Porównanie opcji dostaw wodoru w Europie pod kątem środowiskowej oceny cyklu życia (LCA)

Fot. JRC137953_cover
Udostępnij

Oczekuje się, że odnawialny wodór odegra ważną rolę w europejskim miksie energetycznym i drodze do dekarbonizacji. Poprzednie badanie JRC wykazało, że import wodoru z lokalizacji, w której energia odnawialna jest tańsza, może być bardziej opłacalny niż jego lokalna produkcja. Jednak wpływ środowiskowy transportu dużych ilości wodoru na duże odległości nie został jeszcze w pełni poznany.

W najnowszym raporcie Joint Research Centre (JRC) EC opublikowanym 22 maja 2024 roku, grupa ekspertów oceniła rozwój w tej materii poprzez porównanie wpływu na środowisko w cyklu życia trzech opcji dostarczania wodoru z odległej lokalizacji (tj. sprężania wodoru, skraplania i wiązania chemicznego z innymi cząsteczkami) do produkcji na miejscu poprzez reforming (SMR) lub elektrolizę.

Jako potencjalne chemiczne nośniki wodoru rozważano amoniak, ciekłe związki organiczne, metanol i syntetyczny gaz ziemny. Celem było zrozumienie, czy import wodoru może mieć sens z punktu widzenia ochrony środowiska, a jeśli tak, to która opcja ma najmniejszy wpływ spośród kategorii środowiskowych uwzględnionych w tym badaniu. Oceniono wpływ obejmujący łańcuch dostaw od produkcji wodoru, poprzez jego przekształcenie w odpowiedni nośnik do transportu (rozważany jest transport morski oraz rurociągi), aż po dostawę czystego wodoru do użytkownika przemysłowego. Rozważono odległość
(2 500 km) zgodną z terytorium europejskim, odpowiadającą dużej dostawie wodoru produkowanego w Portugalii i wykorzystywanego w Holandii, oraz ramy czasowe wykraczające poza rok 2030. Do oceny wykorzystano metodę oceny wpływu na środowisko (EF) Komisji Europejskiej (wpływ na 16 kategorii środowiskowych podsumowanych w jednym wyniku).

Kontrastujące wyniki uzyskano dla różnych rozważanych kategorii wpływu na środowisko: podczas gdy wszystkie opcje dostaw gwarantowałyby dostawy wodoru o niższym współczynniku ocieplenia globalnego niż produkcja na miejscu z wykorzystaniem paliw kopalnych, lokalna produkcja wodoru za pomocą SMR generowałaby mniejszy wpływ w 12 z 16 rozważanych kategorii wpływu na środowisko, w tym wykorzystanie zasobów naturalnych, takich jak woda, gleba oraz minerały i metale.

Gdy ogólny wpływ na środowisko jest wyrażony jako pojedynczy wynik przy użyciu współczynników normalizacji i ważenia metody oceny wpływu EF, wszystkie opcje dostawy gwarantowałyby przewagę środowiskową w porównaniu z produkcją opartą na paliwach kopalnych na miejscu (bez wychwytywania dwutlenku węgla).

Przewaga w zakresie wydajności transportu, wynikająca z możliwości konwertowania wodoru w łatwiejsze do transportu nośniki, nie wydaje się przekładać na korzyści w zakresie wpływu na środowisko. Wręcz przeciwnie, energia wymagana do konwersji nośnika w miejscu produkcji wodoru i uwolnienia go w miejscu dostawy znacznie zwiększa wpływ w odniesieniu do opcji sprężonego i ciekłego wodoru.

Wyniki podlegają wysokiemu poziomowi niepewności ze względu na perspektywiczny charakter oceny, wczesny etap rozwoju wielu technologii rozważanych na dużą skalę oraz niski poziom odporności niektórych modeli oceny oddziaływania na środowisko. Co więcej, wyniki pojedynczego wskaźnika są obliczane przy użyciu znormalizowanych i ważonych współczynników zaproponowanych przez metodę EF, ale można by uzyskać różne wyniki, gdyby uwzględniono inną hierarchię priorytetów środowiskowych. Ponadto, wyniki odnoszą się do dobrze zdefiniowanego kontekstu geograficznego i horyzontu czasowego, a wpływ na nie mają liczne założenia przyjęte w całym badaniu. Chociaż przeprowadzono szeroko zakrojoną analizę wrażliwości w celu walidacji wyników w szerokim zakresie ustawień, należy zachować ostrożność podczas ekstrapolacji obecnych ustaleń na różne studia przypadków.

Produkcja na miejscu czy przesył na setki kilometrów?

Na podstawie przeprowadzonych analiz autorzy podkreślili przede wszystkim, że charakterystyka środowiskowa wodoru dostarczanego do odbiorcy przemysłowego może się znacznie różnić w zależności od technologii produkcji i ścieżki dostawy.

Najmniej szkodliwe jest wytwarzanie wodoru na miejscu z odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa w Holandii. Import odnawialnego wodoru zmniejsza emisję gazów cieplarnianych w porównaniu z produkcją na miejscu z paliw kopalnych.

Ocena ograniczona tylko do emisji gazów cieplarnianych może jednak prowadzić do niezamierzonych konsekwencji dla innych aspektów środowiskowych. W referencyjnym scenariuszu produkcja lokalna wodoru za pomocą SMR ma mniejszy wpływ w 12 z 16 kategorii wpływu na środowisko. Najbardziej zrównoważonymi opcjami dostawy na duże odległości są transport ciekłego wodoru i transport sprężonego wodoru rurociągiem.

Transport wodoru w postaci sprężonej lub ciekłej jest bardziej efektywny środowiskowo niż jego przewóz w postaci nośników chemicznych, takich jak amoniak czy metanol. Transport wodoru na duże odległości, na przykład z Australii do Europy, może być najbardziej efektywny przy użyciu ciekłego wodoru, który wykazuje niższy wpływ na środowisko niż inne metody. Nośniki chemiczne, takie jak amoniak i metanol, mają większy wpływ na środowisko ze względu na procesy pakowania i rozpakowywania. Produkcja paneli fotowoltaicznych i infrastruktury do wytwarzania energii wpływa na ogólną wydajność środowiskową dostarczanego wodoru, a straty wodoru w łańcuchu dostaw mogą zwiększać jego wpływ na środowisko. Najmniejszy wpływ na środowisko mają opcje transportu ciekłego i sprężonego wodoru, szczególnie na duże odległości.

Raport można pobrać tutaj

Źródło: Arrigoni, A., Dolci, F., Ortiz Cebolla, R., Weidner, E., D’agostini, T., Eynard, U., Santucci, V. and Mathieux, F., Environmental life cycle assessment (LCA) comparison of hydrogen delivery options within Europe, Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2024, doi:10.2760/5459, JRC137953.