To co ma miejsce dziś, decyduje o jutrze. Rozmowa z prof. dr hab. inż. Jackiem Kijeńskim

Czy Polska jest przygotowana na wykorzystanie OZE przy wytwarzaniu energii dla przemysłu?

Na pewno nie jesteśmy przygotowani na niezwłoczne zastąpienie mineralnych źródeł i nośników energii ich odnawialnymi odpowiednikami. Radykalizacja wymagań emisyjnych zawartych w FIT for 55 jest zaskakująca i niezgodna z długofalowymi prognozami i analizami wdrażania ograniczeń obiegu węgla w atmosferze, zgodnie z którymi (np. według IRENA-International Renewable Energy Agency czy amerykańskiej Narodowej Agencji Energii) to gaz ziemny miał zostać głównym stosowanym nośnikiem energii w perspektywie najbliższych dwudziestu lat. Według agencji amerykańskiej także gaz syntezowy ze zgazowania węgla. Oczywiście przy stopniowym (ekonomika) wprowadzaniu procedury Carbon Capture and Sequestration (CCS).

Tragedia Ukrainy z ostatnich dni i rynkowe konsekwencje rosyjskiej napaści (sankcje, wywołany nimi wzrost cen, ograniczenia dostępu do nośników energii z eksportu agresora, wreszcie również analiza (niestety) strategii przebiegu działań wojennych i ich skutków dla systemów energetycznych) na długie lata zmienią projekcję realizacji celów zrównoważonego rozwoju. Jednak nie na korzyść OZE. Zagrożenie bezpieczeństwa energetycznego przemysłu i gospodarki komunalnej wymaga doraźnego powrotu do posiadanych źródeł energii, nawet kosztem wzrostu emisyjności gospodarki. Od czasów prof. Ignacego Mościckiego i min. Eugeniusza  Kwiatkowskiego wiemy przecież, że bezpieczeństwo energetyczne jest fundamentem bezpieczeństwa militarnego, a tym samym bezpieczeństwa narodowego. Oczywiście w przypadku Polski priorytetem na dziś dla gospodarki musi być szerokie wejście w popierane w UE tylko werbalnie hasło ,,czyste technologie węglowe”.

  To co ma miejsce dziś, decyduje o jutrze. Jeżeli nie zapewnimy bezpieczeństwa energetycznego dzisiejszym pokoleniom, beneficjentów częściowego oczyszczenia atmosfery z CO₂, a tym samym (domniemanego) obniżenia jej temperatury po prostu nie będzie. A zatem, walczmy o zdywersyfikowane dostawy gazu ziemnego i wdrażajmy naprawdę czyste technologie węglowe. W ich obszarze mieści się także zmiana podejścia do wykorzystania węgla brunatnego, który (podobnie jak biomasa) jest naprawdę brudnym paliwem (najmniej z powodu emisji CO_2). Przyszłość jego wykorzystania to spalanie po wstępnym odgazowaniu. Od rozwoju metod pozyskiwania energii wiatrowej i fotowoltaiki nie ma odwrotu. Dziś wobec braku sieci energetycznych oraz globalnego braku wizji rozwojowej i efektywnych metod magazynowania energii elektrycznej mogą one mieć jedynie charakter i znaczenie lokalne.

Jaką strategię powinniśmy obrać w przypadku wprowadzania OZE w większym stopniu w naszym kraju? Jak powinien wyglądać właściwie przeprowadzony proces transformacji?

Sądzę, że kierunek wytyczają europejskie strategie i projekty związane z produkcją zielonego wodoru, przede wszystkim te związane z morskimi farmami wiatrowymi (MWF), takie jak Europejska Strategia Offshorowa, zakładająca zwiększenie do 2030 roku liczby morskich farm wiatrowych do wartości trzykrotnie większej niż obecnie. Moc zainstalowana na wodach krajów Unii powinna sięgnąć wówczas 60 GW, a w roku 2050 sięgnąć 300 GW. Pierwsze projekty farm wiatrowych planowane w polskiej strefie ekonomicznej mają być oddane do użytku po 2025 roku, a Min. Gospodarki Morskiej i Żeglugi Śródlądowej szacuje potencjał polskiej części Bałtyku na rząd 14 GW. Dodać należy, że w polskiej strategii offshorowej wiodącą rolę odgrywają Lotos i Orlen. Docelowo przewiduje się budowę instalacji elektrolizerów wykorzystujących energię MFW do produkcji wodoru na odpowiednich platformach, wzorem rozwiązań ze Szkocji. To jednak chyba odległa przyszłość i wielkie koszty. Bezpośrednie wykorzystanie wodoru na morzu, a więc lokalizację in situ np. instalacji chemicznych uważam, poza skomplikowaną logistyką, za przedsięwzięcie niezwykle ryzykowne ekologicznie (także z powodu zjawisk meteorologicznych wywołanych zmianami klimatu) i kapitałochłonne. Z kolei transport wodoru rurociągami to wyzwanie ekonomiczne, według Nexanta koszt 1 km rurociągu wodorowego w warunkach lądowych sięga 1 mln USD. W strategii offshorowych farm wiatrowych należy także przedstawić uczciwy i realny bilans zniszczeń i strat wywołanych w środowisku naturalnym, dotyczących nie tylko zagrożeń populacji ptaków, ale także fauny morskiej (transmisja drgań).

Lądowe farmy wiatrowe to sprawa znacznie trudniejsza, przede wszystkim ze względu na zagrożenia i uciążliwości jakie niosą dla środowiska naturalnego i człowieka (hałas, drgania w gruncie, śmiertelność ptaków, nietoperzy, gryzoni etc.). W tym miejscu wyrażam nadzieję, że polskie regulacje prawne nie pozwolą na lokalizację farm wiatrowych w bliższej niż dotąd odległości od budynków mieszkalnych.

Jak wcześniej wspomniałem, fotowoltaika to rozwiązanie dla gospodarki komunalnej , drobnego przemysłu czy usług. Najnowocześniejsza budowana na świecie farma fotowoltaiczna w południowej Nevadzie (,,it never rains there’’, similarly as ,,in Southern California”) to projekt pokrywający 36 km²  gruntu panelami fotowoltaicznymi. Jego docelowa moc to 0,85 GW (czyli mniej więcej tyle co wcześniej planowany blok w Ostrołęce). Taka powierzchniowa wydajność mocy wydaje się nie do przyjęcia biorąc pod uwagę zapotrzebowanie energetyczne wielkiego, dużego i średniego przemysłu. Przykładowo, zużycie energii w przemyśle azotowym: około 0,1 kWh na 1 kg amoniaku wyprodukowanego w nowoczesnej, średniej wielkości instalacji produkującej powyżej 300 typ t/rok NH_3, oczywiście w ruchu ciągłym.

Funkcjonowanie wielkich farm fotowoltaicznych nie jest również obojętne dla środowiska naturalnego, obecność farmy Ivanpah na pustyni Mojave doprowadziła na przykład do masowej relokacji żółwi pustynnych. Wreszcie względy bezpieczeństwa. Przebieg tragicznej wojny, jaka dzieje się po wschodniej stronie naszej granicy nakazuje wziąć pod uwagę kruchość i nieprzewidywalność podstawowych OZE w warunkach zagrożeń.

Wobec tego, jaka strategia dla transformacji w kierunku realizacji celów FIT for 55? Dziś -doskonalenie z punktu widzenia sprawności i ograniczenia emisji procesów pozyskiwania energii z metanu, rozwój realnie efektywnych i ekonomicznie akceptowalnych metod CCS dla parowego reformingu metanu (otrzymywanie wodoru), wreszcie podjęcie (dlaczego tak późno) wyzwania jakim jest zgazowanie węgla, nigdy jednak pod ziemią.

Dziś/jutro – energetyka jądrowa, ale w wersji rozproszonej. Nie ma innego wariantu rozwiązania problemu deficytu energii w Polsce i na świecie, bez permanentnego stwarzania  zagrożeń realnych i uznaniowych dla środowiska naturalnego, a także umożliwiającego głębokie złagodzenie skutków nieuchronnego jednak wyczerpania się konwencjonalnych nośników energii. Wersja rozproszona, a więc lokalnie działające siłownie z modułowymi reaktorami (Small Modular Reactors), o niewielkim promieniu zagrożeń w razie awarii bądź uszkodzenia (warunki wojenne), zlokalizowane w miejscach największego zapotrzebowania na moc. W dalszej przyszłości, podobne reaktory w wersji torowej, wdrażane obecnie przez Canadium Deutenium Uranium. Bardziej bezpieczne, z zabezpieczonymi zasobami naturalnymi paliwa na okres znacząco dłuższy od rozszczepialnych materiałów uranowych.

Wracając jeszcze do energetyki wiatrowej i solarnych źródeł energii jako elementów strategicznej układanki rozwojowej w obszarze energetyki. Jeżeli mamy uwzględniać je jako poważne czynniki wpływające na zahamowanie degradacji, nie tylko klimatycznej, naszej planety, to poważnym warunkiem zgody  na ich (w  miarę możliwości) szerokie stosowanie musi być przedstawienie równoległej strategii utylizacji i recyklingu ich zużytych elementów i całych instalacji. Strategii, które oczywiście obejmuje bezwzględną odpowiedzialność producentów i instalatorów. Strategii realnej nie życzeniowej. Dodam tu, że dziś rozsądne rozwiązania tego problemu nie istnieją. Chciałbym również zwrócić uwagę, że zdecydowanie dominującym na świecie producentem paneli solarnych (80 %) są Chiny. Egzekwowanie od nich odpowiedzialności za poużytkowe życie produktów jest słabo wykonalne. Ponadto, przyglądając się kolapsacjom, na różnych rynkach, przede wszystkim jednak w obszarze nośników energii i surowców, wywołanym rosyjską agresją na Ukrainie i jej konsekwencjom politycznym, a także zdarzeniom z niedalekiej przeszłości (wielka nisza na zdominowanym przez Chiny rynku substancji aktywnych leków) trudno na tak nieprzewidywalnym, monopolistycznym dostawcy budować fundamenty bezpieczeństwa energetycznego.

2050 jest podany jako ten rok, w którym mamy przeskoczyć na tak zwaną zieloną energię. Czy to w ogóle jakkolwiek wykonalne?

W epokowej scenie z Casablanki mamy dialog pomiędzy Rickiem i piękną Yvonne: ,,Gdzie byłeś ostatniej nocy? – To było tak dawno, że nie sięgam pamięcią. – Czy zobaczymy się tego wieczoru? – Nie robię tak dalekosiężnych planów”. Wytyczając rok 2050 (plan wybiegający daleko w przyszłość)jako termin całkowitego przejścia na zieloną energię,  unijni twórcy kalendarza zmian planują o wiele dalej, nie sięgając pamięcią do wcześniejszych porażek dotyczących osiągania wyznaczonych wskaźników czy terminów ich realizacji ( wiele z nich do dziś pozostaje w sferze marzeń i pobożnych życzeń). Nie sięgają również pamięcią do wiedzy (może jej nie posiadają), że realizacja dowolnych celów rozwojowych jutro, wymaga już dziś posiadania odpowiednich narzędzi, ale nawet to nie gwarantuje sukcesu w perspektywie trzydziestu lat, kiedy wszystko, począwszy od warunków klimatycznych, a kończąc na globalnej ekonomii może zupełnie nie odpowiadać dzisiejszym wyobrażeniom. Sprawdzonych narzędzi nie mamy w ogóle, strategia wykorzystania energii wiatrowej jest ciągle na etapie koncepcji, jej naprawdę praktyczna weryfikacja nastąpi najwcześniej za 15 lat, fotowoltaika to mały udział w bilansie i wczesny etap rozwoju (materiały), brak odpowiednich materiałów hamuje rozwój wysokotemperaturowej energetyki jądrowej, biomasy może nie wystarczyć nawet na produkcję żywności drugiej generacji, energia fal i pływów morskich to ciągle raczej fiction według Verna niż science. Wszystkie procesy wspomagane bio, a także fermentacyjne wytwarzanie wodoru wymagają z kolei genetycznie modyfikowanych mikroorganizmów, a te cierpią na niską przeżywalność i wolniejszy rozwój. Co zresztą nie dziwi, bo termodynamika życia jest ukierunkowana na obniżanie entropii, a nie na wzmożoną produkcję metabolitów. Energetyczny przerób odpadów, w tym zanieczyszczonych i mieszanych tworzyw polimerowych jest ciągle na indeksie, preferowane są natomiast metody wymagające energochłonnej i wodochłonnej segregacji skutkujące, skromnym kilkunastoprocentowym udziałem recyklingu (poza poliestrami) i to głównie w obszarze żałosnego recyklingu kaskadowego. Wiara w obietnice nauki musi być obdarzona dużym marginesem ryzyka, czego dowodzi ciągły brak praktycznej implementacji ciśnieniowej i wysokotemperaturowej elektrolizy, jakichkolwiek termodynamicznie i ekonomicznie opłacalnych stałych magazynów wodoru, obiecywanej od blisko dwudziestu lat fermentacji celulozy, czy racjonalnych metod chemicznej sekwestracji CO_2.

Kolejne mankamenty prognozowania to uparta wiara, że w proekologicznych rozwiązaniach uda się zignorować II zasadę termodynamiki oraz nieudolność bilansowania i (nie)umyślne zawężanie jego obszarów. To drugie doprowadziło do paliwowej porażki stulecia, związanej ze stosowaniem bioestrów jako standardowych biopaliw. A przecież Rudolf Diesel blisko 150 lat temu odstąpił od napędzania wynalezionego przez siebie silnika wysokoprężnego olejem z orzeszków ziemnych na korzyść frakcji olejowych ropy naftowej.

Jest jeszcze jeden czynnik decydujący o realności punktu docelowego zazielenienia energetycznego świata. Ropa naftowa. Na studiach (sporo lat już minęło) uczono mnie, że ropa naftowa rządzi światem, i że wystarczy jej  na około 30 lat. Dziś wiadomo, że rozwój metod poszukiwania złóż i wydobycia, opanowanie metod przerobu ciężkich gatunków ropy (w tym ropy łupkowej) sprawiają, że ropy wystarczy więcej niż na trzydzieści lat, pomimo gigantycznego wzrostu konsumpcji. Ropa naftowa dalej rządzi światem, co widać po ruchu jej cen w kontekście rosyjskiej agresji i konsekwencjach rynkowych tego ruchu. Czy akcjonariusze zasobów czarnego złota rzeczywiście są zainteresowani przejściem świata na zieloną energię w 2050 roku? Mój osobisty pogląd dotyczący udziału ropy naftowej w ziemskim torcie energetycznym jest jednak zupełnie inny. Uważam, że spalanie ropy, a więc produkcja z niej materiałów pędnych jest błędem. Alternatywne paliwa możemy produkować z innych surowców, także po zielonej stronie mocy. Dla produkcji petrochemicznej ropa jest niezastąpiona.

Reasumując, rok 2050 jest nierealny dla osiągnięcia pełnego zazielenienia energii. Dla neutralności klimatycznej tym bardziej.

 Po pierwsze nie mamy armat…

Czy rozwiązania cyfrowe są w stanie zwiększyć elastyczność systemu i pomóc w zarządzaniu efektywnością energetyczną?

Na pewno tak. Tu nie trzeba nikogo przekonywać, bo według mojej wiedzy firmy zarządzające energetyką same poszukują najnowszych rozwiązań z tego obszaru. Byle tylko dysponować strumieniem energii adekwatnym do zapotrzebowania! W tym miejscu warto przywołać pewne działania lobbingowe. Otóż instalatorzy energetyki solarnej skazani dziś i w przyszłości na izolację i lokalność wobec braku przyłączeń do sieci (bardzo kapitałochłonne inwestycje) i niezdolności do magazynowania energii elektrycznej, lobbują za likwidacją centralnej sieci i przejściem na model rozproszonego systemu energetycznego. To moim zdaniem kierunek niewłaściwy i zagrażający bezpieczeństwu energetycznemu kraju. Zagrażający zarówno w kontekście braku elastycznego i szybko reagującego systemu energetycznego, jak i zagrożeń wynikających z niestabilności klimatycznej związanej z globalnym ociepleniem, a także ciągle niestety powracających zagrożeń wywołanych konfliktami politycznymi i zbrojnymi (bezpośrednie ataki na system energetyczny, ale również niebezpieczeństwo utraty dostępu do nośników energii). Pamiętajmy, że nawet w pobliżu punktu docelowego FIT for 55, energetyka wiatrowa i solarna będą miały, w najlepszym przypadku, udział w globalnej energetyce nieznacznie przekraczający 30 %, a każdy kilowat mocy z tych nieprzewidywalnych i niestabilnych źródeł będzie wymagał zabezpieczenia równoważną ilością mocy ze źródeł stabilnych.

Duże zakłady przemysłowe stawiają na własną energię. Czy budowa zaplecza energetycznego w obliczu rosnących cen prądu pozwoli redukować koszty?

Wiele zakładów, na przykład z sektora Wielkiej Chemii postawiło na nią już wcześniej. Nieźle na tym wychodzą, a nadprodukcją energii dzielą się również z sąsiednimi aglomeracjami miejskimi. Obecnie, jak już wspomniałem, Orlen i Lotos planują szerokie wejście w OZE, w tym także poza stałym lądem (farmy offshorowe). To dobry kierunek. Co do opłacalności w szerszej perspektywie – trudno to wyrokować. Obecnie, głównym ekonomicznym uzasadnieniem działań w zakresie ograniczania emisji CO₂(zarówno przez dostosowywanie konwencjonalnych procesów pozyskiwania energii i operacji przemysłowych do wymogów klimatycznych poprzez włączenie do nich CSS, bardzo kosztownych i w zakresie sekwestracji nie do końca przewidywalnych, jak i przez zastępowanie energii konwencjonalnej kapryśnymi OZE) jest spekulacyjny rynek handlu emisjami. Gdy świat znormalnieje, wymienione rozwiązania mogą się okazać tragiczne pod względem rentowności. Na początku lat dziewięćdziesiątych XX w. byłem aktywnym świadkiem transformacji ustrojowej w przemyśle chemicznym. Pamiętam, jak renomowani zagraniczni doradcy (Mc Kinsey!), a także rodzimi ekonomiści głęboko skażeni ówczesną amerykańską szkołą ekonomii (Sachs), bezwzględnie rekomendowali outsourcing wszystkiego poza rdzeniem produkcyjnym firm, co było całkowitym zaprzeczeniem błędnej organizacji przemysłu w epoce PRL, w której nawet trzodę chlewną dla potrzeb przyzakładowych stołówek hodowano we własnych gospodarstwach. Zbyt głębokie zmiany organizacyjne, często nieuzasadnione strukturą powiązań okołokorowych prowadzonych biznesów doprowadziły niezwykle ważne dla gospodarki narodowej zakłady Sektora Wielkiej Syntezy Chemicznej na skraj bankructwa na początku XXI wieku. Szczególnie dziś, w najbardziej nieprzewidywalnym dla gospodarki światowej okresie od czasów uprzemysłowienia na początku XIX w. (zamieciony częściowo pod dywan światowy kryzys ekonomiczny, niejasna polityka klimatyczna, COVID, progresywna agresja Rosji, rosnąca globalna dominacja gospodarcza Chin przy stagnacji Starego Zachodu) unikajmy zmian od ściany do ściany. Opowiadałbym się tu za wielką rozwagą przy podejmowaniu decyzji, Peerelowskie PSS (Pomóż Sobie Sam) to na pewno nie drogowskaz rozwojowy nowoczesnego systemu gospodarczego w ujęciu narodowym. Niech każdy robi co najlepiej potrafi.

Czy wodór może stać się dominującym paliwem przyszłości?

Wodór należy przede wszystkim traktować jako magazyn energii elektrycznej. W procesie elektrolizy energia elektryczna niezbędna do rozkładu wody z wysoką sprawnością (powyżej 70 %) zostaje przekształcona w energię chemiczną zawartą w wodorze. Wobec wspomnianego przeze mnie wcześniej braku metod magazynowania energii elektrycznej, wytwarzanie H₂ jest jednym z nielicznych sposobów jej magazynowania o zadowalającej sprawności. Ulokowanie energii elektrycznej w wodorze umożliwia także jej przesył (transport sprężonego lub skroplonego  H₂, bądź jego tłoczenie rurociągami, niewykluczone, że w około 10 %-owym dodatku do istniejących linii przesyłowych gazu ziemnego), szczególnie w przypadku braku sieci energetycznych do przesyłu energii pozyskiwanej w OZE, takich jak wiatraki czy ogniwa fotowoltaiczne. Najprostszą drogą powrotu do najbardziej uniwersalnej postaci energii, jaką jest elektryczna, są ogniwa paliwowe (sprawność do 90 %).

Zaletą wodoru jako paliwa jest to, że jedynym koproduktem jego zamiany na energię dowolnego rodzaju (elektryczną czy cieplną) jest woda. Jednak na razie świat otrzymuje wodór wyłącznie przy użyciu energii pochodzącej z paliw mineralnych, a zatem jego rozproszone zastosowanie należy traktować jako oddalenia konwertorów energii wodoru od źródeł emisji przy jego wytwarzaniu. Wadą wodoru w kontekście stosowania go jako masowego paliwa są przede wszystkim straty przy jego transporcie i magazynowaniu. Wirtualnym, ale częściowym rozwiązaniem problemu strat energii w mobilności wodorowej byłoby zmniejszenie (wyeliminowanie) odległości w transporcie wodoru i skrócenie czasu jego magazynowania. A więc wytwarzanie H₂ w sąsiedztwie jego dystrybucji. Tu jednak wysokie schody. Jak pokazały wyniki ogólnoeuropejskiego projektu HyLaw, koordynowanego przez Hydrogen Europe przedstawione na początku 2019 roku w żadnych z 18 krajów objętych badaniami nie istnieją regulacje prawne zezwalające na wytwarzanie wodoru w przestrzeni komunalnej według zasad innych niż w warunkach przemysłowych. Oczywiście brak takich regulacji to wynik nieugiętej postawy specjalistów od bezpieczeństwa, z którą się w pełni zgadzam. Mam jedynie nadzieję, że w tej spiżowej bramie nie powstanie nieuzasadniona furtka. Konieczność sztywnego utrzymania wymogów bezpieczeństwa możemy odnosić do okrucieństw toczącej się obok nas wojny. Najważniejsze potrzeby świata to ochrona życia ludzkiego, ochrona mienia i ochrona środowiska.

Zresztą propagowana w świecie idea powszechnej  mobilności wodorowej przypomina nieodpartą chęć podarowania małpie brzytwy biorąc pod uwagę powszechną frywolność w traktowaniu przepisów bezpieczeństwa, skutki działalności mechaników i domorosłych poprawiaczy z formacji złota rączka etc., etc.

 Z drugiej strony, gdyby nawet pojawiła się wspomniana wcześniej furtka (argumentem za nią w ostatnim okresie była bezemisyjność wytwarzania wodoru, sic!) to trzeba będzie podciągnąć wiatraki bądź wielohektarowe paneliska fotowoltaiczne bliżej terenów mieszkalnych, a na to chyba zgody nie będzie?

Czy zatem gospodarka wodorowa to mrzonka? Absolutnie nie! Wodór to najlepszy magazyn energii elektrycznej. I to trzeba wykorzystać. Gdzie?

-W lokalnych siłowniach komunalnych i przemysłowych z dużymi ogniwami paliwowymi;

-Jako paliwo w transporcie miejskim, pojazdach wielkogabarytowych, napędach statków, a w szczególności w napędach kolejowych;

-Jako surowiec do paliw przetworzonych dla celów mobilności powszechnej metanu (trzykrotnie większa wartość opałowa od wodoru) czy paliw węglowodorowych otrzymywanych metodą Fischera-Tropscha (również z CO₂ ), a także amoniaku jako paliwa o dedykowanych przeznaczeniach.

Prof. dr hab. inż. Jacek KIJEŃSKI – Wybitny specjalista w dziedzinie chemii i technologii chemicznej w zakresie kierunków i strategii rozwoju przemysłu chemicznego, katalizy, przemysłowej syntezy organicznej i recyklingu odpadów z tworzyw sztucznych. Profesor zwyczajny Politechniki Warszawskiej, profesor Instytutu Chemii Przemysłowej. Prezes SITPChem w latach 2002r. – 2018r., Wiceprzewodniczący i Członek Prezydium Komitetu Chemii PAN (2002 – 2018) , Ekspert NCN i NCBiR, Koordynator Polskiej Platformy Technologicznej Wodoru i Ogniw Paliwowych,  Ekspert Panelu Głównego Foresight Polska 2020. 250 publikacji, 55 patentów, kilkanaście projektów procesowych. Konsultant sektora wielkiej syntezy chemicznej. Przewodniczący Komitetu Biopaliw i Biokomponentów Polskiego Komitetu Normalizacyjnego.

Last Updated on 2 sierpnia, 2022 by Anastazja Lach