Ślad węglowy wodoru z gazu, elektrolizy i biometanu: porównanie i progi UE

Ślad węglowy wodoru zależy od sposobu jego wytworzenia i może się różnić o rząd wielkości: wodór z reformingu gazu ziemnego bez wychwytu CO₂ emituje około 9–10 kg CO₂ na kg H₂, z wychwytem – kilka razy mniej, elektroliza zasilana prądem z sieci o dużej emisyjności może dać nawet ponad 30 kg CO₂/kg H₂, a wodór z biometanu z gnojowicy może mieć wartości bliskie zera lub ujemne. W prawie UE dla wodoru odnawialnego niebiologicznego (RFNBO) i wodoru niskoemisyjnego obowiązuje próg 70% redukcji emisji względem paliwa kopalnego odniesienia 94 gCO₂e/MJ, czyli 28,2 gCO₂e/MJ, co odpowiada około 3,38 kg CO₂e/kg H₂.

Przeliczenie jednostek

Wartość opałowa wodoru to 120 MJ/kg. Zatem 1 gCO₂e/MJ odpowiada 0,12 kg CO₂e/kg H₂. Próg 28,2 gCO₂e/MJ to 3,38 kg CO₂e/kg H₂. Paliwo odniesienia 94 gCO₂e/MJ odpowiada 11,3 kg CO₂e/kg H₂.

Porównanie ścieżek (przykłady obliczeniowe)

Dla reformingu biometanu przyjęto, że wyznacznikiem jest intensywność emisji biometanu (zawiera już emisje łańcucha); CO₂ z reformingu jest biogeniczny. Dodatkowe emisje z energii pomocniczej mogą podnosić wynik. Wartości w tabeli są ilustracyjne.

Dlaczego sieć węglowa niszczy bilans elektrolizy

Elektroliza zużywa ok. 52 kWh/kg H₂. Przy intensywności sieci 0,6 tCO₂/MWh daje to 31 kg CO₂ na kg wodoru – prawie trzykrotnie więcej niż reforming gazu. Dlatego prawo UE wymaga dla RFNBO dodatkowości i korelacji czasowej oraz geograficznej, aby wodór był wytwarzany z rzeczywiście dodatkowej energii odnawialnej, a nie z energii, która pochodzi z istniejącego miksu.

Wodór z biomasy w regulacjach

Wodór wytworzony z biomasy (reforming biometanu, zgazowanie) podlega kryteriom zrównoważoności i redukcji emisji GHG dla paliw z biomasy. Dla biopaliw w transporcie z instalacji uruchomionych po 2020 r. wymagana redukcja wynosi co najmniej 65% względem 94 gCO₂e/MJ, czyli maksymalnie 32,9 gCO₂e/MJ (ok. 3,95 kg CO₂e/kg H₂). Dokładne wymagania zależą od zastosowania i aktualnej wersji przepisów. Wodór niskoemisyjny z paliw kopalnych z wychwytem CO₂ ma osobną metodykę obliczeń (z uwzględnieniem wycieków metanu i efektywności wychwytu).

Rola wycieków metanu

Przy reformingu gazu kopalnego wycieki metanu w łańcuchu dostaw mogą istotnie podnieść ślad wodoru. Jeśli np. przyjmiemy łańcuch z intensywnością 15 gCO₂e/MJ gazu, a zużycie gazu wynosi 170 MJ/kg H₂, dodatkowe emisje to 2,55 kg CO₂e/kg H₂ – niemal tyle, ile wynosi cały próg 3,38. To tłumaczy znaczenie rozporządzenia metanowego i kontroli strat metanu.

Przykład: wodór z biometanu a próg UE

Biometan o intensywności 25 gCO₂e/MJ daje wodór o 170 × 25 = 4250 g, czyli 4,25 kg CO₂e/kg H₂ – powyżej progu 3,38. Aby zmieścić się w progu, biometan musi mieć intensywność poniżej około 20 gCO₂e/MJ (3,38/0,170 = 19,9). To wymaga zamkniętego pofermentu, niskiego poślizgu metanu i dobrej logistyki, a najłatwiej osiągnąć to przy gnojowicy i odpadach.

Wnioski

1. Ślad wodoru nie wynika z „koloru”, lecz z danych: źródła energii, strat metanu i wychwytu CO₂.
2. Elektroliza jest czysta tylko wtedy, gdy prąd jest czysty.
3. Biometan z odpadów i gnojowicy może być surowcem do wodoru o niskim lub ujemnym śladzie.
4. Przy ocenie projektów żądaj bilansu z podaniem granic systemu i metodyki.

Podsumowanie

Porównania śladu węglowego wodoru wymagają spójnych jednostek i jawnych założeń. Wodór z biometanu może spełniać wymagania UE, jeśli biometan ma niski ślad, ale decydują szczegóły łańcucha produkcyjnego.