Prof. dr hab. inż. Jacek Kijeński, Politechnika Warszawska

Obraz sjeiti z Pixabay

Na świecie produkuje się rocznie ok. 370 trylionów metrów sześciennych wodoru. Głównie jest on wykorzystywany w prze­myśle chemicznym (około 40% światowej konsumpcji) i rafineryjnym (ok. 40%), po­zostałe 20% stanowią inne wykorzystania, np. w przemyśle stalowym.

W przemyśle rafineryjnym wykorzystuje się wodór w procesach hydrorafinacji, hydrokrakingu oraz w procesach uwodor­nienia. Nowym wykorzystaniem procesów wodorowych jest produkcja paliwa green diesel, które powstaje z olejów roślinnych, zużytych olejów spożywczych oraz tłusz­czów z odpadów pochodzenia zwierzęcego. W odróżnieniu od tzw. bioestrów, green diesel jest czystą frakcją węglowodorową odpowiadającą składem olejom napędo­wym.

W przemyśle chemicznym wodór wykorzy­stuje się głównie do produkcji amoniaku, prekursora azotowych nawozów mine­ralnych, a także do produkcji metanolu. Kiedyś Polska była znaczącym producen­tem metanolu. Trzeba tu przypomnieć osiągnięcia prof. zw. dr inż. Eugeniusza Błasiaka, który jeszcze w latach 30’ XX w. opracował katalizator miedziowo-cynko­wo-glinowy do niskociśnieniowej syntezy metanolu.

W Polsce w najlepszych okresach produko­wano nawet ok. 600 tysięcy ton metanolu rocznie, obecnie jako chyba jedyny kraj średniorozwinięty na świecie, w ogóle go nie wytwarzamy. Warto podkreślić, że współcześnie metanol jest związkiem plat­formowym dla produkcji wielu ważnych chemikaliów, przede wszystkim ciągle deficytowych w skali świata (i Polski) olefin – etylenu i propylenu.

Z czego produkujemy wodór? Na świecie aż 48% wodoru pozyskuje się w procesie reformingu, przede wszystkim parowego, metanu. Metan jest najlepszym źródłem pozyskiwania wodoru, ze względu na największy stosunek wodoru do węgla w cząsteczce wynoszącym 4 do 1.

30% wodoru jest wytwarzanych w refor­mingu parowym, autotermicznym lub pół­spalaniu frakcji olejowych i nafty. Głów­nymi produktami reformingu, zarówno metanu, jak i wyższych węglowodorów jest gaz syntezowy (mieszanina tlenku węgla i wodoru), a także dwutlenek węgla i woda.

18 % wodoru powstaje w wyniku zga­zowania węgla (prawie wyłącznie w po­wierzchniowym procesie generatorowym). Procesów podziemnego zgazowania na dużą skalę na razie nie stosuje się. W Polsce pomimo zobowiązań związanych z projek­tem czystych technologii węglowych i po­siadania ciągle znaczących zasobów węgla nie prowadzi się procesów jego zgazowania.

I wreszcie 3,9% wodoru powstaje na świecie z elektrolizy wody. Prąd elektryczny do tej elektrolizy jest wytwarzany wyłącznie w elektrowniach konwencjonalnych (gazo­wych i węglowych). Efektywność wyko­rzystania prądu z elektrowni wiatrowych w procesie elektrolizy nie jest wysoka. Proces wytwarzania 1t H2/h musiałby być zasilany prądem z 26 wiatraków. Aby dostarczyć odpowiednią ilość energii siła wiatru napędzająca wiatrak powinna wynosić od ok. 7 do 40 m/sek. W naszych warunkach przeciętna średnia prędkość wiatru nie przekracza 10 m/sek., wobec tego trudno oczekiwać efektywności wy­twarzania prądu większej niż 20%.

Wodór pozyskiwany z metanu jest najtań­szy. Strumień metanu pozyskiwany z gazu ziemnego można uzupełniać metanem pochodzącym z fermentacji anaerobowej (biogazownia). Biomasę do produkcji wodoru można również wykorzystać w procesie zgazowania. Scentralizowa­ne zgazowanie biomasy uważane jest za docelowo największe przemysłowe źródło wodoru w latach 2030-2040. Obecnie gaz syntezowy otrzymywany w takim procesie nie jest konkurencyjny cenowo dla gazu z metanu lub frakcji węglowodorowych. Należy jednak podkreślić, że wobec przy­spieszającego wzrostu populacji, znaczą­cym ograniczeniem rozwoju zgazowania biomasy może być konkurencja z jej przeznaczeniem do produkcji żywności (dotyczy to również składników biomasy traktowanych obecnie jako odpady). Przy­szłościowym rozwiązaniem, wobec tego wydają się procesy ko-zgazowania różnych wsadów zawierających węgiel elementarny, biomasy odpadowej, odpadów komunal­nych, odpadów tworzyw polimerowych, węgli niskiego gatunku etc..