Wodór przyszłością ogrzewania? Wyjaśniamy, czym są kotły wodorowe

Społeczność międzynarodowa od lat dąży do sprawienia, by tak ogrzewanie, jak i zasilanie były bardziej ekologiczne. Trwający kryzys energetyczny napędza ten wyścig i dorzuca do niego kolejną konkurencję: jak najtańsze źródło energii odnawialnej. Dobrze znane są nam już takie rozwiązania jak pompy ciepła czy panele fotowoltaiczne, lecz od paru już lat rządy i inwestorzy coraz chętniej spoglądają w kierunku wodoru. Ogrzewanie wodorem jest bezpieczne, ale czy kotły wodorowe rzeczywiście są tańszym źródłem ogrzewania?

Jak sama nazwa wskazuje, jest to kocioł, który do wytworzenia ciepła spala wodór zamiast gazu ziemnego (lub metanu). Urządzenia te działają w bardzo podobny sposób do kotłów na gaz ziemny, spalając wodór, co z kolei powoduje powstanie gorących gazów spalinowych, które można wykorzystać do ogrzewania wody. Tak ogrzana woda może być przechowywana do późniejszego wykorzystania i pompowana do grzejników w celu ogrzania domu.

Ponieważ wodór jest znacznie rzadszym gazem niż metan, niektóre części kotła wodorowego mogą się nieznacznie różnić od tradycyjnych pieców, ale działają one w dużej mierze w taki sam sposób.

Kotłów wodorowych nie należy mylić z kotłami, które wykorzystują do pracy wodorowe ogniwa paliwowe lub z kotłami "gotowymi na wodór", gdyż są to różne rodzaje systemów.

W przeciwieństwie do kotła wodorowego i kotła wykorzystującego wodorowe ogniwa paliwowe, kocioł gotowy na wodór to urządzenie, które ma możliwość spalania zarówno gazu ziemnego, jak i wodoru (mieszanki 20 proc. wodoru z 80 proc. gazu ziemnego). Podwójne możliwości napędzania kotła mają na celu uniknięcie wymiany kotła w przypadku przejścia z metanu na wodór. Popularne są one przede wszystkim w Wielkiej Brytanii, która w sierpniu 2021 roku ogłosiła plan stopniowego przejścia z gazu ziemnego na wodór, planując że do 2025 większość bojlerów na Wyspach będzie napędzanych wodorem.

Do głównej jednostki kotła wchodzą równocześnie tlen i wodór. Tlen pochodzi z powietrza, natomiast wodór ze specjalnego dopływu, do którego podłączony jest kocioł. Następnie oba gazy są mieszane.

W przypadku kotłów "gotowych na wodór" istnieją specjalne zabezpieczenia, które w razie potrzeby ograniczają przepływ gazu, gdyż jest on bardziej palny niż gaz ziemny.

Ponadto we wszystkich rodzajach kotłów wodorowych niezbędne są czujniki płomieni, gdyż wodór spala się bladoniebieskim płomieniem, który jest prawie niewidoczny w świetle dziennym. Ponadto podczas spalania wodoru nie jest wytwarzany dym.

Gorące spaliny powstałe wchodzą do wymiennika ciepła. Wymiennik ciepła składa się z szeregu rur, wokół których znajduje się zimna woda. Gdy gorący gaz przemieszcza się przez rury, podgrzewa otaczającą go wodę, która może być następnie wykorzystana w systemie grzewczym lub dostarczona do kranów.

Jedynym produktem ubocznym spalania wodoru i tlenu jest woda, dlatego aby mogła ona wydostać się z systemu potrzebny jest w kondensator. Gorąca para wodna może również opuścić system poprzez przewód kominowy. Ponieważ tlen pochodzi z powietrza (a przypomnijmy, że około 78,06 proc. składu powietrza stanowi azot), spalanie wodoru w kotle może również wytwarzać tlenki azotu.

Niewątpliwą zaletą kotłów wodorowych jest fakt, że wodór należy do odnawialnych źródeł energii, które dosłownie nas otaczają i nawet przy regularnej eksploatacji ludzkość nie wyczerpie jego zasobów. Wodór sam w sobie jest relatywnie tani, kosztując nie więcej niż 6 dolarów za kilogram. Ze względu na gęstość wodoru, kilogram wodoru ma objętość 27 litrów.

Jednak ogrzewanie wodorem ma swoje wady. Przede wszystkim, jeżeli tlen używany do spalania pochodzi z powietrza, kocioł wodorowy będzie generował szkodliwe dla człowieka i środowiska tlenki azotu.

Pomimo, że cena za kilogram wodoru jest relatywnie atrakcyjna, spalanie kilograma (czyli 27 litrów) wodoru wytwarza energię równą około 33 kWh. Chcąc używać wodoru jako jedynego źródła ogrzewania, dane gospodarstwo domowe musiałoby zaopatrzyć się w nie tylko bardzo duże ilości wodoru, ale i w ogromny zbiornik zdolny pomieścić i przechowywać gaz (w założeniu, że wodór nie jest dostarczany do domu specjalną siecią, tak jak dostarczany obecnie jest gaz ziemny).

Zdaniem Jana Rosenowa, dyrektora w Regulatory Assistance Project - thinktanka energetycznego i współautora analizy dotyczącej wodoru jako źródła ogrzewania, istnieje zbyt wiele trudności technicznych, które należy pokonać, aby wodór stał się opłacalnym i ekonomicznym niskoemisyjnym paliwem grzewczym.

Badanie, opublikowane we wtorek 28 września w czasopiśmie naukowym Joule, jest kolejnym dowodem na obecną nieekonomiczność ogrzewania za pomocą kotłów wodorowych. Z kolei raport opublikowany w połowie września przez firmę analityczną Cornwall Insight stwierdziło, że wodór byłby blisko dwa razy droższy w ogrzewaniu domu niż używanie samego gazu.

2 listopada ubiegłego roku Rada Ministrów przyjęła uchwałę "Polskiej strategii wodorowej do roku 2030 z perspektywą do 2040 r." w myśl której Polska zbliży się do neutralności klimatycznej poprzez wykorzystanie wodoru jako paliwa alternatywnego w transporcie i jego produkcję w nowych instalacjach energetycznych i grzewczych. Strategia wodorowa przewiduje również programy wsparcia budowy gospodarki wodorowej, która wspierać będzie jedynie wodoru pochodzącego ze źródeł odnawialnych.

Jednocześnie w Środzie Śląskiej powstaje pierwsze w Polsce wodorowe osiedle. Osiedle, na którego terenie stanie około 1,8 tysiąca mieszkań będzie zasilane oraz ogrzewane tylko i wyłącznie przy użyciu wodoru.