Po co nam alternatywne źródła energii?
W dobie europejskiego kryzysu energetycznego, który od 2022 roku – wraz z początkiem rosyjskiej agresji na Ukrainę – daje się we znaki Polkom i Polakom, w debacie publicznej po raz kolejny zagościł temat bezpieczeństwa i niezależności surowcowej RP [1]. Eksperci w zakresie nauk prawnych i technicznych ponownie próbują odpowiedzieć na pytanie, jak wdrożyć mechanizmy gospodarczo-fiskalne, dzięki którym możliwa będzie amortyzacja negatywnych skutków rosnących cen energii, zwłaszcza wobec najuboższych? Gdzie, pośród geopolitycznego zamętu, odnaleźć bezpieczne, czyste, tanie i efektywne źródła energii? Z możliwościami rozwoju technologii napędu wodorowego wiążą się liczne, często bardzo ambitne nadzieje. Tylko w drodze racjonalnego – popartego badaniami i wnikliwymi dyskusjami ekspertów – procesu decyzyjnego, państwa europejskie będą w stanie odzyskać niezależność energetyczną i tym samym wzmocnić swoje znaczenie na międzynarodowej arenie geopolitycznej. Jednym z rozważań, jakie coraz częściej pojawiają się w dyskursie publicznym, jest kwestia wykorzystania wodoru jako paliwa do zasilania pojazdów i urządzeń elektrycznych.
Wodór jako paliwo – wcale nie taka nowość
Pojazdy wodorowe nie są, wbrew zdaje się powszechnie panującemu przekonaniu, wymysłem XXI czy XX wieku. Już w roku 1807 François Isaac de Rivaz, szwajcarski konstruktor maszyn, zaprojektował i złożył pierwszy pojazd kolejowy napędzany wodorem [2]. Silnik de Rivaza był rewolucyjny także z innych przyczyń, otóż stanowił on jeden z pierwszych silników spalinowych, w którym kluczowym elementem była komora spalania w cylindrze, w której tłok poruszał się w wyniku wybuchu mieszanki wodoru i powietrza. W późniejszych latach de Rivaz udoskonalił swój pojazd, a w 1813 roku ukończył budowę maszyny o długości 6 metrów i wadze prawie tony. Każdy ruch cylindra powodował przesunięcie pojazdu o cztery do sześciu metrów. Kolejne stulecia powodowały stopniowy, choć wcale nie dynamiczny, rozwój technologii stosowania wodoru jako paliwa alternatywnego. W XX wieku na poważnie zaczęto traktować koncepcję stosowania wodoru w formie ciekłej. Dziś, w dobie wspominanego kryzysu energetycznego, szczególnie ważne zdaję się być słowa amerykańskiego konstruktora Igora Sikorskiego, wygłoszone w roku 1938 podczas wykładu przed American Institution of Electrical Engineers: „Jeżeli rozwinięta zostałaby metoda bezpiecznej i oszczędnej produkcji i magazynowania ciekłego wodoru na paliwo, skutkowałoby to wielką zmianą, szczególnie w dziedzinie lotnictwa długodystansowego. Umożliwiłoby to lot na około równika bez konieczności uzupełniania paliwa. Umożliwiłoby to również zwiększenie wydajności niemal każdego silnika” [3]. Do spopularyzowania koncepcji energetyki wodorowej przyczynił się w pewnym stopniu nawet Juliusz Verne, który w swojej powieści „Tajemnicza wyspa” z 1875 roku zawarł dialog pomiędzy bohaterami,
„ – Jakto! Wodę będą palili pod kotłami parowemi, wodą będą ogrzewali wodę?
– Tak, lecz wodą, rozłożoną na jej części składowe – odpowiedział inżynier – a rozłożoną, jak się zdaje, za pomocą elektryczności, która naówczas stanie się silną, potężną i posłuszną woli człowieka. Tak, moi przyjaciele, sądzę, że kiedyś woda będzie służyła za opał, że wodór i tlen, czy to każdy osobno, czy połączone razem, staną się niewyczerpanem źródłem tak silnego ciepła i światła, jakiego nie może wydać węgiel!” [4].
Paliwa wodorowe – ratunek czy fortel dla Ziemi?
Wodór to jeden z najczęściej występujących pierwiastków na Ziemi, stanowiący wraz z tlenem podstawowy składnik wody. Naukowcy zajmujący się przyszłością planowanej transformacji energetycznej podkreślają jego korzystne właściwości chemiczne oraz fizyczne, a biorąc pod uwagę wspominaną już wcześniej szeroką dostępność wodoru, należy tym bardziej bacznie przyglądać się postępowi technologicznemu w zakresie wykorzystywania go jako paliwo alternatywne [5]. Na uwagę zasługują przede wszystkim kwestie związane z emisyjnością szkodliwych substancji do atmosfery. Do niedawna w środowisku naukowym paliwa wodorowe postrzegano jako świetną, ekologiczną alternatywę dla surowców kopalnianych – węgla i ropy naftowej. W 2009 r. tezę tę podważyły badania wykonane przez naukowców z krakowskiego Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk, którzy opracowali nową metodę pomiaru zawartości wodoru w powietrzu [6]. Ostrzegali oni wówczas o możliwości negatywnego wpływu zbyt szerokiego stosowania tego pierwiastka w energetyce, co może prowadzić do jego nadmiernego stężenia w atmosferze, a w konsekwencji do wzrostu efektu cieplarnianego. Do niedawna promowano wodór jako źródło w pełni czyste, które jako produkt uboczny zostawia po sobie jedynie wodę, a przy tym pozwala uwolnić relatywnie większą ilość energii przy tej samej masie niż szeroko stosowane współcześnie baterie litowe. Jak wynika z najnowszego raportu Fugitive Hydrogen Emissions in a Future Hydrogen Economy opracowanego przez Frazer-Nash Consultancy na zlecenie władz Wielkiej Brytanii, trafiający bezpośrednio do atmosfery wodór może wchodzić w interakcje z innymi gazami i potęgować zjawisko globalnego ocieplenia [7].
Kolory wodoru
Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla informuje, że wodór jest obecnie podzielony na trzy kategorie: szary, niebieski i zielony [8]. Wodór zielony jest uważany za najbardziej pożądany z punktu widzenia energetyki i transportu bezemisyjnego, ponieważ jest on produkowany przez procesy wykorzystujące energię z odnawialnych źródeł energii, takich jak elektroliza wody. Wodór szary, obecnie najczęściej wykorzystywany w Polsce, powstaje metodą produkcji, podczas której obecne są paliwa kopalne, co w konsekwencji prowadzi do bardzo wysokiej emisyjności (powyżej 9 kg CO2/kg H2). Często modyfikuje się tą procedurę o dodatkowe wychwytywanie CO2, co częściowo ogranicza emisyjność – do oznaczania takiego wodoru używa się koloru niebieskiego. Ponadto, w terminologii popularno-naukowej pojawiają się także takie określenia jak wodór turkusowy – otrzymany podczas pirolizy metanu albo w procesie przetwarzania odpadowych tworzyw sztucznych. Metoda ta skutkuje ograniczoną emisyjnością dwutlenku węgla, natomiast nie jest ona – jak w przypadku energii „zielonej” – całkowicie bezemisyjna. Kreatywność niektórych środowisk w wymyślaniu barw nie zna końca – dla przykładu, w Holandii używa się koloru „pomarańczowego” dla określenia wodoru zielonego, który wytworzono w całości z energii pochodzącej z holenderskich elektrowni fotowoltaicznych i wiatrowych [9]. W przypadku wodoru wyprodukowanego za pomocą energii pochodzącej z elektrowni jądrowych, przyjęło się określenie koloru purpurowego.
Przedstawiciel polskich władz zauważył na międzynarodowej konferencji „One step for energy transformation, a huge leap for Central and Eastern Europe (CEE)”, że dyskusja na temat „kolorów” wodoru, która obecnie toczy się w mediach, jest interesująca, lecz również myląca. Przy podejmowaniu strategicznych decyzji nie należy kierować się „kolorami”, a raczej poziomem emisji dwutlenku węgla, który powstaje podczas procesu produkcji wodoru, zauważył zarazem, że wodór ma duży potencjał w transformacji energetycznej Polski i Europy, szczególnie w kontekście obiecujących technologii, które pozwalają na ograniczenie emisji gazów cieplarnianych w poszczególnych zastosowaniach końcowych [10].
Wodór w prawie polskim
Kwestia unormowań prawnych związanych z energetyką wodorową dotyczy między innymi regulacji statusu pojazdów napędzanych tym pierwiastkiem. Zgodnie z ustawą z dnia 11 stycznia 2018 r. o elektromobilności i paliwach alternatywnych, konkretniej z definicją „paliwa alternatywnego” zawartą w art. 2 pkt 11, za paliwa alternatywne rozumie się „energię elektryczną lub paliwa wykorzystywane do napędu silników:
a)pojazdów silnikowych w rozumieniu art. 2 pkt 32 ustawy z dnia 20 czerwca 1997 r. – Prawo o ruchu drogowym,
b)pojazdów szynowych
c)jednostek pływających
– stanowiące substytut dla paliw pochodzących z ropy naftowej lub otrzymywanych w procesach jej przetwórstwa, w szczególności wodór, biopaliwa ciekłe, paliwa syntetyczne i parafinowe, sprężony gaz ziemny (CNG), w tym pochodzący z biometanu, skroplony gaz ziemny (LNG), w tym pochodzący z biometanu, lub gaz płynny (LPG)”.
Ponadto, wyżej wymieniona ustawa definiuje także w art. 2 pkt 15 pojęcie „pojazdu napędzanego wodorem” jako pojazd silnikowy w rozumieniu art. 2 pkt 32 ustawy z dnia 20 czerwca 1997 r. – Prawo o ruchu drogowym, pojazd szynowy lub jednostkę pływającą, wykorzystujące do napędu energię elektryczną wytworzoną z wodoru w zainstalowanych w nich ogniwach paliwowych” oraz termin „stacja wodoru” jako zespół urządzeń, w tym punkt tankowania wodoru wraz z niezbędną infrastrukturą pomocniczą oraz zbiornikami magazynowymi, służący do tankowania wodoru. Powyższe wspomaga szereg innych definicji, również posługujących się prawnoadministracyjną metodą regulacji. Ustawodawca unormował m.in. rodzaje badań technicznych stacji wodoru, które przeprowadzane są przez Urząd Dozoru Technicznego. Zgodnie z art. 29c ust. 1 wspomnianej ustawy, stacje wodoru, w zakresie ich bezpiecznej eksploatacji, naprawy i modernizacji, podlegają badaniom technicznym przeprowadzanym przez UDT albo, w przypadku gdy są zainstalowane na obszarach kolejowych, bocznicach kolejowych, na terenie portów i przystani morskich oraz żeglugi śródlądowej, przez TDT. Stosownie do ust. 2 w tym artykule, powyższe badanie przeprowadza się przed oddaniem do eksploatacji stacji wodoru oraz w przypadku jej naprawy lub modernizacji (z wyłączeniem naprawy wynikającej z instrukcji eksploatacji opracowanej przez producenta lub jego upoważnionego przedstawiciela).
Z omawianej perspektywy wodoru jako paliwa, istotne są przepisy ustawy z dnia 25 sierpnia 2006 r. o systemie monitorowania i kontrolowania jakości paliw, będącej częściowym wdrożeniem dyrektyw unijnych. Już w art. 2 ustawa wymienia wodór jako pierwiastek będący jednym z definiensów paliwa. Skutki takiego unormowania przekładają się na istotne znaczenie całego wspomnianego aktu normatywnego dla statusu prawnego wodoru. Ustawa jednak, na potrzeby właściwego rozumienia przepisów, wprowadza osobną, ścisłą definicję wodoru, która pomimo niezgodności z naukami chemicznymi, ma na celu zachowanie właściwego porządku normatywnego. Zgodnie z art. 2 pkt 10a, ustawowym „wodorem” jest wyłącznie wodór „przeznaczony do napędu pojazdu wykorzystującego energię elektryczną wytworzoną z wodoru w zainstalowanych w nim ogniwach paliwowych, oznaczony kodem CN 2804 10 00”.
Podsumowanie
Choć ludzkość przez długie dekady wiązała wielkie nadzieje z rozwojem paliw alternatywnych, w tym przede wszystkim energetyki wodorowej, nie sposób nie odnieść wrażenia, że poglądy doktryny w tym zakresie wcale nie są jednoznaczne [11]. Nowe badania wykazują, że nawet zielony wodór wytworzony w sposób czysty, bezemisyjny, może powodować – przy jego zbyt szerokiej popularyzacji – liczne niebezpieczeństwa dla atmosfery, klimatu i środowiska naturalnego. Wobec tego nasuwają się pytania o możliwości stosowania wodoru jako paliwa alternatywnego w kontekście dziedzin wyspecjalizowanych, niekoniecznie jako zamiennik dla paliw wykorzystywanych w autach osobowych. Mając na uwadze ochronę środowiska naturalnego i postępującą „zieloną transformację”, warto pomyśleć o tym, na ile główną przyczyną zapóźnień są ograniczenia technologiczne, a na ile przyzwyczajenia i nawyki społeczne.
dr Maciej Szmigiero, radca prawny
współpraca: Aleksander Horyń, student IV roku na Wydziale Prawa i Administracji Uniwersytetu Warszawskiego
[1] https://poland.representation.ec.europa.eu/news/walka-z-kryzysem-energetycznym-2022-10-07_pl
[2] https://wynalazki.andrej.edu.pl/wynalazcy/57-r/996-rivaz
[3] https://kapitalpolski.pl/wykorzystanie-wodoru-w-gospodarce/
[4] J.G. Verne, Tajemnicza wyspa, Warszawa 2018
[5] M.Graff, Wodór jako paliwo – zalety i wady, TTS Technika Transportu Szynowego, R 27, nr 5-6, Radom 2020, s. 16-28
[6] https://naukawpolsce.pl/aktualnosci/news%2C358619%2Cwodor-moze-byc-niebezpieczny-dla-klimatu.html
[7] https://www.gov.uk/government/publications/fugitive-hydrogen-emissions-in-a-future-hydrogen-economy
[8] https://www.teraz-srodowisko.pl/aktualnosci/wodor-kolor-strategia-wodorowa-analiza-Forum-Energii-9934.html
[9] https://www.gramwzielone.pl/energia-sloneczna/105688/holendrzy-wyprodukuja-wodor-z-pomoca-fotowoltaiki
[10] https://laboratoryjnie.pl/2021/02/14/ministrowie-klimatu-i-srodowiska-podczas-konferencji-wodorowej/
[11] https://knaufautomotive.com/pl/zalety-i-wady-paliwa-wodorowego-do-samochodu/
ŹRÓDŁA:
– akty prawne:
- Ustawa z dnia 11 stycznia 2018 r. o elektromobilności i paliwach alternatywnych (Dz. U. z 2022 poz. 1083 z późń. zm.)
- Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o systemie monitorowania i kontrolowania jakości paliw (Dz.U. z 2022 poz. 1315 z późń. zm.)
- Ustawa z dnia 20 czerwca 1997 r. – Prawo o ruchu drogowy. (Dz. U. z 2022 poz. 988 z późń. zm.)
– inne:
- Chmielniak T., Energetyka wodorowa, Warszawa 2020,
- Dorociak M., Maciej Tomecki, Wodór. Paliwo przyszłości, Warszawa 2019,
- Surygała J., Wodór jako paliwo, Warszawa 2007.
