Biowodór: co naprawdę oznacza i jakie są ścieżki produkcji

Biowodór to wodór pozyskiwany z biomasy, odpadów organicznych lub biogazu, a nie z elektrolizy wody ani z kopalnego gazu ziemnego. Obejmuje cztery główne ścieżki: fermentację ciemną, fotofermentację, reforming parowy biogazu lub biometanu oraz zgazowanie biomasy. Ścieżki biologiczne są wciąż głównie przedmiotem badań i pilotaży, a termochemiczne mają charakter przemysłowy, lecz dopiero są adaptowane do surowców odnawialnych. Nazwa „biowodór” nie jest oficjalną kategorią prawną; używa się jej potocznie i trzeba ją odróżniać od wodoru odnawialnego z elektrolizy.

Cztery ścieżki

Co mieści się w pojęciu, a co nie

• Wodór z elektrolizy zasilanej prądem z biogazowni to w praktyce wodór elektrolityczny. W prawie UE klasyfikuje się go według pochodzenia energii elektrycznej, a nie jako paliwo z biomasy.
• Wodór z reformingu biometanu jest paliwem z biomasy, jeśli biometan spełnia kryteria zrównoważonego rozwoju. Reforming emituje CO₂, ale biogeniczny.
• Wodór z gazu ziemnego z wychwytem CO₂ to „niskoemisyjny” wodór kopalny, nie biowodór.

Dlaczego biowodór jest interesujący

Biogazownie i biometanownie to rozproszone źródła odnawialnego surowca, a wodór ma zastosowania, których biometan nie wypełnia: przemysł chemiczny (amoniak, rafinerie), hutnictwo, część transportu. Ścieżki biologiczne mogłyby dodatkowo wykorzystywać odpady o niskiej wartości, jak serwatka czy resztki owoców. Rosnące zainteresowanie wodorem w UE wynika z celów neutralności klimatycznej.

Ograniczenia

1. Wydajność biologiczna. Teoretycznie fermentacja ciemna może dać maksymalnie 4 mole H₂ z mola glukozy (droga octanowa), w praktyce uzyskuje się znacznie mniej, bo reszta energii zostaje w kwasach organicznych.
2. Mieszanina gazów. Biogaz z fermentacji ciemnej zawiera H₂ i CO₂, a czasem CH₄ i H₂S; oczyszczenie do jakości paliwowej wymaga dodatkowych etapów.
3. Skala. Biomasa jest ograniczona i konkuruje z innymi zastosowaniami.
4. Koszt. Oczyszczanie, sprężanie i magazynowanie wodoru są kosztowne i energochłonne.

Przykład: ile wodoru z 1 m³ metanu

Reforming parowy z konwersją CO: CH₄ + 2H₂O → CO₂ + 4H₂. Teoretycznie z 1 mola metanu powstają 4 mole wodoru, czyli z 1 m³ CH₄ ok. 4 m³ H₂ (przy gęstości wodoru ok. 0,09 kg/m³ to ok. 0,36 kg H₂). W praktyce sprawność energetyczna reformingu na poziomie instalacji to zwykle kilkadziesiąt procent względem energii wsadu gazowego, zależnie od skali i integracji cieplnej. Wniosek: przekształcenie biometanu w wodór jest uzasadnione tam, gdzie wodór jest niezbędny, a nie jako ogólny sposób zagospodarowania biometanu.

Co dzieje się w UE

W lipcu 2020 r. Komisja Europejska przedstawiła strategię wodorową dla neutralnej klimatycznie Europy. Priorytetem jest wodór odnawialny z elektrolizy zasilanej OZE, a rola innych źródeł jest uzupełniająca. Dla sektora biogazowego biowodór jest więc ścieżką niszową, ale warto śledzić badania i pilotaże.

Jak oceniać doniesienia o „biowodorze”

W informacjach prasowych terminy „biowodór”, „zielony wodór” i „wodór z biogazu” bywają mieszane. Przy każdym projekcie warto zadać trzy pytania. Po pierwsze, z czego pochodzi energia i surowiec: biomasa, biogaz czy prąd z OZE? Po drugie, w jakiej skali działa instalacja (laboratorium, pilotaż, demonstracja, instalacja komercyjna) i jaka jest jej deklarowana wydajność? Po trzecie, jak liczony jest bilans emisji: czy uwzględnia sprężanie, oczyszczanie i transport wodoru oraz emisje metanu w łańcuchu biogazu? Dopiero odpowiedzi na te pytania pozwalają ocenić, czy mamy do czynienia z technologią gotową do wdrożenia, czy z obiecującym kierunkiem badań. W tym cyklu dla każdej ścieżki podajemy zatem rząd wielkości dojrzałości, a nie obietnice kosztowe.

Podsumowanie

Biowodór to zbiór technologii o różnej dojrzałości, od laboratoryjnej fermentacji po przemysłowo znany reforming. Przy ocenie ofert i projektów warto pytać o poziom gotowości technologicznej, bilans energii i emisji oraz o to, czy produkt ma realny rynek. W kolejnych wpisach omawiamy poszczególne ścieżki.