Wodór rozwiąże niemieckie problemy energetyczne?

Proces magazynowania wodoru może się okazać  kluczem do sukcesu nowej niemieckiej polityki energetycznej, ponieważ żadne inne sposoby magazynowania energii nie są w stanie zaspokoic potrzeb na taką skalę.

Jeśli Niemcy zamierzają spełnić swoje ambitne plany dot. wytwarzania 1/3 energii elektrycznej z OZE do 2020r. i 80% do 2050r. muszą znaleźć sposób na przechowanie ogromnych ilości energii, tak aby można było dostarczac energie bez przerwy.

Firma Siemens twierdzi, że posiada właśnie taką technologię: elektrownie oparte na elektrolizie. Magazynuja energię, rozkładając wodę na gaz wodorowy. Następnie wodór może być wykorzystywany do produkowania energii, np. gdy nie pracują farmy wiatrowe. Ponadto może znaleźć zastosowanie jako paliwo do samochodów.

Mimo tego, że nie jest zbyt efektywny sposób na magazynowanie nadwyżek energii (w procesie ponownego jej uzyskania traci się ok. 2/3 produkcji), firma Siemens uważa, że jest to jedyna metoda, aby magazynować energię na taką skalę.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych przemysłowych elektrolizerów, które wymagają stałego dopływu energii niezbędnego do przeprowadzenie efektywnego podziału wody, nowa technologia jest wystarczająco elastyczna, aby działać mimo nieregularnych dostaw energii z elektrowni wiatrowej. Jest ona oparta na protonowej wymianie technologii membranowej. Podobnie jak w samochodowych ogniwach paliwowych może pracować na różnych poziomach mocy, dzięki temu można regulować skoki mocy zachodzące w czasie wietrznych dni.

Warto przypomnić, że Niemcy, które prowadzą w światowych rankingach wykorzystywania energii słoneczniej, nie działają „ekologicznie" mając na względzie jedynie troskę o zmiany klimatyczne. Czołowi politycy tego kraju uważają, że w dłuższej perspektywie, odnawialne źródła energii będą tańsze niż paliwa kopalne. Zmiana polityki może więc przynieść krajowi korzyści gospodarcze. Niemcy mogą być precedensem, ktry udowodni, że kraje uprzemysłowione mogą być konkurencyjne energetycznie, opierając się głównie na źródłach odnawialnych.

Niemcy nie dą jedynym krajem, którego celem jest zmniejszenie emisji CO2. Jednak ze względu na swoją dużą gospodarkę, której prosperita zależy także od taniej energii elektrycznej niezbędnej do produkcji, są tak ważnym graczem. Decyzja o rezygnacji z atomu, brak możłiwości oparcia produkcji energii o gaz ziemny (choć emituje on o połowę mniej CO2 niż węgiel), zmusiły Niemcy do zwrócenia się w stronę OZE.  Powodem dla którego odrzucono opcję gazową , jest fakt, iż gaz jest droższy w Europie niż np. w Stanach Zjednoczonych, a ponadto często jego dostawcami kraje tj. Rosja, która wykorzystuje to do prowadzenie polityki.

Zachowanie niskich kosztów energii elektrycznej w trakcie procesu zmiany polityki będzie trudne. Energia słoneczna jest znacznie droższa od tej z paliw kopalnych, szczególnie w Niemczech, gdzie niebo rzadko jest bezchmurne. I choć koszty produkcji energii wiatrowej są podobne do tej z paliw kopalnych (dlatego Niemcy zaczynają inwestować bardziej w energie wiatrową) to ma ona jeden isotny minus. Energia uzyskiwana z farm wiatrowych także nie jest regularna. Nawet najlepiej usytuowane elektrownie wytwarzają energię tylko przez 1/3 możliwego czasu pracy.

Zapewnienie niezawodnych dostaw energii będzie zatem wymagać instalacji linii wysokiego napięcia, aby przesłać energię z OZE z miejsc, gdzie akurat jest słonecznie lub wietrznie, do miejsc gdzie energia jest potrzebna. Niemcy już zmagają się z ograniczeniami dotyczącymi swojej zdolności do przekazywania nadwyżki energii. Zgadnie z tym co uważa Siemens, Niemcy nie wykorzystują nawet 20% mocy wytwarzanaej z turbin wiatrowych, ponieważ brak jest wystarczącej ilości linii wysokiego napięcia.

Energia odnawialna będzie wymagała odpowiednio dużej infrastruktury zdolnej do jej magazynowania. Najtańszym sposobem przechowywania energii elektrycznej jest wykorzystanie jej do przepompowywania wody w górę (tak jak w elektrowniach szczytowo –pompowych). Spływając w dól może ponownie rozkręcić turbinę i generator, gdy energia elektryczna jest potrzebna. Jednak ma to zastosowanie jedynie w miejscach, gdzie występują wzgórza i tamy, a większość terytorium Niemiec jest płaska.

Całkowita ilość energii magazynowanejw tym procesie to ok. 40 gigawatogodzin - nie więcej niż można uzyskać ze źródeł odnawialnychw w dni słoneczne i wietrzne.

Obecnie baterie są zbyt drogie a ponadto nie produkuje się ich w celu zakumulowania tak dużej ilosci energii.

Niemcy mają jednak mozliwość przechowywania dużej ilości wodoru w istniejących gazociągach i zbiornikach, kontenerach. Oferują one pojemność wystarczającą do przechowania energii równej ok.dwutygodniowej  produkcji energii odnawialnej w Niemczech. Kawerne solne, z których niektóre są już do przechowywania rezerw strategicznych ropy mogą dodatkowo zapewnić więcej miejsca.

Siemens szacuje, że generacja 85% energii elektrycznej z OZE będzie wymagało 30.000 gigawatogodzin składowania.Wodór potrzebny do magazynowania tak dużej ilości energii może być przechowywane na 1/4  powierzchni dostępnej w podziemnych jaskiniach. Wodór może być rozprowadzany początkowo poprzez istniejące gazociągi, a w końcu poprzez specjalnie do tego celu wykonane rurociągi.
Siemens twierdzi, że wyprodukowane przez niego elektrolizery mają ok. 60% wydajności. W praktyce oznacza to, że ok. 40% energii generowanej przez turbiny wiatrowej zostałaby utracona. Następnie co najmniej 40%  energii zachowanej w wodorze, zostałaby utracona w procesie wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach gazowych lub w ogniwach paliwowch. Zatem jedynie  jedna 1/3  zostałaby faktycznie spożytkowana. Jednak niektórzy naukowcy twierdzą, że możliwe jest zwiększenie efektywności dzięki zmianom w procesie produkci energii.

Kolejną wadą tego systemu moze być także jego koszt.Wysoki ceny ogniw paliwowych odpowiadają w duzej mierze za brak ichh powszechnego stosowania w samochodach. Jednak firma Siemens zapowiada obniżenie kosztów. Jeszcze w tym roku planuje pilotażowe demonstracje. Do 2018r. chce stworzyć systemy 250 MW, dzięki czemu największe elektrownie mogłyby wykorzystywać moc wytwarzaną przez ok 100 turbin wiatrowych.

(ma)