Zgodnie z przewidywaniami Międzynarodowej Agencji Energetycznej zapotrzebowanie na wodór niskoemisyjny w 2050 r. wyniesie 400 Mt. Będzie zatem czterokrotnie większe niż łączne zapotrzebowanie w roku 2023, które jest oparte na wodorze wysokoemisyjnym i wynosi 97 Mt. Polska jest trzecim największym producentem wodoru w Unii Europejskiej. Rocznie wytwarza 1,3 mln t wodoru, co stanowi 13 proc. jego rocznej unijnej produkcji.
Obecnie większość produkcji obejmuje wodór szary, pochodzący z węglowodorów, wytwarzany i wykorzystywany przez przemysł. Planowane inwestycje skupiają się na wodorze niebieskim, otrzymywanym z dwutlenku węgla, a także uwzględniają produkcję wodoru zielonego z OZE. Na znaczeniu zyskuje również wodór biały. Powstaje on naturalnie w wyniku procesów geologicznych i nie emituje dwutlenku węgla podczas spalania. W 2023 r. we Francji odkryto złoże naturalnego wodoru o znacznej objętości 46 mln ton. Rząd państwa inwestuje w kolejne poszukiwania. Zwiększenie roli białego wodoru w produkcji w UE będzie jednak wymagało wielu kosztownych badań i rozwoju infrastruktury.
Opublikowana przez rząd w 2021 r. Polska Strategia Wodorowa wyznacza szereg celów. Należy do nich m. in. wdrożenie technologii wodorowych w energetyce i transporcie, wytwarzanie wodoru w nowych instalacjach, szczególnie w ramach morskich farm wiatrowych, a także sprawne i bezpieczne przesyłanie wodoru. Ponadto planowane jest opracowanie metod magazynowania surowca na dużą skalę przy wykorzystaniu kawern solnych.
Podziemne magazyny wodoru: czym są kawerny solne?
Kawerny solne to puste przestrzenie w skałach osadowych, takich jak sól kamienna czy wapń, utworzone w wyniku procesów naturalnych lub eksploatacji surowców mineralnych. Magazynowanie ropy naftowej i ciekłych węglowodorów w kawernach opatentowano już w 1916 r. w Niemczech i po raz pierwszy zastosowano w latach 50. XX w. w USA i Wielkiej Brytanii.
Metoda ta charakteryzuje się wysokim stopniem bezpieczeństwa, a ponadto jest korzystna dla środowiska, gdyż kawerny zajmują niewielką powierzchnię w porównaniu do magazynów tradycyjnych. Koszty budowy magazynów podziemnych są też dużo mniejsze niż w przypadku zwykłych zbiorników. Okolicznością sprzyjającą rozwojowi tej metody jest powszechność występowania złóż soli oraz ich szczelność i nieprzepuszczalność. Złoża soli są obojętne chemicznie na większość przechowywanych substancji. Ich miąższość umożliwia budowę podziemnych zbiorników o dużej objętości.
W 2017 r. na świecie istniało 671 podziemnych magazynów gazu o pojemności łącznie 417 mld m³. 70 proc. z nich znajduje się na terenie USA, Rosji, Ukrainy, Niemiec, Kanady. 104 z nich to kawerny solne. Pozostałe to wyeksploatowane złoża węglowodorów. Przechowuje się w nich głównie gaz ziemny. Są one także jednymi z najodpowiedniejszych miejsc do przechowywania wodoru ze względu na wysoką szczelność oraz brak reakcji chemicznej z tym pierwiastkiem. Kawerny zapewniają stabilne warunki termiczne i są odporne na wysokie ciśnienie. Dlatego transformacja energetyczna i rozwój technologii wodorowych w ostatnich latach spowodowały szczególny wzrost zainteresowania tą formą przechowywania surowców. Prawie 40 proc. projektów związanych z podziemnymi magazynami gazu na świecie dotyczy kawern solnych.
Podziemne magazyny wodoru: ogromny potencjał polskich kawern solnych
Polska posiada wyjątkowo korzystne uwarunkowania geologiczne do tworzenia kawern solnych. Prawie dwie trzecie kraju leży na pokładach soli pochodzących z permu. Najlepsze warunki występują na północy w pasie przybrzeżnym. Według raportu organizacji Gas Infrastructure Europe z 2021 r. potencjał budowy podziemnych magazynów do 2050 r. wynosi 35 – 38 TWh wodoru rocznie. Tymczasem szacowana łączna objętość potencjalnych magazynów wodoru w kawernach solnych w Europie (Francja, Holandia, Niemcy, Dania, Portugalia) wynosi około 50 TWh. W 2017 r. Polska była na czwartym miejscu w Europie pod względem objętości gazu ziemnego przechowywanego w kawernach. Ilość składowanego gazu wyniosła 0,7 mld m³.
Zidentyfikowano dziesięć potencjalnych podziemnych magazynów wodoru – trzy w kawernach solnych i siedem w wyeksploatowanych złożach gazu ziemnego. Potencjalne magazyny wodoru w kawernach są obecnie wykorzystywanie do przechowywania gazu i znajdują się w północnej oraz zachodniej Polsce – w Wierzchowicach, Bonikowie, Daszewie. Magazyn gazu w Wierzchowicach o pojemności 1 300 mln m3 jest największym podziemnym magazynem gazu w Polsce i dysponuje prawie czterdziestoma procentami podziemnych zasobów magazynowych kraju. Trwające obecnie prace mają na celu rozbudowę instalacji do pojemności aż 2 100 mln m3. Jako bardzo obiecujące wytypowano również siedem niewykorzystanych wysadów solnych – Rogóźno, Damasławek, Lubień, Łanięta, Dębina, Goleniów, Izbica Kujawska. Najkorzystniejsze warunki geologiczne ma wysad Rogóźno. Jego zaletami są płytkie położenie soli, znaczne zasoby soli, gruba pokrywa skalna i wstępne rozpoznanie struktury.
Projekt HyUSPRe
W ostatnich latach podjęto inicjatywy mające na celu rozwój kawern solnych – m. in. projekt HyUSPRe (Hydrogen Underground Storage Potential in Europe), analizujący możliwości magazynowania wodoru w różnych strukturach geologicznych, w tym w kawernach, czy projekt GEOPOSTRATEG, oceniający potencjał polskich kawern solnych jako magazynów wodoru i gazu. Inicjatywa ta koncentruje się na geostrategicznych aspektach wykorzystania zasobów geologicznych Polski – przede wszystkim optymalizacji lokalizacji magazynów i ich wpływie na bezpieczeństwo energetyczne. Współpraca między przemysłem energetycznym i instytucjami badawczymi, np. AGH w Krakowie, stale rozwija technologie magazynowania gazu i wodoru w kawernach solnych.
Wsparcie ze strony sztucznej inteligencji
Obecnie cennym wsparciem w badaniu kawern solnych jest sztuczna inteligencja – przede wszystkim narzędzia takie jak algorytmy uczenia maszynowego, analiza danych przestrzennych czy sztuczne sieci neutronowe. Za ich pomocą eksperci tworzą m. in. mapy przydatności złóż soli kamiennej do magazynowania wodoru. Umożliwiają one prognozowanie kluczowych parametrów złóż soli, takich jak zwilżalność czy przepuszczalność, przy różnych wartościach ciśnienia i temperatury. Współpraca uczenia maszynowego i systemów informacji geograficznej (GIS) wspomaga interesariuszy, takich jak organy rządowe, służby geologiczne, obiekty OZE, przemysł petrochemiczny, w dokładnej ocenie lokalizacji kawern oraz w usprawnieniu procesów decyzyjnych w sektorze podziemnych magazynów energii.
Podziemne magazyny wodoru: duży potencjał i duże korzyści
Rozwój sektora kawern solnych wiąże się z szeregiem wyzwań. Wymaga wzmocnienia infrastruktury gazowej. By zapobiec stratom pierwiastka i ryzyku wybuchów, gazociągi i stacje przesyłowe muszą być dużo szczelniejsze niż w przypadku gazu. Ponadto wodór może powodować kruchość metali w przewodach gazociągów. Popyt na wodór jest obecnie również na wczesnym etapie rozwoju.
Jednocześnie pewne jest, że kawerny solne mogą przynieść Polsce znaczne korzyści finansowe i przewagę konkurencyjną. Także pełnić funkcję bufora dla przemysłu petrochemicznego i ważnego elementu gospodarki wodorowej. Możliwe jest stworzenie zaplecza magazynów wodoru, zaspakajającego nie tylko zapotrzebowanie kraju, ale też wspomagającego inne państwa. Potencjał magazynowania wodoru w polskich kawernach ocenia już Szwecja. Zgodnie z Polską Strategią Wodorową do 2030 r. Polska ma produkować aż 200 tys. ton wodoru z niskoemisyjnych źródeł. Kawerny solne najprawdopodobniej będą niezbędne do taniego i bezpiecznego przechowywania tych zasobów.
Anna Olczak – SKN Energetyki
https://zpe.gov.pl/a/funkcje-rodzaje-i-budowa-pmg/DX5bt1Axi – źródło grafiki
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
