Wodór jako paliwo przyszłości – jak zastąpić gaz ziemny w produkcji nawozów

12 maja 2023

Zanim wodór upowszechni się w transporcie jako paliwo przyszłości, musimy jeszcze pokonać szereg problemów związanych z jego właściwościami fizycznymi czy kosztami wytworzenia i przechowywania. W zasięgu ręki mamy jednak wykorzystanie wodoru, jako znakomitej alternatywy dla gazu ziemnego, używanego w produkcji nawozów azotowych. Jak oceniają eksperci Multiconsult Polska, w niedalekiej przyszłości, Polska mogłaby stać się światowym hubem amoniaku, wytwarzanego z zielonego wodoru.

Polska jest szóstym w Europie producentem żywności [1], a nasze rolnictwo zużywa co roku ok. 8,5 mln ton nawozów mineralnych, w tym amonowych. Do ich produkcji każdego roku zużywa się ok. 2 mld m3 gazu ziemnego, który przekształcany jest w amoniak, będący podstawowym surowcem dla wszystkich nawozów azotowych. Okazuje się, że Polska byłaby w stanie zastąpić gaz ziemny w technologii produkcji nawozów, dzięki wykorzystaniu wodoru.

– Produkcja amoniaku opiera się na prostej reakcji azotu z wodorem. Azot można kupić na rynku, lub stosunkowo łatwo wytworzyć przy użyciu powszechnie dostępnych urządzeń – tłumaczy Artur Szczelina, ekspert Multiconsult Polska. – Wyzwanie stanowi pozyskanie wodoru z pominięciem gazu ziemnego. Pozostaje nam szeroko dostępne źródło wodoru, jakim jest woda. Proces jej elektrolizy wymaga jednak sporych nakładów energii. Aby tą metodą otrzymać 1 kg wodoru, musimy zużyć 50 kWh energii – dodaje ekspert.

Amoniak jest produktem handlowym, notowanym na światowych giełdach towarowych. Jego cena, nawet po ostatnich znaczących spadkach, wciąż przekracza 1200 USD za tonę. Może się więc okazać, że produkcja wodoru, zwłaszcza produkowanego przy wykorzystaniu energii z OZE, będzie zdecydowanie atrakcyjna ekonomicznie.

Globalny hub amoniakowy w Polsce

Produkcja amoniaku w Polsce w 2021 r. wyniosła 2,6 mln ton i wymagała zużycia 2,7 mld m3 gazu ziemnego. Aby zastąpić taką ilość błękitnego paliwa, potrzeba ok. 480 tys. ton wodoru, do którego produkcji niezbędne będą 24 TWh energii elektrycznej (około 80 proc. aktualnej rocznej produkcji OZE w Polsce).

– Przy obecnym limicie cenowym dla energii elektrycznej z wiatraków na poziomie 350 zł/MWh, sprzedaż energii z farm wiatrowych dochodzi do granicy opłacalności. Gdyby jednak wytworzoną energię zamienić na wodór, a następnie na amoniak, zyskowność całego przedsięwzięcia byłaby znacząco wyższa – szacuje Artur Szczelina.

Zdaniem eksperta, szczególnie korzystnie dla tego typu inwestycji usytuowane są zakłady w Policach z niemal nieograniczonym dostępem do wody i niezamieszkałymi obszarami dla postawienia farmy wiatrowej.

W Policach zużywa się co roku ok. 450 mln m3 gazu ziemnego, który można by zastąpić 80 tys. ton wodoru, do którego wytworzenia potrzeba 4 TWh energii elektrycznej. W polskich warunkach odpowiada to farmie wiatrowej złożonej z 800 wiatraków po 2MW mocy. Z uwzględnieniem urządzeń do elektrolizy wody, cała inwestycja sięgnęłaby 20 mld zł, pozwalając na produkcję amoniaku w cenie nieco ponad 550 USD za tonę. Przy tych kosztach, byłby to surowiec niezwykle cenny zarówno w produkcji nawozów azotowych, jak i w charakterze paliwa energetycznego. Co więcej, można go magazynować i transportować o wiele taniej od wodoru.

– Jak pokazują wyliczenia, produkcja amoniaku w oparciu o wodór pozyskiwany z elektrolizy wody otwiera szerokie możliwości produkcyjne i handlowe dla Polski. Police mogłyby stać się producentem nawozów azotowych, niezależnym od wahań cen gazu ziemnego. Dodatkowo, olbrzymia farma wiatrowa to inwestycja zapewniająca nawet 15 tys. miejsc pracy, która w przypadku braku popytu na nawozy mogłaby dostarczać energię do sieci – wskazuje Artur Szczelina.

Nawet tak pobieżna kalkulacja zastąpienia gazu ziemnego wodorem pokazuje, z jakimi problemami będzie musiała się zmierzyć Unia Europejska w ciągu najbliższej dekady, starając się zastępować kurczące się źródła gazu ziemnego. W przypadku energii elektrycznej czy ciepła, gaz ziemny ma alternatywy, jak choćby  OZE, atom czy nawet węgiel. Brak jednak prostych alternatyw dla produkcji nawozów sztucznych, których stosowanie jest obecnie niezbędne w produkcji rolnej.

[1] Źródło: Eurostat: https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Performance_of_the_agricultural_sector#Value_of_agricultural_output