym kraju. Przede wszystkim musimy zacząć odchodzić od nieprzyjaznych środowiskowo, kosztownych i przestarzałych technologii węglowych, które zastąpione zostaną przez infrastrukturę energetyczną (np. w ujęciu samodzielnych Klastrów) wykorzystującą spektrum odnawialnych źródeł energii oraz magazynów energii w postaci paliwa wodorowego (np. w formie sprężonego gazu do 300-500 bar lub intermetalicznych wodorków).

Jak powstał pomysł na współpracę z firmą Bob Energetyk Sp. z o.o.?
Prof. Pierożyński: Z wykształcenia jestem inżynierem chemikiem oraz elektrochemikiem, absolwentem Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej oraz Wydziału Chemii Uniwersytetu w Ottawie. Obecnie pracuję w Katedrze Chemii Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, gdzie zajmuję się naukowo zagadnieniami badawczymi ściśle związanymi z elektrochemią stosowaną, tj. konstrukcją i badaniem ogniw paliwowych oraz ogniw elektrochemicznych; procesem elektrolizy i konstrukcją alkalicznych elektrolizerów wody; procesami korozji elektrochemicznej oraz badaniem kinetyki reakcji elektrodowych, w ujęciu teoretycznym. Na przestrzeni lat z teoretyka przekształciłem się w praktyka elektrochemika. Dlatego też wspólnie z prezesem firmy Bob Energetyk Sp. z o.o. – Bogusławem Wojciechowskim podjęliśmy kilka lat temu współpracę przy projektach łączących dziedzinę elektrochemii stosowanej z wykorzystaniem źródeł energii odnawialnej na potrzeby nowatorskich, proekologicznych rozwiązań technologicznych.