Autor: Piotr Stefaniak

Autor jest dziennikarzem specjalizującym się w zagadnieniach logistyki

Wodór przyszłością transportu

O ile w ograniczaniu emisji gazów cieplarnianych postępy robią przemysł i energetyka, a nawet rolnictwo, o tyle transport drepcze w miejscu. Na horyzoncie widać jednak kolejne zmiany, a nawet jedną potencjalną rewolucję.
Wodór przyszłością transportu

Światowa emisja najważniejszego gazu cieplarnianego (GHG), tj. dwutlenku węgla powstałego jako wynik spalania paliw kopalnych, przekroczyła w 2019 roku 36,8 G ton (dane Global Carbon Budget). Wzrost emisji spowolnił w porównaniu z 2018 r. o 0,5 proc.  Taki jest efekt podejmowanych od wielu lat działań m.in. zmieniających miks produkcji energii i zwiększenia w nim udziału odnawialnych źródeł (OZE), czy wdrażania energooszczędnych technologii. Według danych Wspólnego Centrum Badawczego UE (Joint Research Centre), w państwach członkowskich poziom łącznych emisji CO2 zmalał w 2019 r. o 39 proc. w porównaniu z 1990 r. JRC stwierdza więc, że UE „zdołała oddzielić wzrost gospodarczy od emisji zmieniających klimat”, co dowodzi słuszności przyjętych polityk proklimatycznych.

Transport odstaje

Jak podaje „zielona” Europejska Federacja Transportu i Środowiska (T&E), różne rodzaje transportu mają obecnie 20 – 25-proc. udział w łącznej emisji CO2 na świecie, a uwzględniając emisję towarzyszącą produkcji środków transportu – ok. 1/3. W UE, według danych EEA, w 2017 roku transport miał 27-proc. udział w łącznej emisji GHG. Jest to pochodną dwóch czynników: rosnących wolumenów przewozów towarów i pasażerów w zglobalizowanej gospodarce oraz słabych postępów w ograniczaniu emisji GHG przez środki transportu.

Ze względu na powszechność samochodów ciężarowych, aut osobowych i motocykli, a także największy ich udział w wolumenie przewozów (ok. 70 proc.), największym trucicielem wśród środków transportu w UE pozostają pojazdy drogowe. Wielkim emitentem GHG jest żegluga morska (13,6 proc.). Przypada na nią około 90 proc. towarów w światowym handlu (licząc wagowo), a ten w globalnej gospodarce rośnie. Tylko w latach 1980 – 2019 transport morski potroił wolumen ładunków – z 3,7 mld ton do 11,1 mld ton (UNCTAD). Dziennie statki spalają 4 miliony baryłek ropy (ok. 8 proc. dziennej światowej produkcji), emitując setki tysięcy ton GHG. Energia potrzebna do dziennego zasilania dużego kontenerowca pokonującego ocean jest taka sama, jak do zasilania 50 tysięcy domów.

Jest potencjał w polskiej gospodarce morskiej

Choć samoloty wożą zdecydowanie mniej towarów niż statki (z kolei są to towary droższe), to mają porównywalnie duży do nich poziom łącznych emisji. Choćby dlatego, że od 1993 r. liczba pasażerów lotniczych w UE wzrosła trzykrotnie (samolotami pasażerskimi wozi się ponad połowę łącznego cargo). Co gorsza, transport lotniczy wypada relatywnie i zdecydowanie najgorzej wśród różnych środków transportu, bo emituje najwięcej GHG, przewożąc 1 tonę na odległość 1km.

To nie koniec złych wiadomości. W UE emisje GHG międzynarodowego lotnictwa i żeglugi zwiększyły się od 1990 roku, jako jedyne spośród głównych sektorów gospodarczych, odpowiednio o prawie 130 i 32 proc. (dane EEA). Tymczasem gospodarka odpadami obniżyła te emisje o 42,2 proc., przemysł o 27 proc., a energetyka o 22,6 proc. Zmalały one nawet w rolnictwie (o 19,2 proc.)

Pomimo użytkowania bardziej oszczędnych w zużyciu paliw samolotów, EEA prognozowała w ub. roku, że przy dotychczasowych tendencjach (business as usual) ich emisje GHG w 2050 r. będą od 7 do 10 razy wyższe niż w 1990 r., a emisje statków wzrosną od 50 do 250 proc.! Taki trend stoi w jaskrawej sprzeczności z celami ujętymi w porozumieniu paryskim w sprawie zmian klimatu, czy w szczególności – z osiągnięciem celów unijnego Zielonego Ładu, czyli zeroemisyjnej gospodarki do 2050 roku.

Fronty walki

W zasadzie są dwa fronty walki: ekonomiczno – mentalny i technologiczny.

Pierwszy toczy się wokół zmian w funkcjonowaniu globalnej gospodarki. Dotyczy to zwłaszcza zmniejszenia skali offshoringu (lokowania produkcji i usług w krajach o niższych kosztach), jednego z synonimów globalizacji. Wady tego modelu pokazała właśnie pandemia COVID-19. Co z tego, że produkcja w „dalekich” krajach jest tańsza, skoro w sytuacjach nadzwyczajnych jak w 2020 r. zawodzą wszystkie założenia rytmicznej produkcji i ciągłości dostaw. Pandemia uzmysłowiła więc światu boleśnie nadmierne uzależnienia od centrów produkcji. Nie tylko od „fabryki świata”, czyli Chin, ale i wielu innych branżowych centrów, jak np. przemysłu automotive od włoskiego zagłębia motoryzacyjnego.

Powróciły więc wnioski z dyskusji rozpoczętej po kryzysie 2008 roku. By skracać łańcuchy dostaw, by zmniejszyć uzależnienie od magazynowania w modelu just-in-timelean. To one sprawiają, że odbiorcy towarów są zakładnikami i producentów, i tych modeli. Logistyka została nadmiernie rozbudowana przez offshoring i przypomina stary dowcip: „jestem zalatany, choć biegam z pustymi taczkami”.

Logistyka została nadmiernie rozbudowana przez offshoring i przypomina stary dowcip: jestem zalatany, choć biegam z pustymi taczkami.

Dostrzegały to korporacje międzynarodowe. Sporo mówiły o nearshoringu (przenoszenie produkcji do kraju bliskiego geograficznie) i reshoringu (lokalizowanie produkcji w krajach, które zapewniają najlepszą kombinację kosztów i efektywności). Jednak więcej było w tym działań PR, wpisów w raportach korporacyjnych CSR, jak to poprzez skracanie łańcuchów dostaw wpisują się działania proekologiczne, niż praktyki i efektów. Potencjalne zmiany modelu globalizacji produkcji i logistyki nabrały obecnie nowego wymiaru. Nie tylko z powodu pandemii. Dojrzał problem rozwiązania wyzwań klimatycznych.

Techniki transportowe

O zmianach przesądzi jednak głównie to, co się dzieje na drugim froncie walki – technik transportowych. Tutaj także są dwa aspekty: poprawy efektywności przewozów oraz zmiany technologii napędu. Przykładem pierwszego jest potrojenie w ciągu 20 lat pojemności największych kontenerowców. Na przełomie stulecia ówczesne „kolosy” armatorów Maersk i OOCL zabierały maksymalnie po 8000 TEU (kontener 20-stopowy). Obecnie ultra kontenerowce (ULCV) są klasy zwodowanego latem 2019 roku „MSC Gülsün”i zabierają do 23 756 TEU. W latach 2011 – 2019 zdolności przewozowe masowców wzrosły o 51 proc., a tankowców o 38 proc. (UNCTAD). Powód jest prozaiczny – obniżanie kosztów usługi transportowej było głównym narzędziem w walce konkurencyjnej. Przeciętny koszt przewozu 1 TEU na odległość 1 mili ULCV przy zapełnieniu go w 75 proc. jest o ok. ¼ niższy, niż kontenerowcem o pojemności dwa razy mniejszym (11 tys. TEU, klasy neopanamax). Przy wypełnieniu bliskim 100 procent, różnica ta zwiększa się do 1/3. Niestety, efekty krańcowe zwiększania skali maleją, a rosną problemy, np. w portach. Natomiast korzystnym dotychczas skutkiem „ubocznym” rosnącej pojemności środków przewozu było zmniejszanie emisji spalin. Choć większy statek spalał więcej paliwa i więcej „kopcił”, to relatywnie na jednostkę ładunku (1 TEU lub 1 tonę) emitował mniej CO2.

Spada znaczenie transportu kolejowego w handlu zagranicznym

Podobne korzyści osiąga się w transporcie drogowym i kolejowym, lecz np. w UE występują tu ograniczenia prawne: nacisku na oś, długości składu (pociągu do 750 m), ładowania jednopoziomowego (np. kontenera na wagonie). Nie mające takich hamulców koleje amerykańskie, chińskie czy australijskie, ustawiają kontenery piętrowo, pociągi mają 1,5 km długości (pociągi z węglem na prywatnych liniach w Australii – nawet 3 km). Jednak i tak o efektywności decyduje to, czy ciężarówka lub pociąg ma ładunek powrotny. Choć nastąpił rozkwit internetowych platform brokerskich kojarzących podaż z popytem, by ograniczyć jazdę „na pusto”, to i tak TIR-y w UE w drodze do domu średnio w 40 proc. wiozą powietrze, a pociągi na Nowym Jedwabnym Szlaku z Europy do Chin – w 90 proc.

Napędy alternatywne

Dlatego coraz wyraźniej przebija się teza, że ogólne cele klimatyczne dla gospodarek, określane do 2050 r., w transporcie można osiągnąć jedynie przy natychmiastowym przyspieszeniu prac i wdrożeń technologii niskoemisyjnych oraz bezemisyjnych. Niestety, w transporcie towarowym (i pasażerskim) na dalekie odległości jest z tym wielki problem. Obecnie stosowane alternatywne źródła napędu pomagają w tym, lecz nie rozwiążą problemu. W towarowym transporcie drogowym stosuje się już napędy elektryczne z użyciem baterii litowo-jonowych, lecz niemal wyłącznie w samochodach dostawczych i w ruchu lokalnym (możliwość szybkiego doładowania). W transporcie na dalsze odległości baterie te nie sprawdzają się, bo mają małe pojemności, a użycie zestawu kilku razem – zwiększa wagę netto pojazdu, czyli także pobór prądu. Jest też inny problem – nawet Niemcy w swoim miksie energetycznym w ponad 40 proc. prąd wytwarzają z węgla brunatnego, największego „kopciucha”.

W transporcie morskim od około roku kilku największych armatorów z flotą kontenerowców zamawia napęd LNG (lub hybrydowy). Ogranicza to emisję CO2, lecz nie eliminuje GHG, bowiem spalaniu gazu towarzyszy spora emisja m.in. tlenku azotu. Lokalne samorządy w Norwegii użytkują już małe promy osobowo-towarowe, lecz służą one jedynie do żeglugi przybrzeżnej, na odległości do ok. 50 km.

W jeszcze mniejszym stopniu dostępne są alternatywne napędy w transporcie lotniczym. Ograniczają się one głównie do stosowania bionafty, tj. konwencjonalnego napędu z dodatkiem estrów i kwasów tłuszczowych. Barierą jest możliwość zwiększania dodatków w składzie nafty, by nie pogorszyć właściwości pędnych. Jeżeli chodzi o ekologiczną stronę, to problemem jest ograniczona możliwość pozyskiwania surowca jako materiału bazowego dla biopaliw, bez szkody dla środowiska naturalnego. Dlatego wszystkie te paliwa „alternatywne” są traktowane jako przejściowe i ważne na drodze do znalezienia uniwersalnego napędu „przyszłości”. Jakiego?

Czy wodór zdetronizuje napęd elektryczny samochodów?

Wodorowa nadzieja

Prawdopodobnie będzie nim wodór. Ze względu na wysoką kaloryczność energetyczną (1 kg wodoru magazynuje trzy razy więcej energii – 120 MJ/kg – niż ekwiwalent gazu ziemnego) oraz możliwości ograniczania emisji GHG przez korzystające z niego środki transportu, choć nie tylko. Przyszłość może mieć także w energetyce czy budownictwie.

Istotne z punktu widzenia realizacji celów polityki klimatycznej jest to, że wodór zatankowany wraz ze sprężonym powietrzem do ogniw paliwowych w procesie przemiany chemicznej wytwarza prąd, napędzający silnik (np. pojazdu), a produktem ubocznym jest jedynie woda. Technologia ta jest znana od dawna. Zasadę działania ogniw odkryto już w XIX wieku. Minęło jednak blisko sto lat zanim po raz pierwszy zastosowano je w amerykańskich promach kosmicznych. Od blisko 20 lat ogniwa montowane są – ciągle na zasadzie demonstracji myśli technicznej i doskonalenia technologii – w kilku modelach japońskich i koreańskich aut osobowych. Wyniki są bardzo obiecujące, ale ciągle dalekie od zadowalających.

Być może najmniejszym problemem jest brak infrastruktury tankowania, choć stacje takie muszą spełniać specjalne reżimy bezpieczeństwa. Wodór do napędu samochodów musi być bardzo czysty (klasy 99,97 H2), co wymaga jego rektyfikacji i podnosi cenę. Problemem jest rozmiar i duża waga ogniw paliwowych, co ma znaczenie w autach osobowych, a w przyszłości – ewentualnie w samolotach (choć już nie na statkach lub w lokomotywach).

Problemem jest rozmiar i duża waga wodorowych ogniw paliwowych, co ma znaczenie w autach osobowych, ale już nie na statkach lub w lokomotywach.

Ambitne plany bycia liderem tej technologii zgłosiła na początku lipca tego roku Komisja Europejska, przedstawiając komplementarne strategie inwestycji: „system energetyczny przyszłości” i „czysty wodór”. Na inwestycje w produkcję zielonego wodoru UE planuje przeznaczyć do 2050 roku co najmniej 450 mld euro (ponadto 18 mld euro na produkcję wodoru z gazu). Do 2030 r. Unia ma produkować do 10 mln ton zielonego H2, w perspektywie do 2050 roku rynek wodorowy ma odpowiadać za dostawę 24 proc. energii elektrycznej w Europie.

KE zainicjowała też europejski sojusz na rzecz wytwarzania zielonego wodoru. Uczestniczą w nim liderzy przemysłu, przedstawiciele społeczeństwa obywatelskiego, krajowych i regionalnych ministerstw oraz Europejski Bank Inwestycyjny. Sojusz ma stworzyć system wspierania inwestycji, służący rozwojowi produkcji czystego wodoru i stymulowaniu popytu na czysty wodór w UE.  Gruszek w popiele nie zasypiają też polskie firmy. Beneficjentem rozwiązań sprzyjających rozwojowi gospodarki wodorowej chcą być – realizując inwestycje – i PGNiG, i PKN Orlen (wraz z Lotosem). U nas rozwijanie tej gałęzi gospodarki da przede wszystkim nowe możliwości w transformowaniu polskiej energetyki, która w 80 proc. nadal opiera się na spalaniu węgla.

Otwarta licencja


Tagi


Artykuły powiązane

Wspólnota bez węgla i stali

Kategoria: Analizy
Unijne hutnictwo jest pierwszą ofiarą polityki klimatycznej Unii Europejskiej. Od zeszłego roku produkcja spada. Jednocześnie rośnie import stali spoza UE – z krajów, gdzie nie ma obciążeń finansowych wynikających z polityki klimatycznej.
Wspólnota bez węgla i stali

Tańszy klimat

Kategoria: Analizy
Jednym z pierwszych gospodarczych skutków pandemii koronawirusa był gwałtowny spadek cen uprawnień do emisji dwutlenku węgla. Dla Polski to znakomita wiadomość, bo niższe ceny CO2 pozwolą zaoszczędzić setki milionów złotych w skali roku.
Tańszy klimat

Wielkie innowacje wymagają czasu i pieniędzy

Kategoria: Ekologia
Elektryczne ciężarówki, samochody dostawcze z napędem wodorowym, produkcja cementu z użyciem CO2, czy bezemisyjne wytwarzanie stali – w laboratoriach testowane są rozwiązania pozwalające światu rozwijać się z mniejszymi stratami energii i środowiska. Ich dojrzewanie wymaga jednak wiele czasu i pieniędzy.
Wielkie innowacje wymagają czasu i pieniędzy