Wytwarzanie wodoru z zasilaczami wysokonapięciowymi MEAN WELL

Dlaczego zielony wodór to przyszłość? Poznaj jego zastosowania i metody produkcji wodoru na skalę przemysłową.

Ograniczenie emisji dwutlenku węgla, odejście od paliw kopalnych (gaz, węgiel) i zwrot w stronę odnawialnych źródeł energii to trend, który widzimy na całym świecie. Mało kto jednak zdaje sobie sprawę, że Polska może odegrać kluczową rolę i zamiast korzystania z paliw kopalnych, czerpać zyski ze źródeł, jakimi są wodór i tlen.

Przyjrzyjmy się tajemnicom wytwarzania wodoru w procesie elektrolizy wody i odpowiedzmy na kluczowe pytanie: jak to robić?

---

Szary, niebieski, zielony: wiele kolorów wodoru

Wodór wodorowi nierówny, stąd jego podział. Mimo, że to gaz bezwonny i bezbarwny, umownie przyjmuje się, że w zależności od procesu produkcyjnego i kosztach tego procesu dla środowiska (dwutlenek węgla!) wyróżnia się kilka jego kolorów:

• wodór czarny i brązowy - najmniej ekologiczne rozwiązania powstające z nieodnawialnych źródeł energii (odpowiednio z węgla kamiennego i węgla brunatnego).

• szary wodór - powstający w procesie określanym jako reforming parowy węglowodorów. Mimo, że jest bardziej ekologiczny od wymienionych wcześniej produktów, wodór szary wciąż charakteryzuje go wysoka emisyjność, nawet na poziomie 9-12 kg CO2/kg H2.

• turkusowowy wodór - otrzymywany w procesie pirolizy gazu ziemnego. Ta metoda jest relatywnie młoda i o tyle ciekawa, że jej produktem ubocznym jest węgiel w postaci stałej, co niweluje konieczność wychwytywania dwutlenku węgla.

• niebieski wodór - nadal produkowany z paliw kopalnych, ale jednocześnie bardziej przyjazny środowisku. W tej metodzie mamy do czynienia z odzyskaniem dwutlenku węgla, czyniąc ten samym finalny produkt bardziej ekologicznym.

• różowy wodór - tu po raz pierwszy mamy do czynienia z produkcją wodoru dzięki użyciu elektrolizy. W tym wypadku źródło zasilania stanowi energia jądrowa.

• zielony wodór - ten kolor jest kluczowy i jednocześnie najbardziej pożądany. Zielony wodór jest pozyskiwany jest w procesie elektrolizy wody. Jest tym samym paliwem zeroemisyjnym. Na chwilę obecną wydajność tej metody wynosi 50%-70%, ale badania nad jej optymalizacją trwają cały czas.

---

Produkcja wodoru w Polsce: jest potencjał, trzeba działać już teraz!

Najpierw zaskoczenie: Polska jest trzecim w Europie i piątym na świecie producentem szarego wodoru. Patrząc na trend związany z dekarbonizacją i zeroemisyjnością oraz politykę UE już teraz warto szukać sposobów na maksymalizację produkcji wodoru. Dodajmy, najlepiej tego zielonego.

Aktualnie wodór to zaledwie 2% koszyka energetycznego w krajach Wspólnoty Europejskiej. Wodór elektrolityczny stanowił z kolei 2% ze wspomnianych 2%... Plany są jednak takie, by jego produkcja znacznie wzrosła. UE zakłada, że zredukuje emisję dwutlenku węgla aż o 55% do roku 2030, a w roku 2050 stanie się całkowicie bezemisyjnym obszarem.

---

Możliwości są ogromne

Jednocześnie zastosowania wodoru są wyjątkowo atrakcyjne. Używa się go w przemyśle chemicznym i petrochemicznym, spożywczym, a nawet jubilerskim.

Już teraz coraz głośniej mówi się o rewolucji, jaka dokona się w transporcie dzięki zielonemu wodorowi. Mowa tu zarówno o osobowych autach, zasilanych tym paliwem ze źródeł odnawialnych, jak i o transporcie długodystansowym: kolei, ciężarówkach, itd. Rachunek zysków jest ogromny, bo wodór to:
- rezygnacja z dużych akumulatorów bateryjnych,
- całkowita bezemisyjność,
- krótki czas tankowania.

Kolejnym sektorem, który doświadczy wodorowej rewolucji będzie energetyka. Tu wspomnijmy tylko o tym, że wodór może być magazynowany bez problemów, jakie generuje prąd elektryczny. To z kolei wpłynie na branże ciepłowniczą. Już teraz istnieją rozwiązania, pozwalające na ogrzewanie budynków wyłącznie przy użyciu wodoru i czystego tlenu (w tym momencie raz na zawsze pożegnamy metan czy inny gaz ziemny oraz węgiel stały). Takie kotłownie wodorowe mogą działać lokalnie, rozwiązując skutecznie dotychczasowe znane ze świata konwencjonalnej energii elektrycznej.

A zatem wniosek jest prosty - Polska już teraz powinna myśleć o tym, jak na szeroką skalę produkować wodór zielony.

---

Elektroliza wody: kluczowy proces w zielonej produkcji wodoru

Proces wygląda bardzo prosto, przynajmniej na papierze. Dwie elektrody umieszczone w zbiorniku z wodą i zasilane prądem prowadzą do następujących reakcji:

katoda: 2H2O + 2eˉ → H2 + 2OHˉ

anoda: 2H2O → O2 + 4H+ +4eˉ

Tym samym otrzymujemy gaz, w formie cząsteczkowego tlenu oraz jony wodoru i elektrony. Następnie aniony OH– łączą się z kationami H+. Przy odpowiednim bilansie (ilości elektronów i jonów) cały proces zamyka się w równaniu:

2H2O → 2H2 + O2

Finalnie otrzymujemy czysty wodór i tlen.

---

Rola zasilaczy MEAN WELL w produkcji wodoru

Zacznijmy od wyzwania: wytwarzanie wodoru w procesie elektrolizy wody wymaga bardzo dużej energii. Aby mu sprostać potrzebujemy zasilaczy o dużej mocy i wydajności prądowej.

Zasilacze marki MEAN WELL wyróżniają się elastycznością. Istnieje wiele wersji napięciowych, zapewniających dopasowanie do różnorodnych wymagań rynkowych. Dostępne są opcje programowania napięcia wyjściowego oraz prądu wyjściowego, co umożliwia użytkownikom dostosowanie funkcjonalności zasilaczy poprzez zewnętrzny interfejs komunikacyjny.

Firma zaimplementowała szeroki wachlarz modułowych oraz systemowych rozwiązań zasilających AC-DC i 3+N dla sektora elektrolizy wodorowej, oferując produkty o mocy do 510 kW które umożliwiają dalsze przetwarzanie energii z ogniw wodorowych. W ofercie znajdują się również:

• zasilacze DC-DC o mocy do 2 kW,

• dwukierunkowe zasilacze AC-DC zdolne do dostarczania do 220 kW,

• inwertery DC-AC, które mogą oferować do 90 kW mocy dla aplikacji z ogniwami paliwowymi.

MEAN WELL kontynuuje rozwój swojej oferty, dostarczając zaawansowane rozwiązania zasilające spełniające rosnące wymagania klientów w obszarze elektrolizy wodorowej, ogniw paliwowych oraz odnawialnych źródeł energii.

 

---

Case study: zasilacze MEAN WELL w produkcji wodoru 

Przyjrzyjmy się konkretnemu rozwiązaniu. Zasilacz MEAN WELL RST-10000-48 został użyty w instalacji do wytwarzania wodoru poprzez elektrolizę wody,  jako źródło zasilania stałoprądowego dla elektrod w elektrolizerach.

Molekuły wody poddawane są procesom elektrochemicznym, które prowadzą do ich rozdzielenia na wodór i tlen. Wydajność produkcji wodoru jest bezpośrednio zależna od mocy dostarczanej przez zasilacz.

Więcej informacji znajdziesz na stronie https://www.meanwell.com/newsInfo.aspx?c=5&i=1095

---

Przyszłość rynku wodoru 

Aktualnie energia elektryczna z wodoru to zaledwie 0,2% w skali całej światowej produkcji. Sytuacja jest jednak wyjątkowo dynamiczna. Wg raportu Bain&Company rynek wodoru będzie rozwijał się bardzo szybko i ma szansę na bycie silnym elementem w nadchodzącym mixie związanym z energią elektryczną. Jednocześnie musimy pamiętać o Europejskim Zielonym Ładzie i tym, że to wodór odegra w nim kluczowe znaczenie.

To z resztą nie tylko kwestia planów. Rewolucja dzieje się już teraz na naszych oczach. Spójrzmy na kilka przykładów.

• Globalny potentat ArcelorMittal zamierza przeprowadzić modernizację dwóch swoich hut w Niemczech, aby umożliwić rozpoczęcie produkcji stali bez emisji szkodliwych gazów.

• Podobnie, w Szwecji, firma H2 Green Steel planuje uruchomienie produkcji stali wykorzystującej jako paliwo wodór.

• W Belgii, projekt North-C-Methanol będzie korzystał z zielonego wodoru do wytwarzania metanolu.

A co z naszym polskim podwórkiem? Wnioski z ostatniej konferencji HYDROGENCONFERENCE.PL są dość optymistyczne.

Prognozowany wzrost zapotrzebowania na wodór w przemyśle rafineryjnym i chemicznym w Polsce do 2030 r.:

• Bazowy scenariusz: około 190 000 ton wodoru.

• Rozszerzony scenariusz: do 211 000 ton wodoru.

• Oczekiwane zapotrzebowanie na wodór w sektorze transportowym w 2030 r.:

  • Bazowy scenariusz: blisko 6 900 ton wodoru.

  • Rozszerzony scenariusz: do 22 000 ton wodoru.

• Łączne przewidywane zapotrzebowanie na wodór w 2030 r.:

  • Bazowy scenariusz: około 223 000 ton wodoru.

  • Rozszerzony scenariusz: do 245 000 ton wodoru.

---

Podsumowanie 

Skoro już wiemy, że zielony wodór to przyszłość, wiemy jak może być produkowany i jaką rolę odegra na rynku energii elektrycznej, czas na konkret. Aktualnie na świecie produkuje się 115 000 000 ton wodoru. Zielony i niebieski wodór to zaledwie 1% tej sumy. Jednocześnie kierunek "zeroemisyjność" jest nieunikniony.

W zielonym wyścigu wygra ten, kto nie tylko będzie w stanie efektywnie produkować wodór, ale robić to w sposób jak najbardziej ekologiczny, np. przy użyciu elektrolizy. Tu z kolei konieczne jest odpowiednie zaplecze techniczne. Przykładem są rozwiązania MEAN WELL wysokiej mocy, które potrafią sprostać wymogom produkcyjnym zielonego wodoru

---

Porozmawiajmy o rozwiązaniu dla Twojej firmy

Elmark Automatyka jest autoryzowanym dystrybutorem urządzeń MEAN WELL. Działamy w modelu VAD, co oznacza, że poza dostępnymi od ręki rozwiązaniami gwarantujemy Ci:

• wsparcie na każdym etapie (lubimy dzielić się naszą wiedzą i doradzać!),
• własny autoryzowany serwis,
• pomoc w minimalizacji ryzyka z inwestycji.

Skontaktuj się z nami:
zasilacze@elmark.com.pl
22 54 18 460