Dotychczas w branży niewiele mówiło się o wykorzystaniu energii geotermalnej do produkcji wodoru. Ze względu na techniczne zaawansowanie instalacji i niższe koszty, projekty skupione są przede wszystkim wokół energii słonecznej oraz wiatrowej. Mimo to, w zeszłym roku ogłoszono jedno z pierwszych konsorcjów, którego celem jest produkcja wodoru z geotermii.
Czym jest energia geotermalna?
Aby zrozumieć potencjał procesów, w pierwszej kolejności musimy odpowiedzieć na to kluczowe pytanie. Energią geotermalną określamy wewnętrzne ciepło Ziemi. Całkowita ilość ciepła zmagazynowanego w ziemskiej skorupie wynosi ok. 5,4 mld EJ. W 2006 r., eksperci z Iceland GeoSurvey wskazali, że gdybyśmy mogli wykorzystać z tego choćby 0,1%, możliwe stałoby się zaspokojenie światowego zużycia energii przez kolejne 13,5 tysiąca lat[1]. Brzmi dobrze, prawda?
Możliwe jest jednak wykorzystanie ciepła zakumulowanego w tzw. systemach hydrotermalnych lub petrotermalnych (ciepło skał). W przypadku systemów hydrotermalnych źródłem energii są pary geotermalne oraz wody o podwyższonej temperaturze, które są ogrzewane ciepłem z wnętrza Ziemi. Definiuje się je jako wody, których temperatura na wypływie z ujęcia nie jest niższa niż 20°C.
Zasoby geotermalne występują na całym świecie. W szczególności wzdłuż granic głównych płyt tektonicznych, gdzie znajduje się większość wulkanów. W dominującej części są to systemy hydrotermalne. Ciepło skał eksploatowane jest w zaledwie kilku regionach świata, m.in. na terenie Włoch. Jest to stale rozwijana technologia o wysokim potencjale. Na terenie Polski znajdują się głównie złoża niskotemperaturowe. Wody wypełniające skały porowate występują tu średnio na głębokości od 700 do 3000 m i osiągają temperaturę 20-80°C, rzadziej dochodząc do ok. 100°C.
Energia geotermalna do produkcji wodoru
Energię geotermalną można wykorzystać do produkcji użytkowej energii cieplnej, która znajduje zastosowanie w wielu obszarach gospodarki. W tym w przemyśle spożywczym (przetwórstwo), chłodnictwie, zakładach produkcyjnych czy rafinacji cukru, a także w hodowli zwierząt i sektorze rekreacyjnym. Również w Polsce dominuje eksploatacja źródeł geotermalnych na potrzeby zastosowań grzewczych. Na terenie kraju już teraz funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów ciepłowniczych, m.in. w Pyrzycach, Stargardzie Szczecińskim i Uniejowie.
Energia geotermalna może być wykorzystywana także do produkcji odnawialnego wodoru dzięki przekształceniu jej w energię elektryczną, która stanowi źródło zasilania elektrolizerów. Do jej produkcji wykorzystywane są odrębne technologie, których częścią wspólną pozostaje przekształcenie energii mechanicznej drgających cząstek (cieplnej) na energię mechaniczną ruchu obrotowego łopatek turbiny. Co ciekawe, eksperci wskazują również inną metodę, jaką jest ekstrakcja wodoru bezpośrednio z gazów geotermalnych w zakładach energetycznych, nie jest ona jednak na ten moment równie upowszechniona i opłacalna, co metoda produkcji elektrolitycznej.
Energia geotermalna – zalety wykorzystania
Ciepło geotermalne powstaje w sposób naturalny głęboko pod powierzchnią Ziemi i stanowi największe potencjalne źródło energii odnawialnej na świecie. Szacuje się bowiem, że nawet ok. 70% zasobów geotermalnych nie zostało jeszcze odkrytych. Udokumentowane zasoby wód i pary geotermalnej posiada z kolei ponad 80 krajów. Bezpośrednio energię geotermalną wykorzystują 72 kraje, a do produkcji energii elektrycznej 24 kraje. Spośród nich w ścisłej czołówce znajdują się Chiny, Szwecja, Islandia, USA, Turcja, Włochy i Nowa Zelandia.
W krajach o wysokim udziale energii geotermalnej w miksie energetycznym, możliwa jest produkcja odnawialnego wodoru z wykorzystaniem energii sieciowej. Przykładem jest Islandia, w której energia elektryczna wytwarzana z geotermii po konkurencyjnych cenach mogłaby posłużyć do produkcji wodoru zaspokajającego zapotrzebowanie całego sektora transportu[2]. Oczywiście przy założeniu obniżenia kosztów technologii, a co za tym idzie kosztu wodoru.
Znaczną przewagą geotermii w odniesieniu do naszego kraju jest z kolei fakt, iż regiony o korzystnych warunkach geotermalnych znajdują się w pobliżu obszarów o dużym zagęszczeniu aglomeracji miejskich oraz terenów silnie uprzemysłowionych, co przemawia także na korzyść wykorzystania źródeł do produkcji wodoru.
Co więcej, w przeciwieństwie do fotowoltaiki i farm wiatrowych geotermia oferuje stabilne i niezawodne dostawy energii przez całą dobę, niezależnie od pory roku, dnia czy aktualnych warunków pogodowych. Oznacza to, że produkcja wodoru odbywałaby się za pomocą ciągłej elektrolizy.
Ciepło Ziemi wykorzystane do produkcji wodoru – pierwsze projekty
W 2022 r. ogłoszono jeden z pierwszych projektów skupionych na wykorzystaniu energii geotermalnej do produkcji wodoru. Jest nim współpraca CeraPhi Energy z Climate Change Ventures.
Przedsiębiorstwa połączyły siły w celu opracowania i wdrożenia skalowalnej metody produkcji zeroemisyjnego zielonego wodoru z wykorzystaniem energii elektrycznej pozyskiwanej ze źródeł geotermalnych do napędzania procesu elektrolizy. Jak podaje CeraPhi, podstawą projektu będzie autorska technologia zamkniętej pętli, której system ma zapewniać ciągłemu procesowi elektrolizy niezbędną moc obciążenia podstawowego. W ramach zapowiedzianej współpracy brytyjskie przedsiębiorstwo energetyczne ma dostarczyć własną technologię funkcjonującą w obiegu zamkniętym, a CCV technologię produkcji wodoru.
Choć na ten moment geotermia nie jest opłacalną metodą produkcji wodoru, potencjał źródeł geotermalnych jest ogromny i wskazuje, że być może w niedługiej przyszłości nabiorą znaczenia dla światowego przemysłu wodorowego.
[1] O. G. Flovenz, Geothermal Energy, an option for hydrogen production?, 2006
[2] Ibid.
