Jak nie przegapić rewolucji wodorowej? Wszystko co musisz wiedzieć

Drogi Czytelniku,

artykuł, który właśnie czytasz jest fragmentem obszernego raportu na temat rynku wodoru, który w pełnej wersji udostępniliśmy dzisiaj abonentom Portfela Tradera. Jeśli spodoba Ci się to, co tutaj zaprezentowaliśmy, wiedz, że w Portfelu Tradera czeka na Ciebie wiele podobnych publikacji. Ponadto, znajdziesz tam dziesiątki godzin nagrań Tradera21 oraz członków Zespołu Independent Trader. To wszystko składa się na potężną bazę wiedzy, dzięki której już nigdy więcej nie przegapisz rynkowych okazji oraz wschodzących trendów, takich jak rewolucja wodorowa.

Zapraszamy do lektury.

Independent Trader Team

Technologia wodorowa – przełom, na który czekamy?

Każda z dotychczasowych rewolucji w przemyśle była następstwem znaczącego postępu technologicznego. Pierwszą rewolucję przemysłową kojarzy się z udoskonaleniem maszyny parowej, co umożliwiło produkcję na masową skalę. Drugą – z opracowaniem taśmy produkcyjnej i elektrycznością, za sprawą której wydłużył się czas pracy (oświetlenie biur, fabryk). W przypadku trzeciej rewolucji przemysłowej bardzo ważną rolę odegrały technologie informatyczne, które przyczyniły się do zautomatyzowania produkcji.

Obecnie, m.in. za sprawą sztucznej inteligencji oraz „Internetu Rzeczy”, procesy produkcyjne są dalej udoskonalane. Trudno jednak na ten moment stwierdzić, która z rozwijanych technologii odegra decydującą rolę i stanie się symbolem czwartej rewolucji przemysłowej.

Wiele wskazuje na to, że taką „współczesną maszyną parową”, czyli symbolem wejścia niemalże w nową epokę, mogłoby być szerokie wykorzystanie wodoru. Pierwiastek ten może bowiem odegrać istotną rolę m.in. dla rozwoju przemysłu, transportu, energetyki czy ciepłownictwa. Co więcej, wodór jest w stanie rozwiązać wiele współczesnych problemów hamujących globalną gospodarkę, takich jak np. dekarbonizacja, czyli redukcja emisji gazów cieplarnianych. 

W niniejszym raporcie szczegółowo omówiłem kluczowe kwestie związane z wodorem, przedstawiłem perspektywy dla rynku tego surowca, a także dokonałem przeglądu dostępnych ETF-ów oraz spółek zapewniających ekspozycję na wodór. Zapraszam do lektury.

Czym jest wodór?

Wodór (symbol „H” w układzie okresowym), to najbardziej rozpowszechniony pierwiastek na świecie. W naturze prawie nigdy nie występuje w czystej postaci – łączy się natomiast niemal ze wszystkimi pierwiastkami. Obecny jest m.in. w wodzie (H2O), czy węglowodorach np. benzynie (C7H16). Jest najlżejszym pierwiastkiem chemicznym. Nie ma barwy, zapachu i jest nietoksyczny.

Co ważne, wodór posiada bardzo małą gęstość, przez co zajmuje mnóstwo miejsca. Przechowywanie tego gazu jest zatem dość problematyczne. Temat ten wymaga szerszego omówienia, które znajdziecie w dalszej części raportu.

Pozyskiwanie wodoru oraz jego rodzaje

Wyżej wspomniałem, że wodór niemal nigdy nie występuje w naturze w czystej postaci. Co prawda istnieją naturalne złoża tego pierwiastka i można go wydobyć podobnie jak inne paliwa kopalne, ale na chwilę obecną głównie pozyskuje się go na inne sposoby. W zależności od sposobu pozyskiwania, wodór określa się za pomocą wybranego koloru, np. „biały wodór”, „turkusowy wodór”, „zielony wodór” itd. Rodzajów (kolorów) wodoru jest wiele. Najważniejsze z nich to szary, niebieski oraz zielony. Dodam, że te kolory na swój sposób mają odzwierciedlać emisyjność/wpływ danej metody pozyskiwania wodoru na środowisko.     

Niżej opisałem czym różnią się od siebie poszczególne rodzaje (kolory) wodoru.

Biały wodór

Czasem nazywany też „złotym”. W ten sposób określa się naturalnie występujące złoża tego pierwiastka. Przykładowo, takie pokłady (80% wodoru + mniejsze ilości metanu i azotu) odkryto w Albanii w lutym bieżącego roku. Naukowcy szacują, że znajduje się tam od 5 000 do 50 000 ton czystego wodoru. Dla oddania skali, Polska (trzeci największy producent wodoru w Unii Europejskiej) wytwarza rocznie ok. 1,3 mln ton tego gazu.

Jak widzicie, nie ma tutaj mowy o dużym złożu, ale odkrycie to może pomóc naukowcom udoskonalić metody lokalizacji podobnych pokładów tego pierwiastka. Obecnie nie istnieje żadna zakrojona na szeroką skalę strategia wykorzystania (wydobycia) białego wodoru.

Szary wodór

Jest to wodór wytwarzany za pomocą paliw kopalnych. Powstaje na dwa sposoby:

• w procesie tzw. reformingu parowego gazu ziemnego lub innych węglowodorów otrzymanych z rafinacji ropy naftowej,
• w procesie zgazowania węgla lub innego paliwa stałego.

Reforming parowy w dużym skrócie polega na rozdzieleniu gazu ziemnego na wodór i dwutlenek węgla za pomocą mocno podgrzanej pary wodnej. Jest to najpowszechniejsza i zarazem najtańsza metoda pozyskiwania wodoru.

Sposób ten ma jednak wysoce ujemny bilans energetyczny (więcej energii potrzeba do wyprodukowania wodoru, niż jesteśmy później w stanie z niego odzyskać). Inną wadą reformingu parowego jest spora emisja dwutlenku węgla (CO2).

Reforming parowy, mimo znaczącej emisji CO2 jest metodą stosowaną na dużą skalę w przemyśle. Zakłada się, że technologia ta w najbliższym czasie nadal będzie dominującą w produkcji wodoru na świecie. Związane jest to przede wszystkim z niską ceną gazu ziemnego, a co za tym idzie – niskimi kosztami produkcji.

Z kolei zgazowanie węgla lub innego paliwa stałego, np. biomasy to proces, w którym powstaje tzw. gaz syntezowy będący mieszaniną wodoru, tlenku węgla (tzw. czadu), dwutlenku węgla oraz metanu. Gaz syntezowy następnie się oczyszcza, aby pozyskać sam wodór. Czystość wodoru otrzymanego na skutek zgazowania jest zbliżona do tej uzyskiwanej z reformingu parowego.

Niebieski wodór

Istnieją instalacje (stale rozwijane od lat 50-tych), które mają za zadanie wyłapywać CO2 emitowany w trakcie różnych wysokoemisyjnych procesów przemysłowych (np. produkcji cementu). Zastosowanie takich instalacji przy reformingu bądź zgazowaniu, pozwala ograniczyć emisję dwutlenku węgla z tych procesów nawet o 90%. Kiedy produkcja wodoru z paliw kopalnych odbywa się z udziałem tych instalacji, mówimy o niebieskim wodorze. 

Innymi słowy w produkcji wodoru szarego dwutlenek węgla uwalniany jest do atmosfery, a w przypadku wodoru niebieskiego jest wyłapywany, składowany lub przetwarzany.

Technologię wychwytywania, składowania lub przetwarzania CO2 możecie spotkać pod nazwami CCS (Carbon Capture and Storage) oraz CCU (Carbon Capture and Usage).

Stosowanie takich instalacji jest niestety kosztowne, co stanowi sporą barierę dla powszechnego ich zastosowania. W związku z tym, wiele uwagi poświęca się zwiększaniu produkcji wodoru za pomocą OZE (odnawialne źródła energii), które tych instalacji nie wymagają. Taki rodzaj wodoru nazywany jest zielonym.

Zielony wodór

Wytwarzany jest w procesie elektrolizy, do której wykorzystywana jest energia pochodząca ze źródeł odnawialnych (słońce, wiatr, woda). Elektroliza polega na tym, że za pomocą prądu elektrycznego rozbija się wodę na atomy wodoru i tlenu.  Produkcja takiego wodoru jest zatem praktycznie nieszkodliwa dla środowiska.

Wodór zielony to w tej chwili najbardziej pożądany rodzaj wodoru w związku z dekarbonizacją. Tym samym jest najbardziej wspierany przez politykę Unii Europejskiej, związaną z finansowaniem projektów mających na celu zwiększenie produkcji wodoru zielonego w kolejnych latach.

Najwięcej instalacji służących do produkcji zielonego wodoru na świecie znajduje się w Australii (patrz – poniższy wykres). Następne miejsca w zestawieniu zajmują m.in. Niemcy, Hiszpania, Holandia oraz Wielka Brytania.

Jak widzicie, Polski nie ma w tym zestawieniu. Większość wodoru produkowana w naszym kraju to wodór szary, pozyskany w procesie reformingu parowego. 

Warto jednak zaznaczyć, że obecnie w Polsce działa 11 tzw. dolin wodorowych, w związku z czym udział zielnego wodoru w całkowitej produkcji tego pierwiastka powinien wzrastać w kolejnych latach.

Doliny wodorowe (zaznaczone na poniższej mapie Polski) to przedsięwzięcia polityczno-społeczno-gospodarcze, które mają za zadanie tworzyć regionalne rynki wodoru. Obejmują one produkcję, przesył, magazynowanie oraz zastosowanie wodoru w różnych sektorach gospodarki. Doliny wodorowe wspierają dekarbonizację energochłonnego przemysłu.

Dodam, że aktualnie w Europie jest łącznie ok. 65 dolin wodorowych i z pewnością będą powstawać kolejne, w tym również w Polsce.

„Tęcza wodorowa”

Poza wymienionymi wyżej głównymi rodzajami (kolorami) wodoru, wyodrębnia się też:

Czarny wodór – produkowany z węgla kamiennego. Jest całkowitym przeciwieństwem zielonego wodoru pod względem emisji dwutlenku węgla. W zawiązku z dużą skalą wydobycia węgla w Chinach, kraj ten jest wiodącym producentem wodoru czarnego na świecie.

Brązowy wodór – „kuzyn” czarnego wodoru. Wytwarzany jest przy użyciu węgla brunatnego lub lignitu. Również występuje tu znaczna emisja dwutlenku węgla.

Żółty wodór – powstaje w procesie elektrolizy zasilanej energią słoneczną. Kraje takie jak np. Australia, posiadające rozległe połacie nasłonecznionej ziemi mają ogromny potencjał w zakresie produkcji żółtego wodoru.

Turkusowy wodór – wytwarzany w procesie zwanym pirolizą metanu, podczas którego powstaje również węgiel (w stałej formie). W przeciwieństwie do niebieskiego wodoru, nie ma potrzeby wychwytywania powstałego węgla.

Różowy wodór – podobnie jak zielony, powstaje w wyniku elektrolizy, ale zasilany jest energią jądrową, a nie prądem z OZE. Czasami nazywa się go fioletowym lub czerwonym wodorem.

Jak sami widzicie, mamy praktycznie całą „tęczę”, jeżeli chodzi o rodzaje (kolory) wodoru. Bardzo dobrze podsumowuje ten podział grafika umieszczona poniżej.

Aby ułatwić Wam interpretację tej grafiki, wyjaśnię krótko poszczególne pojęcia:

Color – oznacza kolor przypisany dla danego rodzaju wodoru.

Process – chodzi o proces, w oparciu o który produkowany jest dany rodzaj (kolor) wodoru. Przykładowym procesem jest reforming parowy.

Source – to nic innego, jak źródło, za pomocą którego pozyskano dany rodzaj wodoru. Na przykład węgiel, gaz czy energia jądrowa.

Products – są to docelowe produkty danej metody. Często są to mieszaniny wodoru i innych gazów, które potem trzeba od siebie odseparować.

Emissions – chodzi tutaj o niepożądane produkty danej metody, czyli emisje dwutlenku węgla itp.

Emission profile – dosłownie: profil emisji, to kategoria odnosząca się do wpływu danej metody na środowisko.

Chciałbym w tym miejscu podkreślić, że spośród różnych rodzajów (kolorów) wodoru, najwięcej uwagi (polityków, inwestorów itd.) przyciąga wodór zielony, produkowany w procesie elektrolizy. W związku z tym, przedstawię teraz kilka ważnych spostrzeżeń, które będą przydatne, jak przejdziemy już do inwestycyjnej części tego raportu.

Zielony wodór i elektroliza – trend na następne lata

Wyżej wspomniałem, że produkcja zielonego wodoru jest prawie bezemisyjna. Potwierdza to wykres umieszczony na następnej stronie, który przedstawia wielkość emisji CO2 dla wybranych metod produkcji wodoru.

Jak widzicie, dla elektrolizy bazującej na energii z farm wiatrowych oraz fotowoltaiki, emisja wynosi 0,2 tony CO2 na tonę wyprodukowanego wodoru (t CO2/t H2).

0,2 to poziom znacznie poniżej 3, czyli limitu narzuconego przez tzw. Taksonomię UE. Dla przypomnienia, Taksonomia UE ustanawia kryteria, jakie muszą zostać spełnione, aby uznać np. metodę produkcji wodoru za zrównoważoną środowiskowo. Zatem zgodnie z powyższą grafiką, elektroliza oparta na OZE mieści się w limicie narzuconym przez Taksonomię UE, zaś przykładowo gazyfikacja węgla (15 ton CO2 na tonę wyprodukowanego wodoru) ten limit przekracza.

Zwróćcie też uwagę na to, że elektroliza oparta na energii z sieci (przykład dotyczy Polski, co oznacza spory udział węgla w miksie energetycznym) 10-krotnie przekracza limit narzucony przez Taksonomię UE.

Wniosek jest zatem taki, że Unia Europejska uznaje za zrównoważoną środowiskowo przede wszystkim produkcję wodoru opartą na OZE. Tym samym, należy się spodziewać, że właśnie projekty skupione na elektrolizie opartej na odnawialnych źródłach energii najłatwiej uzyskają różnego rodzaju wsparcie (finansowe, regulacyjne itd.).

Osobiście uważam, że w dłuższej perspektywie ważną rolę w globalnej produkcji wodoru odegra też energetyka jądrowa (wodór czerwony/różowy), ale w krótszym terminie kluczowy pozostaje wodór produkowany za pomocą prądu z OZE.

Muszę też dodać, że osoby będące blisko rynku wodoru uważają, iż nie da się od razu przejść do produkcji zielonego wodoru na masową skalę, dlatego potrzebne jest rozsądne zarządzanie produkcją innych rodzajów (kolorów) wodoru. Innymi słowy, nie odejdziemy od paliw kopalnych w produkcji wodoru z dnia na dzień. 

Można założyć m.in., że do końca obecnej dekady spadną koszty produkcji energii elektrycznej (rozwój OZE, powrót do energetyki jądrowej itd.), wzrośnie sprawność elektrolizerów (instalacji, w której przeprowadzana jest elektroliza) i tym samym spadnie koszt produkcji wodoru w ramach elektrolizy.

Jedna z prognoz (patrz poniższy wykres) przyjmująca takie założenia przewiduje, że w 2030 roku produkcja kilograma wodoru będzie kosztować ok. 2,50 EUR, czyli 45% mniej niż w 2023 roku. Tak ma marginesie, jeden kg wodoru pozwala na przejechanie ok. 100 km pojazdem wyposażonym w ogniwo paliwowe.

Wyżej wspomniałem, że najpowszechniejszą oraz najtańszą obecnie metodą produkcji wodoru jest reforming. Zakładając jednak m.in., że:

• cena gazu pozostanie w kolejnych latach na podobnym poziomie,
• wzrosną ceny uprawnień do emisji CO2,
• zostaną zaostrzone normy emisji CO2 w poszczególnych sektorach gospodarki,

…to już w okolicy 2026 roku produkcja zielonego wodoru (elektroliza) może być tańsza niż produkcja wodoru szarego (reforming parowy). Takie założenia przyjęto w poniższej symulacji.

Biorąc to pod uwagę, do końca obecnej dekady oraz w kolejnych latach maleć będzie produkcja wodoru szarego, zaś stopniowo będzie wzrastać produkcja wodoru niebieskiego oraz (przede wszystkim) zielonego. Dobrze pokazuje to poniższy wykres.  

Oznacza to m.in. rosnące zapotrzebowanie na elektrolizery (urządzenia służące do przeprowadzania elektrolizy). Jednym z tematów, jakie omówię w części inwestycyjnej tego raportu będzie to, w jaki sposób można zdobyć ekspozycję na ten trend.

Wiecie już, jakie są sposoby pozyskiwania wodoru oraz które źródło jego pozyskiwania jest najważniejsze w perspektywie kolejnych lat. Nadszedł zatem czas, abym omówił do czego wykorzystywany jest ten gaz i jaką rolę może on odegrać w gospodarce.

Gdzie wykorzystywany jest wodór?

Zapewne słusznie kojarzycie wodór np. z paliwem stosowanym w autobusach miejskich. Można spotkać pojazdy napędzane tym gazem w miastach takich jak Wrocław, Gdynia czy Kraków. Ma on jednak także bardzo dużo innych, mniej oczywistych zastosowań. Wykorzystywany jest w wielu kluczowych sektorach gospodarki:

• chemicznym,
• petrochemicznym,
• rafineryjnym,
• hutnictwie,
• transporcie kołowym (zarówno lekkim, jak i ciężkim),
• transporcie morskim i lotniczym,
• magazynowaniu energii,
• energetycznym.

W przemyśle, wodór najczęściej wykorzystuje się do produkcji amoniaku (związek chemiczny, niezbędny do wytwarzania nawozów sztucznych). Stosuje się go także w rafinacji produktów naftowych (produkcja paliw). Ponadto, wykorzystywany jest m.in. do produkcji podzespołów elektroniki, w palnikach wodorowo-tlenowych służących do precyzyjnego cięcia i spawania metali, czy też w przemyśle spożywczym (np. do produkcji margaryny). Wybrane zastosowania wodoru przedstawia poniższa grafika.

Poszczególne zastosowania wodoru są w różnym stopniu ważne, natomiast najważniejsze w mojej ocenie są jego zastosowania (oraz potencjalne zastosowania) wspierające tzw. transformację energetyczną (zastępowanie paliw kopalnych OZE oraz energią jądrową). 

Wodór może m.in. przyczynić się do ograniczenia emisji CO2 w branżach wysokoemisyjnych (takich jak produkcja stali i szkła) oraz w transporcie (samochody osobowe, autobusy, ciężarówki, pociągi, łodzie, samoloty zasilane wodorem). Z kolei w kwestii OZE, wodór wykorzystuje się do magazynowania energii.

Wodór – brakujące ogniwo dekarbonizacji

Przypomnijmy, że tzw. dekarbonizacja, czyli redukcja emisji gazów cieplarnianych jest jednym z wiodących globalnych trendów. Drogą do jej uzyskania mają być odnawialne źródła energii – wiatr, słońce, woda. Jak wiecie, nie zawsze wieje wiatr i nie zawsze można liczyć na słoneczne dni, a poziom wody w rzekach często się waha. Ta niestabilność sprawia, że niemożliwe jest pełne wykorzystanie OZE przez ludzi.

Ponadto, trudności sprawia magazynowanie nadwyżek energii produkowanej w ramach OZE. Technologie, które do tego służą są bowiem m.in. zbyt drogie, aby mogły być stosowane na szeroką skalę. Innowacyjnym rozwiązaniem może być zatem wodór – jako nośnik i magazyn energii staje się brakującym ogniwem w globalnej dekarbonizacji.

Magazynowanie energii

Nadwyżki prądu z OZE można by wykorzystywać do produkcji wodoru. Następnie surowiec ten mógłby być magazynowany i wykorzystywany do generowania energii w okresach zwiększonego zapotrzebowania. Nie wspominając już o tym, że nadwyżki samego wodoru mogłyby zostać skierowane do wielu innych sektorów. Tak naprawdę to już się dzieje, ale na wciąż zbyt małą skalę.

Co ważne, wodór można magazynować na różne sposoby (w różnej formie): ciekłej, gazowej, gazowej sprężonej, wodorków metali czy związków organicznych. Ponadto, pozwala on przechowywać energię z OZE w dużych ilościach oraz przez długi czas. Nie tak jak ma to miejsce np. w przypadku akumulatorów litowo-jonowych.

W przeciwieństwie do energii elektrycznej, która wymaga rozbudowanej infrastruktury sieciowej, wodór można dosyć łatwo przechowywać i transportować, co sprawia, że może być wykorzystywany w miejscach, gdzie inne źródła energii są niedostępne lub niewydajne.

Wodór – paliwo przyszłości

Jedną z głównych zalet wodoru jako paliwa jest fakt, że jego spalanie nie powoduje emisji dwutlenku węgla ani innych szkodliwych substancji. Jedynym produktem ubocznym spalania wodoru jest woda, co sprawia, że proces ten jest przyjazny dla środowiska. W porównaniu do paliw kopalnych, które przyczyniają się do zmian klimatycznych i zanieczyszczeń powietrza, wodór może odegrać ważną rolę w ograniczeniu emisji gazów cieplarnianych. 

Gaz ten wypada też całkiem dobrze w porównaniu z innymi paliwami pod względem tzw. wartości opałowej. Jest to Ilość ciepła jaką otrzymuje się przy spalaniu danego paliwa. Podawana jest w kilowatogodzinach (kWh) na kilogram (kg).

Wartość opałowa wodoru jest bardzo wysoka i wynosi 33,3 kWh/kg. Dla porównania wartość opałowa benzyny to 12,0 kWh/kg, a gazu ziemnego 10,6-13,1 kWh/kg.

Jak zatem widzicie, wodór ma naprawdę duży potencjał, aby stać się „paliwem przyszłości” i to zarówno w przypadku transportu, jak i ciepłownictwa.

Miasta Wodorowe

Za sprawą licznych zalet wodoru, nie jest wykluczone, że gaz ten będzie głównym surowcem energetycznym, na jakim opierać się będą nowoczesne miasta. Już teraz realizowane są pilotażowe projekty tzw. miast wodorowych, np. w Japonii.

W ramach tego typu projektów:

• wodór dostarczany jest systemem rurociągów do gospodarstw domowych, obiektów użyteczności publicznej, sklepów itp.,
• pojazdy komunikacji miejskiej napędzane są wodorem, nie wspominając już o infrastrukturze w postaci stacji tankowania wodoru,
• po drogach jeżdżą także samochody osobowe na wodór,
• nadwyżki energii produkowane w ramach OZE magazynowane są za pomocą wodoru.

Jeśli chcielibyście poczytać więcej na temat miast wodorowych, to przykładowym jest Kitokyushu Higashida. Poniżej zamieszczam graficzne przedstawienie takiego projektu.

Jak sami widzicie, wodór ma liczne zastosowania i bardzo prawdopodobne, że będzie ich przybywać w kolejnych latach. Z drugiej strony jednak, istnieje też kilka czynników, które hamują rozwój technologii wodorowych oraz wdrażanie rozwiązań opartych na tym surowcu. Najważniejsze z nich omówiłem na kolejnych stronach tego raportu.

Pozostała część raportu (zobacz spis treści)

Wodór – problemy i rozwiązania

• Problem „jajka i kury”
• Problem z transportem wodoru
• Problem z magazynowaniem wodoru

Inwestycja w wodór

• Perspektywy dla rynku wodoru
• Jak inwestować w wodór?
• ETF-y wodorowe. Mocne i słabe strony
• Baza blisko 40 spółek zagranicznych związanych z wodorem
• Przegląd polskich spółek z branży wodorowej
• TOP3 spółek wodorowych

Podsumowanie

Dodatek: Relacja z Targów Wodorowych H2POLAND

• Relacja H2POLAND 2024
• Relacja H2POLAND 2023

Pełny raport dostępny jest na Portfelu Tradera.