W ostatnich latach znacznie wzrosła koncentracja na wodorze ze względu na kluczową rolę, jaką może on odegrać w globalnej transformacji energetycznej i drodze do zerowego zużycia energii netto.
W ciągu ostatnich pięciu lat poszczególne kraje i kontynenty na całym świecie wdrożyły inicjatywy i strategie na rzecz przyjęcia wodoru. Należą do nich Japonia, Chiny, Indie, Afryka, UE, Wielka Brytania i USA. W Wielkiej Brytanii w "The Ten Point Plan for a Green Industrial Revolution" (2020) zobowiązano się do zainwestowania do pół miliarda funtów w nowe technologie wodorowe.
Chociaż w ostatnich latach wodór znalazł się w centrum uwagi, ma on długą historię jako źródło energii, tradycyjnie wykorzystywany jako składnik paliwa rakietowego oraz w turbinach gazowych do produkcji energii elektrycznej.
Jak w przypadku każdego gazu, zdrowie i bezpieczeństwo jest kluczową kwestią na wszystkich etapach łańcucha wartości wodoru, od produkcji i przechowywania do dystrybucji i użytkowania. Technologia czujników MPS™ (molecular property spectrometer) firmy Crowcon oferuje najlepsze rozwiązanie do wykrywania wodoru. Wymagając ograniczonej konserwacji i zerowej kalibracji przez pięć lat, wraz z eliminacją zatrucia czujnika, wady tradycyjnej technologii detekcji są eliminowane przez MPS.
Gazowy wodór jest produkowany przy użyciu wielu różnych źródeł energii. Różne metody produkcji wodoru prowadzą do różnych poziomów emisji dwutlenku węgla, co oznacza, że wkład wodoru w neutralność węglową zależy w dużej mierze od sposobu jego produkcji. Wodór jest zwykle nazywany różnymi kolorami w zależności od sposobu jego produkcji.
Wodór może być przechowywany fizycznie jako gaz lub ciecz. Przechowywanie wodoru jako gazu wymaga zazwyczaj zbiorników wysokociśnieniowych (ciśnienie w zbiorniku 350-700 barów [5,000-10,000 psi]). Przechowywanie wodoru jako cieczy wymaga temperatur kriogenicznych, ponieważ temperatura wrzenia wodoru pod ciśnieniem jednej atmosfery wynosi -252,8°C.
Wodór może być również przechowywany w innych gazach, jako rozwiązanie do przechowywania średnioterminowego, np. w amoniaku. Amoniak może być skroplony w łagodnych warunkach (temperatura pokojowa, ciśnienie 8-10 barów), oznacza to, że może być przechowywany w prostym i niedrogim zbiorniku ciśnieniowym. Uważa się go również za bezpieczniejszą opcję transportową niż wodór, ponieważ, choć jest toksyczny, jego zapach można wykryć przy niskich poziomach. Amoniak ma również niższy zakres palności niż wodór i jest uważany za niepalny podczas transportu, podczas gdy wodór pali się niewidzialnym płomieniem.
Wodór jest rozprowadzany z miejsca produkcji do miejsca użytkowania rurociągami, drogami w kriogenicznych ciekłych cysternach lub gazowych naczepach rurowych, lub w skali międzynarodowej drogą morską. Rurociągi są wykorzystywane w regionach o znacznym (setki ton dziennie) długoterminowym zapotrzebowaniu.
Transport drogowy wodoru jest stosowany, gdy przypadek użycia wymaga określonej ilości wodoru ciekłego w krótszym okresie czasu. Może to być sposób na produkcję energii lub wykorzystanie w stacji tankowania wodoru. Kraje produkujące wodór zazwyczaj transportują go do innych krajów zgłaszających zapotrzebowanie na ten gaz za pośrednictwem statków.
Należy zauważyć, że obecnie wodór jest przesyłany tylko na krótkie trasy, a zamiast tego jest zamieniany na amoniak na trasy średnie i długie. Dzieje się tak dlatego, że amoniak jest lepszym nośnikiem wodoru, a ponadto istnieje już duża ilość istniejącej infrastruktury i przepisów prawnych wspierających ruch amoniaku.
Przemysłowe zastosowania wodoru stanowią obecnie większość, ponieważ jest on szeroko wykorzystywany w produkcji materiałów takich jak cement, stal i szkło.
Wraz z rosnącą rolą wodoru w globalnej transformacji energetycznej, prawdopodobnie wzrosną inne jego zastosowania.
Energia wodorowa i ogrzewanie wodorowe
Wodorowe ogniwa paliwowe wykorzystują energię chemiczną wodoru do wytwarzania energii elektrycznej.
Wodór może być również używany do ogrzewania naszych domów i firm. Chociaż przejście na 100% wodór nie jest obecnie realne, rząd brytyjski zamierza usankcjonować mieszanie wodoru w 2023 roku i możemy zobaczyć Wielką Brytanię używającą 20% mieszanki do 2027 roku.
Pojazdy wodorowe
Wodorowe ogniwa paliwowe mogą być również wykorzystywane do zasilania pojazdów, a autobusy napędzane wodorem są już używane na całym świecie.
Trzy kluczowe kolory wodoru to zielony, niebieski i szary.
Wodór szary to wodór produkowany przy użyciu paliw kopalnych, takich jak gaz ziemny, i jest to najczęściej produkowana forma wodoru w dzisiejszym świecie.
Niebieski wodór jest produkowany w taki sam sposób jak wodór szary. W przeciwieństwie do wodoru szarego, wytwarzane gazy cieplarniane są wychwytywane w procesie wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS), dlatego wodór niebieski jest uważany za neutralną pod względem emisji dwutlenku węgla formę wodoru.
Zielony wodór jest uważany za najczystszą formę wodoru i jest produkowany przy użyciu energii elektrycznej do zasilania elektrolizera, który oddziela wodór od cząsteczki wody, wytwarzając tlen jako produkt uboczny. Nadmiar energii elektrycznej może być wykorzystany w procesie elektrolizy do wytworzenia wodoru gazowego, który może być przechowywany na przyszłość.
Technologia czujników MPS™ (molecular property spectrometer) firmy Crowcon oferuje najlepsze rozwiązanie do wykrywania wodoru. Wymagając zredukowanej konserwacji i zerowej kalibracji przez pięć lat oraz eliminując zatrucie czujnika, MPS eliminuje wady tradycyjnej technologii detekcji. Poza zwiększeniem bezpieczeństwa w obszarach, w których gazy palne stanowią zagrożenie, technologia MPS™ generuje znaczne oszczędności w zakresie całkowitego kosztu posiadania, a zmniejszona interakcja z urządzeniem zmniejsza ryzyko zawodowe dla operatorów.
Przy obchodzeniu się z wodorem, jak z każdym gazem, najważniejsze jest zdrowie i bezpieczeństwo. Wodór ma szeroki zakres palności (4%-74% obj. w powietrzu), więc nawet niewielkie ilości H2 mogą powodować eksplozje po zmieszaniu z powietrzem atmosferycznym. Wystarczy iskra elektryczności statycznej z palca człowieka, aby wywołać eksplozję w obecności wodoru, a w wielu miejscach, w których stosuje się wodór, zapłon iskry z komponentów elektrycznych lub czynności konserwacyjnych jest stale obecnym ryzykiem.
Wodór jest nietoksyczny, ale w środowiskach wewnętrznych, takich jak magazyny akumulatorów, może się gromadzić i powodować uduszenie poprzez wypieranie tlenu. W stosach ogniw paliwowych wodór jest podatny na wycieki z uszczelek znajdujących się na połączeniach procesowych w pobliżu butli do przechowywaniaH2 .
Innym problemem związanym z palnością wodoru i jego wykrywaniem jest fakt, że płomienie wodoru mają bladoniebieski kolor i są prawie niewidoczne dla ludzkiego oka. Płomienie wodoru emitują również słabe promieniowanie cieplne, więc ludzie mogą nie odczuwać tego ciepła, dopóki nie znajdą się bardzo blisko płomienia. Dlatego detektory płomienia są stosowane jako uzupełnienie punktowych detektorów gazu, ponieważ obejmują swoim zasięgiem duży obszar. Płomień wodoru można wykrywać za pomocą wielospektralnych detektorów podczerwieni.
Zagrożenia te występują w całym łańcuchu wartości wodoru, od produkcji i magazynowania do dystrybucji i wykorzystania, a wykrywanie gazu stanowi pierwszą linię obrony przed wyciekami wodoru.
Podczas gdy istnieje szereg przepisów dotyczących gazów w ogólności, brakuje przepisów odnoszących się konkretnie do wodoru.
W Wielkiej Brytanii Urząd ds. Rynku Gazu i Energii Elektrycznej (Ofgem) reguluje rynek gazu i wymaga, aby każdy, kto zajmuje się dostawą, wysyłką lub transportem gazu, posiadał na to licencję na mocy ustawy Gas Act.
Istnieje również szereg przepisów dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy, które odnoszą się do wodoru, w tym Gas Safety (Management) Regulations, Pipeline Safety Regulations, Hazardous Substance Regulations oraz Dangerous Substances and Explosive Atmosphere Regulations.
Norma ISO 22734-1:2019 określa, że system wykrywania gazu wodorowego, który inicjuje wentylację przy wodorze 0,4%v/v (100%LEL) musi być zainstalowany w pobliżu generatora wodoru.
