Ekologiczne paliwo wodorowe ze ścieków? To może być przyszłość
Opublikowano: 14 września 2022

Postępujące zagrożenia klimatyczne i wyzwania stojące przed bezpieczeństwem energetycznym przyczyniają się do opracowywania nowych technologii wodorowych. 96% światowej produkcji wodoru przypada na proces wykorzystujący m.in. paliwa kopalne. Najbardziej pożądane jest wytworzenie całkowicie ekologicznego, zielonego wodoru. Od kilku lat we wiodących ośrodkach naukowych opracowuje się technologię wytwarzania wodoru z biomasy i ścieków. Czy ma ona szansę zrewolucjonizować sektor produkcji wodoru ekologicznego?

Ekologiczne paliwo wodorowe to przyszłość

Rynek zielonego wodoru w 2020 roku wyceniany był na ponad 750 mln dolarów, a do 2026 roku wartość ta ma być dwukrotnie wyższa. W związku z coraz większą podażą szacuje się również spadki cen wodoru – z 3 – 12 USD / kg obecnie do nawet 2 – 3 USD / kg. Zmiany te wynikają z popytu napędzanego przez nowe strategie ekologiczne – i idące wraz z nimi dofinansowania – w państwach zachodnich, państwach UE, ale także Stanach Zjednoczonych, Australii czy Zjednoczonych Emiratach Arabskich.

Ekologiczny wodór wytwarzany jest bez wykorzystywania paliw kopalnych tak, aby rezultatem procesu nie była emisja CO₂. Główną metodą produkcyjną jest elektroliza wody. Wykorzystuje się więc przede wszystkim wodę i energię elektryczną, jednak ta – zgodnie z wymogami definicyjnym eko wodoru – musi pochodzić z odnawialnych źródeł energii.

Novum jest jednak technologia wykorzystująca… ścieki. Skuteczne zastosowanie produktów oczyszczalni ścieków umożliwi walkę z dwoma problemami jednocześnie: brakiem wydajności gospodarki odpadowej oraz niskim bezpieczeństwem energetycznym.

Jak pozyskać wodór ze ścieków?

Nowe technologie wytwarzania zielonego wodoru ze ścieków są bardzo obiecujące. Główną zaletą jest dostępność ścieków, jednak przy opracowywaniu konkretnej metody naukowcy muszą brać pod uwagę ograniczenia w emisyjności. W przeciwnym razie pozyskiwane paliwo nie będzie miało statusu ekologicznego. Szukając dwóch kluczowych metod pozyskiwania zielonego wodoru, warto zwrócić uwagę na reforming parowy oraz

Reformacja gazowa

Technologie elektrolizerów są odpowiednie do produkcji zielonego wodoru ze ścieków. Oczyszczanie ścieków to wieloetapowy proces, który przebiega między innymi przy wykorzystaniu fermentacji beztlenowej. W jej wyniku uzyskuje się uzdatnioną wodę oraz gazy (m.in. gaz ziemny i metan). Surowce te mogą być ponownie wykorzystane, ale w ekologiczny sposób. Od strony chemicznej reforming parowy to proces, w którym z metanu i wody można otrzymać tlenek węgla i wodór. Reformacja jest ekonomiczną metodą pozyskania czystego wodoru, jednak tylko wtedy, gdy stosowana jest energia elektryczna z OZE, a pozostałe wyniki reakcji wykorzystywane lub utylizowane są w sposób ekologiczny. Ze względu na to, że w oczyszczalniach zachodzą już procesy uzdatniania, zaletą tego rodzaju produkcji wodoru będą mniejsze ograniczenia finansowe, planistyczne i infrastrukturalne.

Zabawy z plazmą

Innowacyjną technologią rozwijaną od 2018 roku jest opracowana przez niemiecką spółkę Graforce Hydro GmbH technika elektrolizy plazmowej (Graforce Wastewater Plasmalyzer) Firma z Berlina zastosowała metodę wytwarzania wodoru ze ścieków przemysłowych, która jest całkowicie ekologiczna. Chociaż proces ten jest chroniony patentem, z ogólnodostępnych informacji wiadomo, że technologia Graforce Wastewater Plasmalyzer wykorzystuje generowane napięcie wysokiej częstotliwości i plazmę do podziału związków zawartych w odpadach, takich jak mocznik, węgiel, azot i azotany, a następnie do tworzenia pojedynczych atomów. W technologii tej można uzyskać – w warunkach laboratoryjnych, lecz na dużą skalę – węgiel, azot, tlen i oczywiście wodów.

W porównaniu do elektrolizy klasycznej metoda ta zużywa więcej energii elektrcznej – do 20 kWh na 1 kg wodoru. Niemniej jednak stanowić ona może istotne wsparcie dla gospodarki odpadowej. Instalacja w oczyszczalni  Waßmannsdorf w Berliner Wasserbetriebe już teraz dysponuje mocami przerobowymi wystarczającymi do przetwarzania 3000 litrów ścieków na godzinę. Warto dodać, że Graforce Hydro nad technologiami wodorowymi współpracuje między innymi z koncernem Audi.

Clostridium thermocellum

Na horyzoncie od kilku lat dostępne są też inne projekty. Proces powstawania wodoru może mieć naturę co najmniej częściowo organiczną. Naukowcy pracują nad wykorzystaniem bakterii i mikroorganizmów z grupy Clostridium thermocellum. To drobnoustroje posiadające zdolności celulolityczny i etanologenne, ale oprócz tego zdolne są do rozkładania substancji organicznych. Jednym z rezultatów rozkładu jest wytwarzanie czystego wodoru. Takie podejście jeszcze bardziej sprzyja wymaganiom zielonej energii, ponieważ do powstawania wodoru potrzebne są znikome ilości energii elektrycznej potrzebnej jedynie do zasilania infrastruktury.

Mikołaj Lisewski