Wprowadzenie Zbigniewa Michniowskiego do artykułu

Transformacja energetyczna miast to złożony proces zmierzający do przekształcenia systemów energetycznych w bardziej zrównoważone i efektywne. Niesłychanie ważnym celem jest zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego w aspekcie ciągłości dostaw, ograniczenia emisji dwutlenku węgla, obniżania kosztów produkcji i użytkowania energii, a tym samym wprowadzanie technologii bezemisyjnych i niskoemisyjnych produkcji energii.

W zamieszczonym artykule autorstwa dr. Adama Lewandowskiego i dr. Andrzeja Warteckiego przedstawiono szeroką informację dotyczącą wodoru jako paliwa spełniającego te wymagania i dodatkowo umożliwiającego magazynowanie. Aktualnie jest to bardzo ważny argument w procesie pozyskiwania energii, sensowny w przypadku stosowania OZE. Tym samym aspekt magazynowania umożliwiający elastyczne podejście do czasu i miejsca zapotrzebowania na energię jest istotnym powodem zastosowania wodoru jako paliwa.

Niniejszym bardzo dziękujemy autorom za udostępnienie publikacji, tym bardziej, że szczegółowe wyjaśnienie całego procesu pozyskiwania wodoru, również w kontekście ekonomicznym, jest bardzo ważnym elementem projektowania procesów transformacji energetycznej. Cały artykuł podzielony został na części, które zaprezentujemy w kolejnych edycjach na stronie https://energetykamiast.pl/.

Ekonomiczne oraz ekologiczne aspekty zielonego wodoru

1. Wprowadzenie

Energetyka wodorowa stanowi jeden z kluczowych filarów realizacji Europejskiego Zielonego Ładu (Green Deal), którego celem jest osiągnięcie przez Europę neutralności klimatycznej do 2050 roku. W tym kontekście Komisja Europejska opracowała w 2020 roku Strategię Wodorową UE[1], której głównym celem jest rozwój odnawialnego, zielonego wodoru. Jest on wytwarzany w procesie elektrolizy z wykorzystaniem energii odnawialnej. Aby zapewnić rozwój rynku wodorowego, w krótkim i średnim okresie dopuszcza się również wykorzystanie innych niskoemisyjnych form wodoru, takich jak wodór pozyskiwany z paliw kopalnych w połączeniu z technologią sekwestracji dwutlenku węgla lub produkowany w procesie elektrolizy z wykorzystaniem źródeł energii innych niż odnawialne. Zanim zostanie przedstawiona szeroka perspektywa dotycząca wodoru, a szczególnie ekonomicznych aspektów zielonego wodoru przybliżyć należy analizę stanu faktycznego ostatnich kilku lat w zakresie aktualizacji energetycznej.

Polska jest krajem zależnym od węgla, który powoli osiąga zaawansowanie w procesie transformacji energetycznej. Pomimo spadku udziału węgla w energetyce do rekordowo niskich 63% w 2023 r. węgiel jest źródłem energii, nie tylko w sektorze elektroenergetycznym, ale i całej gospodarce. Wg zapisów Raportu Draghiego[2] w zakresie emisyjności sektora elektroenergetyki, Polska jest na ostatnim miejscu w UE z wynikiem 666 g CO2/kWh, przy średniej unijnej 251 g CO2/kWh. Koszty gospodarki węglowej będą rosły w związku z rosnącym uzależnieniem gospodarki od importowanych paliw kopalnych oraz stałym wzrostem cen uprawnień do emisji (ETS). Hurtowe ceny energii w Polsce na tle innych krajów UE utrzymują się na bardzo wysokim poziomie, szybko rośnie też uzależnienie gospodarki od importowanych paliw kopalnych. Wysokie ceny węgla krajowego, wysoki poziom wykorzystania go w polskiej energetyce oraz jej wysoka emisyjność, przekładają się na wysokie ceny energii, a w przemyśle – na spadek konkurencyjności ze względu na wysoki ślad węglowy towarów produkowanych w Polsce.

Według tegorocznego indeksu CCPI[3] (ang. Climate Change Performance Index), monitorującego zaangażowanie i postępy poszczególnych państw w łagodzeniu zmian klimatu, Polska uplasowała na dalekiej 54. pozycji. Mimo postępującej dekarbonizacji elektroenergetyki, zmiany w pozostałych sektorach gospodarki są dużo wolniejsze, a nasz kraj nie osiąga części z uzgodnionych z UE celów redukcyjnych (np. w transporcie).

Transformacja energetyczna wymaga dużego priorytetu politycznego – wymaga ogromnych analiz w kategoriach kosztów i obciążeń dla gospodarki. Skala zaniechań w realizacji rządowych programów klimatycznych (w stosunku do założeń) w latach 2010-2020 była ogromna. W ich wdrażaniu zabrakło woli politycznej, odpowiednio przygotowanych kadr, strategii komunikacyjnej i zaangażowania organów administracji publicznej na wszystkich szczeblach. Transformacja energetyczna nadal traktowana jest jako bariera spowalniająca dynamikę krajowej gospodarki, nie zaś jako inwestycja o wysokiej stopie zwrotu przynosząca korzyści w dalszej perspektywie.

Polskie plany w zakresie energetyki jądrowej zostały sformułowane w dokumencie z 2 października 2020 roku[4] i stanowią obiecującą perspektywę wsparcia dekarbonizacji krajowego systemu elektroenergetycznego, ale ich realizacja wciąż jest niepewna. Wdrożenie programu jądrowego jest konieczne dla stworzenia stabilnego i zbilansowanego systemu elektroenergetycznego opartego na OZE. Cała branża energetyczna oczekuje postępów w tym zakresie – jednak decyzje są odsuwane w czasie i nadal nie jest przesądzone.

Rządowe plany przewidują rozwój niskoemisyjnych technologii wodorowych, które mogą efektywnie wspierać nie tylko dekarbonizację sektora energetycznego, ale całej gospodarki. Niskoemisyjny wodór jako nośnik energii może służyć do magazynowania energii z OZE i stabilizowania, opartego na nich systemu energetycznego. Stanowi również obiecującą metodę dekarbonizacji produkcji przemysłowej, transportu oraz ciepłownictwa[5]. Rozwój tego typu technologii wymaga znacznych inwestycji ze strony sektora publicznego i prywatnego, lecz zwrot z tych inwestycji pozostaje wysoce niepewny i odległy w czasie. W ostatnim czasie dekarbonizacja polskiego systemu elektroenergetycznego przyspieszyła, ale jego dalszy rozwój wymaga konsekwentnych i wysokich inwestycji. W 2023 udział OZE w miksie energetycznym wyniósł rekordowe 27%, zaś gazu do 10%, co pozwoliło skokowo zmniejszyć udział węgla do 63%. Niemniej systematyczne redukcje generacji energii z OZE, jakie miały miejsce w ostatnim roku, wskazują na potrzebę przebudowy infrastruktury energetycznej zaprojektowanej z myślą o sterowalnych i scentralizowanych elektrowniach węglowych. Dalsza dekarbonizacja sektora elektroenergetycznego – a w konsekwencji całej gospodarki – wymaga drogich inwestycji w sieci przesyłowe i dystrybucyjne, w magazyny energii, jak również w elektryfikację ciepłownictwa. Postawienie na priorytety OZE, a szczególnie na wodór wymaga odwagi gospodarczej, ale również sporych nakładów intelektualnych i innowacyjnych, popartych nakładami finansowymi[6].

Jedną z szans wyjścia z regresu energetycznego jest wykorzystanie potencjału dotyczącego wodoru, a szczególnie wodoru zielonego.

Wodór jest najpowszechniej występującym pierwiastkiem chemicznym na Ziemi, jednak nie jest swobodnie dostępny w środowisku (np. w zbiornikach). Zawsze występuje w połączeniu z innymi pierwiastkami, np. w wodzie (H₂O) lub metanie (CH₄). Aby mógł być wykorzystany w zastosowaniach energetycznych, musi zostać uwolniony, czyli oddzielony od innych składników. Proces ten wymaga zużycia energii, co sprawia, że wodór jest nośnikiem energii, a nie jej pierwotnym źródłem czy paliwem. Zielony wodór można porównać do baterii litowych, które magazynują energię elektryczną, w przeciwieństwie do paliw kopalnych, takich jak gaz ziemny.

Wybór wodoru jako źródła energii wiąże się z koniecznością określenia jego rodzaju, co ma kluczowe znaczenie dla dalszych decyzji inwestycyjnych. Wyróżnia się następujące rodzaje wodoru:

• Wodór zielony (odnawialny) – wytwarzany w procesie elektrolizy wody z wykorzystaniem energii odnawialnej.
• Wodór żółty – podtyp wodoru zielonego, produkowany w procesie elektrolizy wody z wykorzystaniem energii słonecznej.
• Wodór fioletowy – produkowany w procesie elektrolizy wody z użyciem energii elektrycznej pochodzącej z elektrowni atomowych.
• Wodór szary – wytwarzany w procesie reformingu gazu ziemnego lub innych węglowodorów pochodzących z rafinacji ropy naftowej.
• Wodór niebieski – produkowany z paliw kopalnych, ale z wykorzystaniem technologii wychwytywania, składowania lub przetwarzania CO₂.
• Wodór brązowy – uzyskiwany w procesie gazyfikacji węgla brunatnego.
• Wodór czarny – produkowany w procesie gazyfikacji węgla kamiennego.
• Wodór turkusowy – powstający w wyniku pirolizy metanu lub przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych.
• Wodór biały – pochodzący z naturalnych źródeł geologicznych.

Wśród wymienionych rodzajów wybrano zielony i żółty wodór, co oznacza, że w docelowych instalacjach wodorowych będzie wykorzystywany wodór produkowany w procesie elektrolizy zasilanej energią z instalacji fotowoltaicznych. Rozważana jest również instalacja pionowych turbin wiatrowych na dachach budynków, co zapewni zeroemisyjność całego łańcucha produkcji i dystrybucji ciepła na osiedlu.

Zalety zielonego wodoru:

• Brak emisji CO₂ – w przeciwieństwie do wodoru szarego i niebieskiego nie przyczynia się do zanieczyszczenia atmosfery.
• Możliwość magazynowania energii – może służyć jako magazyn nadwyżek energii odnawialnej.
• Wszechstronność zastosowań – wykorzystywany w przemyśle, transporcie, energetyce i ogrzewnictwie.

Wyzwania związane z produkcją zielonego wodoru:

• Wysoki koszt produkcji – elektroliza wody jest obecnie droższym procesem niż tradycyjne metody wytwarzania wodoru.
• Efektywność energetyczna – produkcja wymaga dużych ilości energii elektrycznej.
• Brak rozwiniętej infrastruktury – konieczna jest rozbudowa systemów transportu i magazynowania wodoru.

Zielony wodór odgrywa kluczową rolę w transformacji energetycznej i dekarbonizacji gospodarki. Wraz z rozwojem technologii i odnawialnych źródeł energii jego znaczenie będzie systematycznie rosło.

Niskoemisyjny wodór ma być rozwiązaniem przejściowym – docelowo, po 2050 roku, planowane jest wykorzystywanie wyłącznie zeroemisyjnego wodoru zielonego. Oznacza to, że w kotłach wodorowych stosowany będzie wodór produkowany w procesie elektrolizy zasilanej energią z instalacji fotowoltaicznych. Rozważana jest również instalacja pionowych turbin wiatrowych na dachach budynków, co dodatkowo zwiększy efektywność energetyczną i przyczyni się do realizacji celów klimatycznych.

-----------------

[1] Strategia w zakresie wodoru na rzecz Unii Europy neutralnej dla klimatu, Komisja Europejska, Bruksela, 2020

[2] Raport Draghiego sprawozdanie za 2024 rok dotyczące konkurencyjności i przyszłości Unii Europejskiej. Autor – były prezes EBC i były premier Włoch Mario Draghi

[3] Indeks CCPI ( ang. Climate Change Performance Index ) raport dotyczący wskaźnika efektywności zmiany klimatu ( CCPI 2025 ) opublikowany na dorocznej konferencji klimatycznej ONZ w Baku

[4] Uchwała nr 141 w sprawie aktualizacji programu wieloletniego pod nazwą Program polskiej energetyki jądrowej opublikowany z Monitorze Polskim 16 października 2020 roku ( poz. 946 )

[5] Polska Strategia Wodorowa do Roku 2030 z perspektywą do roku 2040, Ministerstwo Klimatu i Środowiska, Warszawa 2021,

[6] Bogusławski, J., Lewandowski, A., Prus, W., Wieczorowski, M., Wodór – przyszłościowa niezbędność, Wielkopolski Fundusz Rozwoju, Poznań 2025

cdn.

O autorach:

dr Adam Lewandowski MBA – Uniwersytet WSB Merito w Poznaniu, Wiceprezes Zarządu Polskiej Izby Wodoru, ekspert Związku Miast Polskich, autor i współautor wielu publikacji związanych z relacjami samorząd terytorialny, a małe i średnie przedsiębiorstwa, ekonomiką energetyczną, AI w administracji, partnerstwa publiczno–prywatnego, współczesnego zarządzania kryzysowego i bezpieczeństwa.

dr Andrzej Wartecki – Społeczna Akademia Nauk Uczelnia Wyższa SAN, autor i współautor wielu publikacji dotyczących zagadnień współczesnej ekonomii, funkcjonowania małych i średnich przedsiębiorstw, organizacji sportowych, współczesnego zarządzania kryzysowego i bezpieczeństwa.