P O LIT Y K A E N ER G ET Y C Z N A T om 10 ❖ Z eszy t 1 -0- 2007
PL ISSN 1429-6675
A n n a M A R ZE C *
Problemy wodorowego paliwa
STRESZCZENIE. W sp ó łc z e s n e p ro c esy p ro d u k c ji w o d o ru z p a liw k o p a ln y c h lub w o d y z w ią z a n e są z e m is ją d w u tle n k u w ę g la , w o b e c c z e g o n a le ż y j e s k o ja rz y ć z w y d z ie la n ie m i d e p o z y c ją C O i.
Je śli tak się sta n ie , p o w s ta n ie p ro b lem k o n k u re n c y jn o śc i p o m ię d z y e n e rg ią e le k try c z n ą - tak ż e w y tw a rz a n ą w sk o ja rz e n iu z d e p o z y c ją - a w o d o rem .
T ra n s p o rt w o d o ru od p ro d u c e n ta d o u ż y tk o w n ik a w y m a g a n o w y c h te c h n o lo g ic z n y c h ro z w ią z a ń w z ak re sie p rz e sy łu i d y stry b u c ji o ra z s z c z e g ó ln ie sta ra n n e g o z a p e w n ie n ia b e z p ie c z e ń stw a z u w a g i n a sz e ro k i z a k re s w y b u c h o w o ś c i i p a ln o ś c i teg o g azu . O b e c n ie w o d ó r nie je s t w sta n ic k o n k u ro w a ć z p rz e sy łe m en erg ii e le k try c z n e j. Z a s to s o w a n ie w o d o m do n ap ęd u siln ik ó w w tra n s p o rc ie s a m o ch o d o w y m to p rz ed e w s z y s tk im d o tąd n ie ro z w ią z a n y p ro b lem z ao p a trz e n ia sa m o c h o d ó w w ta k ą ilość w o d o ru , k tó ra u m o żliw i p o ja z d o m u z y sk a n ie p o d o b n e g o z a s ią g u (p o je d n o ra z o w y m ta n k o w a n iu ), ja k i c h a ra k te ry z u je s a m o c h o d y o n a p ęd z ie w ę g lo w o d o ro w y m . T eg o ro d z aju b a rie ry n ie w y s tę p u ją w s e k to rz e tra n s p o rtu s a m o c h o d o w e g o , w k tó ry m sto so w a n y b y łb y n a p ę d h y b ry d o w y (n a p ę d p a liw a m i w ę g lo w o d o ro w y m i w s p ó łp ra c u ją c y n a p rz e m ie n n ie z n a p ęd e m e le k try c z n y m ).
S tan z a a w a n so w a n ia n o w y c h ro z w iąz ań w z ak re sie p ro d u k c ji i s z e ro k ie g o z a s to s o w a n ia w o d o ru ja k o p a liw a ro k u je n a d z ie je n a o s ią g n ię c ie d o jrz a ło ś c i n ie w c z e śn ie j n iż p o 3 0 - 4 0 lata ch , ty m c z a se m o c h ro n a k lim a tu w y m a g a sz y b k ie g o d z ia łan ia.
SŁOW A KLUCZOWE: w o d ó r, p ro c e sy p ro d u k c ji, tran s p o rt, w y b u c h o w o ś ć w o d o ru , e n e rg ia e le k try c z n a , p rz e s y ł, z ao p a trz e n ie s a m o c h o d ó w w w o d ó r, sa m o c h o d y h y b ry d o w e , w o d ó r a e n e r
gia e le k try c z n a , k o n k u re n cy jn o ść .
* Prof. d rh a b . inż. — bv!y pracow nik Zakładu K arbochcm ii PAN w G liw icach; c-m ail: m arzcca@ ncostrada.pl R cccnzcnt: prof. dr hab. inż. Rom an NEY
Wprowadzenie
W n iek tó ry ch kręg ach fo rso w an a je s t o p in ia, iż rad y k aln y m sp o so b e m o b n iż e n ia em isji gazów ciep la rn ian y c h , a ta k że ro zw ią zan iem z a p ew n ia ją cy m u n ie za leż n ien ie od do staw ro p y i gazu, je s t w odór. U m ożliw i on bo w iem p ro d u k c ję „c zy stej” energii cieplnej i e lek trycznej o raz za p ew n i napęd dla sek to ra tran sp o rtu sa m o ch o d o w eg o . W arto za te m p rzy jrze ć się bliżej tej w o d o ro w ej persp ek ty w ie.
1. Produkcja wodoru z surowców kopalnych
W odór m oże być produkow any z gazu ziem nego, frakcji ropy naftow ej lub z w ęgla. Jednak w Polsce, z oczyw istych p ow odów braku w łasnych, znaczących zasobów ropy i gazu ziem nego, surow cem do produkcji w odoru pow inien być w ęgiel. T echnologie takiej produkcji (reform ing p arą w o d n ą półspalanie, autoterm iczny reform ing, zgazow anie) s ą w m niejszym lub w iększym stopniu znane i w żadnym w ypadku nie w ym agają opracow ań od podstaw . Produkcja w odoru z paliw kopalnych m ogłaby być zatem uruchom iona w skali przem ysłow ej w stosunkow o krótkim czasie (kilka lat). Pojaw ia się tu problem innego rodzaju. W szystkie te technologie w ym agają stosow ania w ysokich tem peratur. Jeśli ciepło potrzebne do przeprow adzenia tych reakcji będzie pochodziło ze spalania surow ców kopalnych, to taka produkcja w odoru będzie nierozerw alnie zw iązana z em isją dw utlenku w ęgla. Drugim źródłem dw utlenku je s t reakcja je g o pow staw ania, nieodłącznie zw iązana z reakcjam i generującym i w odór.
W niosek: p ro cesy pro d u k cji w o d o ru z paliw kopaln y ch , a w sz cz eg ó ln o śc i z w ęgla, m u sz ą b y ć sk o ja rz o n e z-procesam i w y d zie la n ia d w u tlen k u w ęg la w cz asie p ro d u k cji w o d o ru o raz d ep o n o w a n iem (tzw . sek w e strac ją) go w sposób u m o ż liw ia jąc y iz o lac ję od atm osfery.
Jeśli ten w a ru n ek nie zo stan ie sp ełn io n y , nie m o że być m o w y o tym , że sto so w a n ie w o d o ru ja k o p aliw a p rzy c zy n i się do o b n iż en ia em isji d w u tlen k u w ęg la do atm osfery.
2. Sekwestracja dwutlenku węgla
R ealizacja se k w e strac ji w iąże się z k o n ie c z n o śc ią z n a le zie n ia o d p o w ied n io sz czeln y ch złó ż p o d ziem n y c h , k tó re u n ie m o żliw iły b y ja k ik o lw ie k w y c ie k d w u tle n k u do atm o sfery i o d cięły b y go od ko n tak tu ze złożam i p o d ziem n y ch w ód. T ak ie ro zw ią zan ie w y m ag a czasu i o d p o w ied n ich n ak ład ó w finansow ych.
Jeśli sek w e strac ja b ęd z ie ju ż m ożliw a do rea liza cji, to p o ja w i się n a stę p n a w ątp liw o ść.
P rz ec ież p ro d u k cję energii elek try czn ej z w ęg la lub g az u ziem n e g o m o ż n a ta k ż e sk o jarzy ć
z se k w e stra c ją d w u tlen k u w ęgla i o trzy m ać w ten sp o só b c a łk o w ic ie c z y stą e n e rg ię e lek tryczną. A je ś li tak, to k ażd e p rze d sięw z ięc ie in w esty cy jn e z m ierza ją ce d o p ro d u k c ji w o doru należy p o ró w n ać pod w zględem dojrzało ści te ch n o lo g icz n ej, efe k ty w n o ści e n e rg e tycznej i k o sz tó w z b u d o w ą lub m o d e rn izac ją elektrow ni czy elek tro ciep ło w n i, które d o sta rc za ły b y ta k ą sa m ą ilość energii użytecznej. Isto tn e ta k że je s t to, iż za k res w y k o rz y sty w an ia en erg ii elek try czn ej i w o d o ru je s t p o dobny. M oże ona być sto so w a n a tak w c ie p ło w n ic tw ie, ja k i w sek to rz e tran sp o rtu sam o ch o d o w eg o .
3. Wodór produkowany z wody
W o d a je s t b ardzo trw ały m zw iązk iem i je j ro zk ła d w y m ag a dużej ilości energ ii. T e o re ty c zn ie w o d ó r m ó g łb y być p ro d u k o w a n y z w ody na d ro d ze elek tro liz y . T ak ie ro zw ią zan ie nie je s t je d n a k ani realne, ani pożąd an e. W arto w ty m m iejscu p rzy to c zy ć n a s tę p u ją c e dane.
W y p ro d u k o w an ie takiej ilości w o d o ru , aby m o żn a było za o p atrz y ć w e ń cały tran sp o rt sa m o ch o d o w y w U S A , w ym ag ało b y tam p o d w o jen ia obecnej p ro d u k cji en erg ii e lek try cznej. R ezu ltatem takiego ro zw ią zan ia b yłby nie tylko w o d ó r, ale ta k ż e w ielo m iliard o w e n ak ład y na b u d o w ę n o w y ch elek tro w n i, p o d w o jen ie d o ty c h cz aso w ej em isji dw utlen k u w ęg la z elek tro w n i i p ro b lem y z p o b o rem dużych ilości w o d y , której m o g ło b y n ie starczyć dla je j d o ty c h cz aso w y ch u żytkow ników .
A rg u m en t, że en e rg ię elek try c z n ą p o trz e b n ą do elek tro liz y w o d y m o ż n a p ro d u k o w a ć z o d n aw ia ln y c h źró d eł energii ró w n ież n ie w y d aje się istotny. Je śli b o w iem b y ła b y dostęp n a p raw d ziw ie czy sta en erg ia elek try cz n a z o d n aw ia ln y c h su ro w có w , to zn ó w p o ja w ia się p y ta n ie - po co p ro d u k o w a ć w o d ó r, skoro m ielib y śm y do d y sp o z y cji c z y stą e n e rg ię e lek tryczną?
O b iec u ją cy m ro zw ią zan iem m o g łab y być p ro d u k cja w o d o ru z w o d y p rzy u ży c iu energii ją d ro w e j, ale n a n o w o cz esn e , b ez p ie cz n e te ch n o lo g ie p ro d u k cji energii ją d ro w e j w skali
przem y sło w ej trzeba je d n a k po czek ać k ilk a d ziesiątk ó w lat.
4. Wodór z biomasy
T ę k o n ce p cję, p o d o b n ie ja k p ro d u k cję energii cieplnej czy elek try czn ej z biom asy, c h a rak te ry z u je za sa d n icz e ograniczenie. B iom asa n ie m o że być g łó w n y m źró d łe m energii, p o n ie w a ż m oże ona być p o zy sk iw an a je d y n ie z og ran iczo n ej p o w ie rz c h n i, k tó ra p rze d e w szy stk im m usi być w y k o rz y sty w an a do p ro d u k cji ży w n o ści dla ludzi i h o d o w li zw ierząt.
Stąd te ż p rze w id y w a n y u d ział b io m a sy w p ro d u k cji energii w y n o si z a le d w ie k ilk a pro cen t p o trze b n ej energ ii. Jed y n y m w y jątk iem je s t B razylia, na te re n ie której p ro d u k c ja b io m a sy m oże za p ew n ić n ap ra w d ę d uży udział w p ro dukcji energii.
5. Transport wodoru od producenta do użytkownika
D y stry b u c ją w o d o ru w y m ag a o d p o w ie d n ie j in fra stru k tu ry , o b e jm u ją c e j ru ro c ią g i, sa m o c h o d y c ię ż a ro w e p rz y sto s o w a n e do p rze w o z u d u ży c h ilo ści w o d o ru , in sta la c je do m a g a z y n o w a n ia w o d o ru na sta c ja c h d o sta rc z a ją c y c h ten g az do d e ta lic z n y c h o d b io rc ó w , k o m p re so ry i d y stry b u to ry . T u n a le ż y b rać p o d u w a g ę sz c z e g ó ln e w ła ś c iw o śc i w o d o ru . Je d n a z n ich w y n ik a z fak tu , iż m o le k u ły w o d o ru (n ie p o ró w n y w a ln ie m n ie jsz e od c z ą s te c z e k ja k ic h k o lw ie k in n y c h su b sta n c ji w y stę p u ją c y c h na ziem i) m a ją z d o ln o ść do p rz e n i
kan ia p rz e z m a teria ły k o n stru k c y jn e . N a stę p n a z w ią z a n a je s t z je g o w y s o k ą s k ło n n o ś c ią do w y b u c h u (o b sz a r w y b u c h o w o śc i w o d o ru to o d 4 do 75% o b ję to śc io w y c h w m ie sz a n in ie z p o w ie trz e m , a np. d la m e tan u ty lk o 5 -1 5 % o b j.). N ie m o ż n a za te m ż y w ić n a d z ie i, że do d y stry b u c ji w o d o ru m o ż n a w y k o rz y sta ć u rz ą d z e n ia sto s o w a n e do d y stry b u c ji g a z u z ie m nego. W isto cie , k ażdy elem e n t sie ci d y stry b u c ji w o d o ru w y m a g a n o w y ch te c h n ic z n y c h ro z w ią z a ń .
P ew n ą n ad zieję na w y k o rz y sta n ie in fra stru k tu ry przesy łu gazu ziem n eg o m o żn a w iązać z o statn im d o n ie sie n iem , w ed łu g któ reg o do d atek w o d o ru do g az u w ilości nie p rz e k ra c z a ją c e j 17% obj., nie p o w o d u je neg aty w n y ch sk u tk ó w . A zatem w o d ó r m ó g łb y znaleźć
niszow e za sto so w a n ie ja k o kom p o n en t gazu ziem n eg o , z m n iejsza jąc y ew e n tu aln y d eficy t tego gazu.
D obrze zn a n y je s t fakt, iż w sieci dystry b u cji gazu ziem n eg o w y stę p u ją w y cie k i gazu do atm o sfery z w ielu różn y ch przyczyn. N iek tó re źródła p o d ają, że w y ciek i te s ię g a ją 10%
p rze sy łan e g o gazu ziem n eg o . W ed łu g innych, o cen a ta je s t zaw y żo n a. A le w o d n ie sie n iu do w o d o ru , 10 % -w y w y cie k do atm osfery na pew n o nie b yłby o c e n ą zaw y żo n ą . U w o ln io n y w o d ó r szy b k o p rze n ik ałb y do g ó rn y ch w arstw atm o sfery (jest to b o w iem n ajlże jsz a su b stan cja w p o ró w n a n iu z innym i skład n ik am i atm o sfery ) i tam w ch o d z iłb y w rea k cję z o z o nem w w y n ik u czeg o w arstw a ozo n o w a, sta n o w iąc a n a tu ra ln ą o c h ro n ę ziem i p rze d zbyt intensyw nym p ro m ie n io w an ie m ultrafio leto w y m , u leg ałab y zniszczen iu .
T ak czy inaczej, przesył w o d o ru od p ro d u ce n ta do u ży tk o w n ik a to n o w e w y zw an ie techniczne. P o rów nanie z rea lizo w a n y m od w ielu lat p rzesy łem en erg ii elek try cz n ej nie w y m ag a żad n y ch kom entarzy.
6. Wodór w sektorze transportu samochodowego
P od staw o w a tru d n o ść w z a sto so w a n iu w o d o ru ja k o nap ęd u w sa m o ch o d a ch , to p ro b lem za o p atrz en ia p o jazd ó w w to paliw o. S am ochód o so b o w y p o w in ie n m ieć m o ż liw o ść je d n o razo w eg o za ta n k o w a n ia w o d o ru w ilości kilk u k ilogram ów . T ak a ilość w o d o ru u m o ż liw iłaby p rze b ieg o koło 500 km , czyli p o d o b n y do tego ja k po je d n o ra z o w y m ta n k o w a n iu b en z y n y czy oleju n apędow ego.
P o zo rn ie n ajp ro stsze ro zw ią zan ie to za o p atrz en ie sam o ch o d u w b u tle z a w ierając e sp rę
żony g azo w y w odór. D uże butle, w któ ry ch w o d ó r je s t obecnie d o sta rc za n y do u ż y tk o w nik ó w (z a o p atrze n ie laboratoriów , sp aw aczy itp.) z a w ie ra ją 401 w o d o ru p o d c iśn ie n iem 150 atm osfer, czyli o k o ło 0,6 kilo g ram a w odoru. A zatem , aby zao p atrz y ć sa m o ch ó d w 3 kG w o d o ru n ależ ało b y zam o n to w ać w nim pięć takich butli. A cięż ar w łasn y każdej z tych butli to k ilk a d ziesią t kilo g ram ó w . T rz eb a w ięc za sto so w a ć b u tle za w ierając e w o d ó r p o d k ilk a kro tn ie w y ższy m ciśn ien iem , np. o koło 600 atm osfer. T u p o ja w ia ją się n astęp n e tru d n o ści.
E n erg ia p o trz e b n a do tak zn a cz n eg o sp rężen ia w o d o ru u p ro d u ce n ta butli w o d o ro w y c h w y n o siła b y o k o ło p o ło w y tej energii ja k ą za w ierałb y tran sp o rto w a n y w ten sp o só b w odór.
To d ec y d u je o n iskiej efek ty w n o ści energetycznej u ży tk o w a n ia tak w y so k o sp ręż o n eg o w odoru. P o n ad to -trze b a op raco w ać now e m ateriały k o n stru k cy jn e i sp o só b p ro d u k cji p o je m n ik ó w dla w o d o ru p o d takim w y so k im ciśnieniem . W U S A d o św ia d c z a ln ą p ro d u k c ją
i te sto w an iem p o je m n ik ó w na ciśn ie n ie w od o ru w y n o szą ce 680 atm o sfer (10 00 0 psi) zajm u je się g łó w n ie firm a Q uantum T ech n o lo g ies. M ateriał k o n stru k cy jn y stan o w i kilka w arstw różn y ch k o m p o z y tó w p o lim ero w y ch oraz w ew n ętrz n a w arstw a sp e c ja ln e g o (u ż y w anego do k o n stru k cji p o ja zd ó w k o sm iczn y ch ) alum inium , któ ra je s t n ie p rz ep u sz cz aln a dla w o doru; takie zb io rn ik i są sto su n k o w o lekkie. E w en tu aln e p o w o d ze n ie w ty m z a k resie nie elim in u je je d n a k w żadnej m ierze k o n ieczn o ści zu ży cia dużej ilości energii na k o m p resję w o d o ru do tak w y so k ich ciśnień.
P o d o b n ie p ro b lem aty c zn ie p rzed staw ia się tran sp o rt w o d o ru w sa m o ch o d a ch w p o staci ciekłej (L H 2). T u ta k że zuży cie energii p o trzeb n e do sk ro p len ia w o d o ru je s t b ard z o duże, bo w iem w celu sk ro p len ia w o d o ru trzeba g az o ziębić do te m p eratu ry m inus 25 3 °C . A co z u trzy m an ie m w o d o ru w sam o ch o d zie w ciekłej p o staci, to zn aczy w te m p eratu rz e o koło - 2 5 0 ° C ? T u k o n ie cz n e je s t zasto so w an ie albo system u ch ło d ze n ia z b io rn ik a ciek łe g o w o doru za p o m o c ą ciek łe g o azo tu albo izolacji pró żn io w ej (zb io rn ik ciekłego w o d o ru u m ie sz
czony w ew n ątrz dru g ieg o zb io rn ik a, w k tórym p an u je pró żn ia) C h ło d ze n ie za p o m o c ą ciekłego azo tu b y ło b y na pew no skuteczne. Z asad a ch ło d ze n ia za p o m o c ą ciek łe g o azotu p o leg a na tym , iż ciek ły azot u m ieszczo n y w zb io rn ik u (z o tw arty m w en ty lem ) m óg łb y o d p aro w y w ać do atm o sfery i p o b ie ra ć p o trzeb n e do p aro w an ia ciep ło z o to c ze n ia zb io rn ik a c iek łe g o w o d o ru . W y ciek azo tu do atm o sfery nie stan o w i żad n eg o za g ro żen ia dla b e z p ie czeń stw a po jazd u (azo t nie pali się i nie je s t w y b u ch o w y ), ani te ż dla atm o sfery (azo t to n atu ra ln y głó w n y skład n ik atm osfery).
T ru d n o je d n a k o d n o sić się o p ty m isty c zn ie do tej p ersp ek ty w y , b o w iem łączy się ona z d o d atk o w y m w y p o saż en iem sa m o ch o d u w b u tlę a z o to w ą o raz z k o n ie c z n o śc ią ta n k o w a n ia nie tylko ciek łe g o w odoru, ale także ciekłego azotu.
N ad koncepcją zaopatrzenia sam ochodów albo w ciekły w odór (LH2), albo w ysoko sprężony gazow y w odór (GH2) pracuje obecnie jeden z instytutów w U SA (Law rence Liverm ore National Laboratory, Livennore, CA). Testują zbiorniki wytrzym ałe na ciśnienie 700 atmosfer. M ożliwość utrzym ywania w nich niskiej tem peratury m a być zrealizowana dzięki zastosow aniu wspom nianej izolacji próżniowej w celu zapobiegania transferowi ciepła z otoczenia.
W sp o m n ieć należy, iż w B erlinie d z ia ła ją ju ż cztery sta cje za o p a tru ją c e k ilk a n aście d o św ia d cz aln y c h sa m o ch o d ó w (B M W , D aim ler, Ford, G M ) w w o d ó r sp ręż o n y (tylko do 3 50 atm osfer) lub ciekły.
Innym ro zw ią zan iem pro b lem u m a g az y n o w a n ia w o d o ru w p o ja zd a ch sam o ch o d o w y c h m o g ą być now e m ateriały (sp ec jaln ie ak ty w o w an y w ęgiel, w o d o rk i m etali), k tó re s ą zd o ln e do p o ch łan ia n ia w o d o ru i do je g o w y d zielan ia w w yższej te m p eratu rz e w p o ró w n a n iu z te m p eratu rą, w której m ateriały te za ad so rb o w ały w odór. M ateriały te b y ły b y in stalo w a n e w sam o ch o d ach w p o je m n ik a ch p rac u jąc y ch p o d niew ielk im ciśn ien iem . P ro b le m je d n a k ż e w tym , iż m asa p o ch ło n ięteg o w od o ru w sto su n k u do m asy p o ch ła n ia ją c e g o m a teria łu je s t d o p raw d y n ie w ielk a , a postęp w tej dzied zin ie, m im o in te n sy w n y ch b ad a ń p ro w a d z o n y c h od k ilk u n a stu lat, je s t b ardzo um iarkow any.
T ra fn ą ilu stra cją w ielce u m iarkow anych nadziei na szybki p o stęp w d zied z in ie m a g a
zy n o w an ia w o d o ru w w sp o m n ian y ch m ateriałach, s ą cele sfo rm u ło w an e p rz e z M in isterstw o E nergii (D e p artm e n t o f E nergy - D O E) rządu fed eraln eg o U SA . W y ra ż a ją się one w ilości w o d o ru , m ożliw ej do za ta n k o w a n ia w sam o ch o d zie, w p ro ce n tac h w ag o w y ch m ateriału m a g az y n u jąc eg o w odór. Z ało żo n e cele to:
<0- 4 ,5 % w ag o w y ch w od o ru w 2007 r.,
6% „ „ w 2010 r.,
<0- 9% „ „ w 2015 r.
P rzyjm ijm y o p ty m isty c zn e założenie, że w k ró tce o p rac o w a n e z o s ta n ą m a teria ły zd o ln e do zm ag a zy n o w an ia 10% w ag. w odoru. Z atem , aby za tan k o w ać 5 kg w o d o ru , sa m o ch ó d m usi być o b ciąż o n y o koło 50 kg takiego m ateriału (plus cięż ar p o je m n ik a ). N ie je s t to za ch ęcająca p ersp e k ty w a, cho ćb y z p u n k tu w id zen ia efe k ty w n o ści u ży tk o w a n ia energii w pojeźd zie.
Jest p rzy tym w y so ce p raw d o p o d o b n e, że cele te b ę d ą m ogły być z re aliz o w an e je d y n ie w ów czas, gd y w sam o ch o d ach zasto so w an y zo stan ie sy stem ch ło d ze n ia p o je m n ik ó w z a w iera jąc y ch w y m ie n io n e w yżej m ateriały za p o m o c ą ciek łe g o azotu. A to stan o w i d o d atk o w e zn a cz n e o b ciąż en ie sam o ch o d u i konieczn o ść ta n k o w a n ia d w u m e d ió w - w o d o ru i ciekłego azotu.
S zcz eg ó ln e w ątp liw o ści w zb u d z a ta k że p ro b lem b ez p ie cz eń stw a na d ro g ac h p o ja zd ó w za silan y ch w o d o rem . K olizja sam o ch o d u za w ierająceg o k ilk a k ilo g ra m ó w w o d o ru m o g ła by sp o w o d o w ać g ig a n ty c z n ą eksplozję.
W szy stk ie te o k o lic zn o ści w y w o łu ją zasa d n icz e w ątp liw o ści, czy aby nie n ależy tra k to w ać n ap ę d u elek try cz n eg o d la sa m o ch o d ó w ja k o p rio ry tetu w p o ró w n a n iu z n ap ęd em w o d o ro w y m . N ap ę d elek try cz n y w sp ó łp rac u jąc y z siln ik ie m b en z y n o w y m lub d ie slo w y m , sto so w an y je s t ju ż z p o w o d ze n iem w niek tó ry ch typach sa m o ch o d ó w (np. sam o ch o d y h y b ry d o w e T o y o ta P rius). D alszy p o stę p zm ierza ją cy do całk o w itej elim in a cji p aliw w ę g lo w o d o ro w y c h to sa m o ch o d y o w y łączn y m n ap ę d zie elek try czn y m , w k tó ry ch baterie ład o w an e b y ły b y en e rg ią z sieci elektrycznej w czasie g ara żo w an ia sa m o ch o d u lub na park in g ach . T akie ro zw ią zan ie w sy stem ie tran sp o rtu sa m o ch o d o w e g o nie w iąż e się z tru d nościam i techno lo g iczn y m i. D zięki tem u m oże być z re aliz o w an e zn a cz n ie w cześn iej niż tran sp o rt sa m o ch o d o w y z napędem w o d orow ym .
Wnioski
N ie z n a jd u je u za sa d n ien ia o p tym izm doty czący p ersp e k ty w g e n e raln e g o ro zw ią zan ia p ro b lem ó w o ch ro n y k lim atu p rzed em isją g azó w ciep larn ian y ch oraz c o ra z tru d n iejszej d o stęp n o ści do ro p y n aftow ej i gazu p o p rze z p ro d u k c ję p aliw a w o d o ro w e g o . N iestety , nie je s t to ani m o żliw y do szybkiej realizacji, ani też u n iw ersaln y lek na te d o le g liw o śc i. Co w ięcej, tak ieg o u n iw ersa ln eg o leku w ogóle n ie ma. T rz eb a szu k ać ro zw ią zań cząstk o w y ch , ale m o żliw y ch do szybkiej realizacji. N ale żą do n ich p rzed e w szystkim :
■O- w zro st efek ty w n o ści energetycznej d o ty c h cz aso w y ch p ro ce só w p ro d u k cji en erg ii i uży t
k o w an ia tej energii (dlaczeg o np. postęp w ociep lan iu b u d y n k ó w je s t tak p o w o ln y , m im o iż p ro w a d zi on do 3 0 -5 0 -p ro c e n to w e g o obn iżen ia zu ży cia en e rg ii?);
-O- w zro st p ro d u k cji energii elektrycznej z w ęg la (p o łączo n y z se k w e stra c ją C 0 2 !!), m a jąc y m .in. na celu (a) w p ro w a d ze n ie do użytku sam o ch o d ó w h y b ry d o w y c h i elek try czn y ch , a także (b) elim in a cję paliw ko p aln y ch (w ęgiel, olej o p alo w y ) i to w a rz y sz ą c ą tem u ro zp ro szo n ą , n ie m o żliw ą do zw alczen ia em isję d w u tle n k u w ęg la z o g rze w n ictw a w b u d o w n ictw ie rozp ro szo n y m ;
-O- rozw ój p ro d u k cji energii z o d n aw ialn y ch su ro w có w en e rg ety c zn y c h (g eo term ia, b io m asa, słońce, w iatr, elek tro w n ie w odne), aż do o sią g n ię cia p o te n cja ln y c h m ożliw ości, c h a rak te ry z u jąc y ch d o stęp n o ść tych su ro w có w na te re n ie kraju,
<0* sen so w n a d b ało ść o im port ropy i gazu ziem nego.
D alsze cz ąstk o w e ro zw iązan ie to sz y b k ie w d ro ż en ie zn a n y ch n a św ie cie te chnologii otrzy m y w a n ia gazu i paliw ciek ły ch z w ęgla.
W szystkie te rozw iązania charakteryzuje nieporów nanie w iększa dojrzałość tech n o lo giczna od technologii dystrybucji w odoru i je g o w ykorzystania w sektorze transportu. W edług opinii N arodow ej R ady Badań N aukow ych w U SA (N ational R esearch C ouncil, 2004), osiągnięcie tej dojrzałości dla w odoru zajm ie 30 do 40 lat. A w tym okresie w Polsce m ożem y liczyć głó w n ie na energię elektryczną (oczyw iście, sp rzężo n ą z se k w estracją C 0 2) i w ęgiel ja k o zasadnicze źródło tej energii. To rozw iązyw ałoby w najbliższych latach zarów no p ro b
lemy zm niejszenia em isji gazów cieplarnianych, ja k i bezpieczeństw a energetycznego.
Literatura
U w aga. O pracow ano na podstaw ie literatury cytow anej w e w cześniejszych (2 0 0 2 -2 0 0 6 ) publikacjach autorki; ich spis podano na stronie w w w .am arzec.rep u b lik a.p l, o raz dalszy ch p o zy cji literaturow ych:
ACEVES S .M . et a l., 2 0 0 6 — V e h ic u la r sto ra g e o f h y d ro g c n in in su late d p re ssu re v e sse ls. In tern . J o u rn a l o f H y d ro g e n E n erg y 31, 2 2 7 4 -2 2 8 3 .
HAESELDONKS D .W . e t al., 2 0 0 7 — T h e u se o f the n a tu ra l-g a s p ip elin e in fra s tm c tu re fo r h y d ro g e n tran sp o rt. In tern . Jo u rn a l o f H y d ro g e n E n erg y (a rticle in p rcss).
Li ZHOU, 20 0 5 — P ro g re ss an d p ro b le m s in h y d ro g e n sto ra g e m eth o d s. R e n e w a b le and S u s ta in a b le R e v ie w s 9, 3 9 5 -4 0 8 .
U S D ep t o f E n erg y . H y d ro g e n , Fuel C e lls & In fras tru c tu re P ro g ram . S ta tu s o f H y d ro g e n S to ra g e T e c h n o lo g ie s
h ttp ://w w w .ce re .e n erg y .g o v /h y d ro g e n a n d fu e lc c lls /s to ra g e /liy d ro g e n _ s to ra g e .h tm l
UT GIKA R V .P . et al., 2 0 0 5 — S a fe ty o f c o m p re ss ed h y d ro g e n fuel tan k s. T e c h n o lo g y in S o c ie ty 27, 3 1 5 -3 2 0 .
v an M lE R L O J., M aG G E T T O G ., LATAIRE P h., 2 0 0 6 — W h ich en erg y so u rc e fo r ro a d tra n s p o rt in the fu tu re? A c o m p a ris o n o f b a tte ry , h y b rid and fuel c ell v e h ic les. E n erg y C o n v e rsio n an d M a n a g e m e n t 4 7 , 2 7 4 8 -2 7 6 0 .
Ro m m j ., 2 0 0 6 — T h e c a r and fuel o f the fu tu re. E n erg y P o licy 34, 2 6 0 9 -2 6 1 4 .
A n n a M A R ZE C
Constraints of hydrogen fuel
Abstract
C o n te m p o ra ry p ro c ess es p ro d u c in g h y d ro g e n fro m fo ssil fu els o r w a ter, c o n trib u te to c arb o n d io x id e e m issio n . T h u s, th ey h av e to b e a sso c ia te d w ith c a p tu re an d se q u e s tra tio n o f c a rb o n d io x id e . I f so, e le c tric ity e n e rg y th at c an b e also co m b in e d w ith C 0 2 re m o v a l, on o n e sid e a n d h y d ro g e n fuel on the o th e r sid e, sh o u ld be c o m p a red in a n u m b er o f issues.
T h e h ydrogen large scalc transfer from a m anufacturer to en d-users requires new technological solutions an d e n suring extrem ely careful safety m easures due to the w id e e xplosive range o f h y d ro g en and its high flam m ability. It is c le ar that at present, hydrogen transfer can n o t com pete w ith electricity transfer.
U se o f e n g in e s p o w e red b y h y d ro g e n in tra n s p o rta tio n se c to r, p o s e s y e t u n s o lv e d p ro b le m o f h y d ro g e n s to ra g e in cars. N e ith e r c o m p re ss ed , n o r liq u e fied h y d ro g e n m ig h t b e a g o o d so lu tio n . A c o m p re ss io n as w ell as liq u e fac tio n re q u ire s h ig h en erg y input. P ra c tic a l h y d ro g e n sto ra g e d e m a n d s a m a jo r te c h n o lo g y b re a k th ro u g h , m o st lik e ly in so lid -sta te m a te ria ls c a p a b le o f s to rin g a s u ffic ie n t a m o u n t o f h y d ro g en .
S u ch b a rrie rs w o u ld n ot o c c u r in tra n s p o rta tio n se c to r p o w e red b y h y b rid e n g in e s (h y d ro c a rb o n fuel d riv e e n g in e w o rk in g a lte rn a te ly w ith e le ctrica l m otor).
S u m m in g u p . the te c h n o lo g ic al b re a k th ro u g h o f p ro d u c tio n an d larg e s c a le u se o f h y d ro g e n co u ld b e e x p cc te d a fte r 30 u p to 4 0 y ears.
H o w ev e r, c lim ate p ro tec tio n is im m e d ia tely need ed .
KEY WORDS: h y d ro g e n , h y d ro g e n p ro d u c tio n , h y d ro g e n tra n s fe r, e x p lo s iv e p ro p e rtie s , flan i- m a b ility , e le ctric e n e rg y tra n s fe r, h y d ro g e n sto ra g e in c ars, h y b rid c ars, h y d ro g e n an d e le ctric e n erg y
