Wykładowca akademicki, opisuje rynki finansowe, zmiany na rynku fintechów i startupów
więcej publikacji autora Mirosław Ciesielski
Getty Images
Wodór wykorzystywany jest od dawna w wielu sektorach gospodarki. Najbardziej rozpowszechniony jest szary wodór produkowany głównie przez reforming parowy metanu (SMR). Proces ten polega na reakcji metanu z parą wodną przy wysokiej temperaturze, co prowadzi do uwolnienia wodoru. To proces wysokoemisyjny, generujący dwutlenek węgla, który może być wychwytywany dzięki odpowiednim procesom technologicznym (CCS), co prowadzi do otrzymania niebieskiego wodoru. Zielony wodór natomiast jest całkowicie wolny od emisji CO2, bo powstaje z użyciem energii odnawialnej w procesie elektrolizy, która służy do rozszczepienia cząsteczek wody na wodór i tlen.
Produkcja i jej specyfika
Całkowite, globalne zapotrzebowanie na wodór wg danych Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) w 2024 r. bliskie było 100 mln ton. Jego wykorzystywanie koncentruje się w przemyśle rafineryjnym, ciężkim, chemicznym i transporcie dalekobieżnym. Wodór niskoemisyjny zapewniał zaledwie 1 proc. podaży wodoru, która w 2024 r. wzrosła o 10 proc. Aby zrealizować plany przejścia na gospodarkę o zerowej emisji netto do 2050 r. konieczne jest jednak znaczne przyśpieszenie światowej podaży. Całkowity potencjał wytwórczy elektrolizerów na koniec 2025 r. na świecie szacowany jest na 33 GW i ponad 300 GW na koniec dekady. Z uwagi jednak na zmianę polityki USA w zakresie zielonej energii cel ten może nie zostać osiągnięty.
Największe inwestycje prowadzą Chiny, a ich udział w produkcji światowej mocy z elektrolizerów wynosił około 70 proc. w 2024 r. Długość rurociągów wodorowych na świecie nie przekraczała 10 tys. km, ale do 2035 r. dzięki planowanym inwestycjom ma być czterokrotnie większa. Do dystrybucji na duże dystanse wykorzystywany będzie transport morski, ale wymaga to specjalistycznych jednostek i odpowiedniej infrastruktury portowej. Ogłoszone już na świecie projekty przewidują realizację około 100 takich instalacji. Konieczne też będą podziemne magazyny wodoru, do czego mogą być wykorzystywane różne formacje geologiczne, takie jak kawerny solne, wyczerpane złoża gazu i warstwy wodonośne.
Zobacz również:
Wpływ energii odnawialnej na rozwój społeczno-gospodarczy
Produkcja wodoru wykorzystująca proces elektrolizy wymaga dużej ilości wody i energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Do otrzymania 1 kg wodoru potrzeba nawet 36 litrów wody! A ta musi być czysta i poddana dejonizacji. Paradoks procesu elektrolizy polega na tym, że energia odnawialna jest generowana na obszarach o dużym nasłonecznieniu, które jednocześnie nie obfitują w zasoby wody. Do produkcji wodoru można więc używać wody morskiej po jej odsoleniu, co generuje dodatkowy koszt w postaci 0,8 euro za metr sześcienny. Przeprowadzono już jednak udane próby produkcji wodoru bezpośrednio ze słonej wody morskiej. Proces taki oparty na zastosowaniu specjalnych membran przeprowadzili niedawno naukowcy z Johns Hopkins University we współpracy z Penn University of Pennsylvania z USA. Nieco inną metodę zaproponowali natomiast badacze z uniwersytetu w australijskiej Adelajdzie.
Gospodarka wodorowa w Europie
„W 2022 r. wodór stanowił mniej niż 2 proc. zużycia energii w Europie i był wykorzystywany głównie do produkcji chemikaliów, takich jak tworzywa sztuczne i nawozy. Zielony wodór stanowi zaledwie 4 proc., a pozostała część powstała z wykorzystaniem gazu ziemnego, co powodowało emisje CO2” – podała Komisja Europejska. Priorytetem jest jednak wytwarzanie odnawialnego wodoru, a mierzalnym celem osiągnięcie produkcji 10 mln t do 2030 r. i import takiej samej ilości bezemisyjnego paliwa. Do połowy XXI w. ma ono zaspokajać 10 proc. unijnego popytu na energię, prowadząc do dekarbonizacji energochłonnych procesów przemysłowych i transportu ciężarowego. Europejskie ramy polityki wodorowej zostały po raz pierwszy zaproponowane przez Komisję w lipcu 2021 r. w ramach pakietu „Fit for 55”. Dwa lata później weszła w życie zaktualizowana dyrektywa związana z energią odnawialną. Późniejsze wytyczne definiowały zakres środków wsparcia dla państw i interesariuszy w sektorze w celu rozwoju optymalnej i specjalistycznej infrastruktury dla wodoru, a także jego rynku w UE. Zdefiniowano w tym zakresie ponad 40 projektów, które zostały zatwierdzone. Kolejne, przyjęte w 2024 r., odnosiły się do rozwoju technologii elektrolizerów, przesyłu i magazynowania wodoru. Funkcjonuje też partnerstwo publiczno-prywatne (Clean Hydrogen Partnership) wspierane przez Komisję za pośrednictwem programu Horizon Europe oraz sojusz European Clean Hydrogen Alliance, obejmujący interesariuszy przyszłego rynku wodoru. Na szczeblu krajowym do połowy 2024 r. 21 państw opublikowało swoje państwowe taktyki w sektorze wodoru. Polska przyjęła taką strategię w 2021 r.
Na koniec 2023 r. zidentyfikowano w Europie ponad 500 działających zakładów produkujących wodór, a ich łączna zdolność produkcyjna wyniosła ponad 11 mln ton. Produkcja wodoru w stosunku do poprzedniego roku nieznacznie jednak spadła, nie przekraczając 8 mln ton. Spośród wszystkich funkcjonujących zakładów produkcji wodoru mniej niż jedna czwarta wytwarzała to paliwo na bazie elektrolizy wody. Łączna moc energetyczna tych małych instalacji nie przekraczała jednak 260 MW. Rynek wodoru w Europie jest ciągle niewielki, bo 88 proc. zdolności produkcyjnej przeznaczone jest na wewnętrzne zużycie w zakładach produkcyjnych. Pozostała część jest przedmiotem międzynarodowego obrotu. Największym eksporterem stała się Belgia, a importerem Niderlandy.
Zobacz również:
Największy popyt na wodór generują rafinerie, które odpowiadały w 2023 r. za 57 proc. całkowitego zużycia tego paliwa, następnie przemysł amoniakowy z udziałem 25 proc. Zapotrzebowanie natomiast na czysty wodór, na razie nie przekracza 0,5 proc. całkowitego popytu. Jest on głównie realizowany przez sektor przemysłowy i mobilności. Do końca dekady ma jednak nastąpić 56 proc. wzrost, a prawdziwy przełom w zużyciu zielonego wodoru dokona się dopiero w dwóch kolejnych dekadach.
Uwarunkowania rozwoju
Kluczowym czynnikiem rozwoju wykorzystania wodoru w gospodarce jest odpowiednie zaplecze infrastrukturalne, czyli głównie rurociągi i magazyny. Na koniec 2023 r. sieć rurociągów wodorowych w całej Europie składała się z 17 nitek o łącznej długości 1581 km, a najwięcej było ich w Belgii i Niemczech. Do końca 2028 r. w Europie planowanych jest dodatkowo 27 nowych rurociągów. Całkowita ich długość wyniesie zatem ponad 9600 km. W ten sposób Stary Kontynent z nakładami inwestycyjnymi przekraczającymi 30 mld dol. stanie się światowym liderem w rozwoju wodorowej infrastruktury transportowej. Wzrosnąć ma też liczba stacji tankowania wodoru dla samochodów osobowych i ciężarowych. Po 2030 r. mają one być dostępne w UE w dużych węzłach miejskich oraz co 200 km wzdłuż bazowej sieci transportowej TEN-T, czyli kluczowego elementu sieci drogowej w krajach Unii. W 2024 r. w Europie było ich 294, z czego 113 w Niemczech, a w Polsce kilkanaście. PKN Orlen do końca dekady planuje uruchomić łącznie 40, kolejnym operatorem (marka NESO) stało się konsorcjum ZE PAK wspólnie z Grupą Polsat Plus, kontrolowane przez Zygmunta Solorza.
Całkowita liczba rejestracji pojazdów elektrycznych na paliwowe ogniwa wodorowe (FCEV) w Europie na koniec 2023 r. nie przekraczała 6 tys. sztuk, z czego ponad 80 proc. stanowiły samochody osobowe. Dla porównania nowe rejestracje pojazdów na wodór na świecie w 2024 r. przekroczyły 16 tys. sztuk, z czego niemal połowa w Chinach. Rynek ten można zatem na razie uznać raczej za hobbystyczny. Uruchomionym już projektem wodorowego transportu publicznego w kilku europejskich miastach jest produkcja autobusów eCitaro Fuel Cell.
Na rynku zielonego wodoru światowym liderem są Niemcy. Ich cel to osiągnięcie poziomu elektrolizy 10 GW do 2030 r. Rozwój infrastruktury, w tym budowa rurociągów wodorowych i stacji tankowania, stało się częścią niemieckiej Narodowej Strategii Wodorowej. Rząd federalny i kraje związkowe przeznaczyły na nią już ponad 14 mld euro. Kluczowym przedsięwzięciem jest projekt Nucera firmy ThyssenKrupp, która produkuje elektrolizery, uzyskując wsparcie rządowe w wysokości blisko 750 mln dol. W ramach swojego planu transformacji energetycznej również Francja z celem 6,5 GW poziomu elektrolizy do końca dekady dokonuje znaczących inwestycji w zielony wodór. Jej duża infrastruktura elektrowni jądrowych oferuje niskoemisyjne źródło energii elektrycznej do jego produkcji. Przeznaczając 7,5 mld dol. na realizację swojego planu kraj dąży m.in. do masowej produkcji wodoru poprzez elektrolizę i promocji transportu ciężarowego zasilanego tym niskoemisyjnym gazem.
Zobacz również:
Magazynowanie a optymalizacja wykorzystania energii odnawialnej
Naturalne i korzystne warunki do produkcji zielonego wodoru dzięki licznym źródłom energii odnawialnej ma również Hiszpania, która wypracowała mapę drogową w tym zakresie w 2022 r. Potencjał kraju potwierdzają takie inicjatywy, jak zakład produkcji zielonego wodoru Iberdrola w Puertollano. Hiszpania znalazła się w dobrej pozycji, aby stać się znaczącym graczem w światowym sektorze wodorowym. W produkcję zielonego paliwa inwestują też Niderlandy. W 2024 r. przeznaczyły 860 mln dol. na innowacje w elektrolizerach, aby osiągnąć planowaną moc 4 GW do 2030 r. Ważna część tej innowacji ma miejsce w największym otwartym ośrodku testowym wodoru w Europie, Faraday Innovation Lab w Petten, na północ od Amsterdamu. W sektorze produkcji, przechowywania i zastosowań zielonego wodoru w Europie funkcjonuje ponad 40 startupów, jednak tylko połowa uzyskała finansowanie od inwestorów. Do najbardziej znanych należą: Lhyte (Francja), GeoPura (Wlk. Brytania), Fusion Fuel (Portugalia), Greenstat (Norwegia) i SoHHytec (Szwajcaria). Całkowita wartość finansowania wodorowych startupów na świecie w 2023 r. wyniosła 3,7 mld dol.
Największą barierą rozpowszechnienia paliw wodorowych w Europie są koszty produkcji. Średnio na produkcję emisyjnego wodoru szarego przeznaczono w 2024 r. około 3,76 euro/kg. Przy uwzględnieniu zastosowania systemu wychwytywania dwutlenku węgla średni koszt produkcji wodoru poprzez SMR w Europie wzrósł do 4,41 euro/kg. Koszty otrzymania zielonego wodoru, czyli poprzez elektrolizę wody z wykorzystaniem energii elektrycznej, były zauważalnie wyższe, wynosząc średnio 7,94 euro/kg. Uwzględniając korzystanie wyłącznie z energii odnawialnej to średnio 6,61 euro/kg. Nie są to ceny konkurencyjne. Takie w zależności od sektora gospodarki mieszczą się w przedziale od 2,7 do 5,6 euro/kg (dane za 2023 r.). Dla przykładu, w przypadku wytopu stali to 4,7 euro/kg, a dla transportu ciężarowego – do 5,8 euro/kg, co podaje Green Hydrogen Observatory.
W ciągu najbliższych lat dzięki doskonaleniu metod produkcji i wzrostu udziału energii odnawialnej koszty produkcji będą spadać, a najbardziej efektywni producenci na świecie mogą do 2030 r. osiągnąć pułap cenowy niewiele przekraczający 1 euro/kg. Trudno na razie sobie to wyobrazić odnośnie do większości państw UE. Dlatego Europa wraz z Japonią i Koreą Płd. staną się wiodącymi importerami zielonego wodoru.
Polska chce zablokować umowę o wolnym handlu z krajami Ameryki Południowej. Powodem są głównie obawy rolników o konkurencyjność ich produktów. W jaki sposób realizacja umowy z Mercosur może wpłynąć na unijne rolnictwo i jakie mogą być też jej inne skutki?
