Piotr Włodarczyk (Centrum Komunikacji i Marketingu AGH): W 2023 media na całym świecie w tonie sensacji informowały o odkryciu w Lotaryngii dużego złoża naturalnego wodoru. Kiedy wczytamy się jednak w szczegóły, to jego szacowana wielkość nie przekracza nawet aktualnego rocznego globalnego zapotrzebowania na ten gaz. Czy nadzieje wiązane z białym wodorem nie są formułowane na wyrost?

Dr inż. Paweł Poprawa: Przede wszystkim, we Francji nie odkryto żadnego złoża – w trakcie poszukiwań akumulacji metanu w pokładach węgla stwierdzono domieszkę wodoru na głębokości od 800 do 1100 m, przy czym jego stężenie rosło wraz z głębokością od kilku do kilkunastu procent. Na tej podstawie przyjęto, że jeżeli taki trend się utrzyma, to na głębokości około 3000 m zawartość wodoru będzie wynosiła już co najmniej 90 proc. Mamy więc do czynienia wyłącznie hipotezą, a nie odkryciem sensu stricto.

Dr hab. inż. Henryk Sechman, prof. AGH: Tego typu złoża mogą znajdować się na wszystkich kontynentach. Na przykład ostatnio władze Australii udzieliły koncesji kilku firmom, które prowadzą zaawansowane prace poszukiwawcze. Jak donoszą media branżowe, w odwierconych dotąd otworach zarejestrowano obecność wodoru – nie mamy natomiast informacji, czy wydajność jego przepływu umożliwia prowadzenie eksploatacji. Poszukiwania prowadzone są również Stanach Zjednoczonych, m.in. w Nebrasce, ale Amerykanie nie chwalą się ich efektami. Jeśli chodzi o Europę, jedna z firm planowała wiercenia w Hiszpanii po południowej stronie Pirenejów, ale prace na razie zostały zatrzymane przez tamtejszy rząd. Obecnie trwa procedura oceny oddziaływania na środowisko, więc może niedługo sprawa ruszy do przodu.

Skoro jesteśmy przy wpływie na środowisko, to z białym wodorem niektórzy wiążą również obawy. Jego przeciwnicy argumentują, że eksploatacji towarzyszyć będą emisje metanu potęgującego efekt cieplarniany. Oprócz tego podnoszą argument, że sam wodór po uwolnieniu do atmosfery może wchodzić w reakcje produkujące ozon, który w jej niższych warstwach działa jak gaz cieplarniany. Co by im panowie odpowiedzieli?

Dr inż. Paweł Poprawa: Nie zgodziłbym się z oboma argumentami. Po pierwsze, w jedynym jak dotąd odkrytym złożu wodoru na świecie – Bourakébougou w Mali – metan w ogóle nie występuje. Po drugie, tam gdzie wodór występuje w asocjacji z innymi gazami, metan nie będzie uwalniany do atmosfery, tylko oddzielany od wodoru i zagospodarowywany w gospodarce jak obecnie. Po trzecie wreszcie, jednym z największych problemów w przypadku użytkowania wodoru jest jego szczelne przechowywanie, ponieważ zbudowany jest z najmniejszych na świecie atomów i nie dysponujemy aktualnie materiałami, które byłyby zdolne zatrzymać go przez dłuższy czas. Ale podobnie dzieje się w przyrodzie, gdzie struktury geologiczne nie są w stanie utrzymać go wiecznie pod ziemią. Pomyślmy więc lepiej, jak zatrzymać i wykorzystać to, co ucieka do atmosfery i bez naszego udziału.

Dr hab. inż. Henryk Sechman, prof. AGH : Drugie tak czyste złoże jak w Mali raczej nam się nie zdarzy, ale dlaczego mielibyśmy nie eksploatować mieszanki z azotem i metanem? Gdybyśmy w Polsce znaleźli takie akumulacje złożowe, to dysponujemy potężnymi zakładami potrafiącymi odseparować od siebie te gazy. Metan zresztą stanowiłby domieszkę jak najbardziej pożądaną, więc na pewno nikt nie będzie go od tak sobie wypuszczał do atmosfery.

Działalnosć grupy Geo-Hydrogen

AGH od 2024 roku wraz Państwowym Instytutem Geologicznym-Państwowym Instytutem Badawczym (PIG-PIB), Instytutem Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN (IGSMiE PAN) oraz ORLEN SA tworzy grupę Geo-Hydrogen. Jakie są szanse na odkrycie złóż wodoru również w Polsce?

Dr inż. Paweł Poprawa: Jest wiele miejsc na obszarze naszego kraju, gdzie warunki geologiczne dostarczają przesłanek dla prowadzenia takich badań. Mowa na przykład o basenach osadowych, które są basenami naftowymi – jak basen permski w jego zachodniej części czy baseny we wschodniej Polsce. Ale też o zagłębiach węglowych czy nawet obszarach pozbawionych basenów sedymentacyjnych, jak np. ofiolity dolnośląskie. Nie można jednak ulegać przesadnemu optymizmowi, trzeba wszystko skrupulatnie zweryfikować.

Dr hab. inż. Henryk Sechman, prof. AGH : W Polsce odwiercono bardzo wiele otworów (głównie w naftowych basenach osadowych), dzięki czemu dysponujemy ogromną bazą danych – trzeba je tylko przeanalizować. Jesteśmy pewni, że wspólna inicjatywa AGH, PIG-PIB, IGSMiE PAN i ORLENU przyniesie nam wymierne sukcesy. W ramach wspomnianego porozumienia zobowiązaliśmy się do wzajemnego wsparcia w prowadzeniu poszukiwań oraz realizacji różnego rodzaju projektów badawczych, a ponadto ORLEN stworzy naszym studentom warunki do odbywania praktyk w zakresie poszukiwań białego wodoru. Wraz z naszymi partnerami z PIG-PIB, ORLEN SA oraz naukowcami z Finlandii, Danii, Wielkiej Brytanii i Szwajcarii wystąpiliśmy o grant badawczy dotyczący białego wodoru w ramach programu Horyzont-Europa. Mamy też nadzieję na udział w konkursach ogłaszanych przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Gdyby otrzymali panowie nieograniczone środki na prowadzenie badań naukowych w obszarze naturalnego wodoru, to na co by je panowie przeznaczyli?

Dr inż. Paweł Poprawa: Moim zdaniem istnieją trzy równoległe wątki badawcze, które rozwijają naszą wiedzę na temat białego wodoru. Pierwszy z nich dotyczy przejawów jego obecności przy powierzchni ziemi, np. w glebie – prof. Sechman jest jednym ze światowych liderów w tej dziedzinie. Drugi to wspomniane wcześniej spojrzenie na historię eksploatacji złóż ropy i gazu w celu sprawdzenia, czy badania prowadzone w tym zakresie nie dostarczyły przypadkowo informacji na temat białego wodoru. Trzeci natomiast to analiza procesów odpowiedzialnych za powstawanie naturalnego wodoru i typowanie obszarów, gdzie mogą one zachodzić.

Dr hab. inż. Henryk Sechman, prof. AGH: Faktycznie od ponad trzydziestu lat zajmuję się badaniami z zakresu geochemii powierzchniowej, które wcześniej były ukierunkowane na poszukiwanie złóż węglowodorów i znalazły zastosowanie w Polsce i na świecie. Polegają one na poborze próbek gazu glebowego i analizie ich składu cząsteczkowego, na podstawie którego możemy wnioskować o obecności akumulacji (np. gazu ziemnego) w głębi Ziemi. W trakcie tych prac wodór był oznaczany niemal w każdej próbce, ale nikt nie przykładał wówczas do tego wagi. Teraz rzecz jasna patrzymy na ten wskaźnik inaczej – niedługo powinna ukazać się publikacja naszego zespołu badawczego, w której wracamy do składu próbek z basenów sedymentacyjnych z obszaru Polski. Analizujemy w niej, gdzie odczyty wodoru były najsilniejsze. Oprócz tego, zajmujemy się również tzw. bajkowymi kręgami (ang. fairy circles), czyli opisanymi kilka lat temu w różnych artykułach anomaliami morfologicznymi w formie kolistych obniżeń terenu. Są one dobrze udokumentowanym efektem silnych emanacji wodoru – w Polsce również takie znaleźliśmy, zbadaliśmy i ogłosiliśmy ich istnienie na konferencjach naukowych. Nasza publikacja na ten temat również jest opracowaniu.

A wracając do Pana pytania, myślę że warto byłoby zainwestować w interdyscyplinarne badania geofizyczno-geologiczno-geochemiczne, w tym oczywiście w powierzchniowe badania geochemiczne, których efektem byłoby wytypowanie optymalnych stref dla wykonania wierceń. Badania takie powinny być prowadzone szczególnie poza obszarami tzw. basenów naftowych, które jak wspomniałem wcześniej są dość dokładnie rozpoznane wiertniczo. Z kolei wiercenia ukierunkowane na poszukiwanie wodoru należałoby prowadzić z uwzględnieniem specyficznych właściwości tego gazu.

Perspektywy eksploatacji białego wodoru

Jeśli faktycznie w Polsce lub na świecie zostaną odkryte złoża wodoru, co zdecyduje o opłacalności ich wydobycia i roli w globalnej gospodarce?

Dr inż. Paweł Poprawa: Tak jak w przypadku wszystkich innych rodzajów interesujących ludzkość złóż, istotny parametr uzasadniający działalność wydobywczą stanowić będzie koncentracja surowca. Ideałem w tym względzie jest złoże w Mali, gdzie stężenie wodoru wynosi 98 proc. – nie należy jednak oczekiwać, że taka sytuacja powtórzy się w każdym innym miejscu na Ziemi. Drugi decydujący czynnik to wielkość zasobów – im większa będzie akumulacja wodoru, tym pewniejszy będzie zwrot środków zainwestowanych w infrastrukturę służącą do jego wydobycia. Kolejny aspekty wymagający rozważenia to głębokość złoża, ponieważ koszt wykonania prac wiertniczych wzrasta wykładniczo wraz z głębokością. Złoże Bourakébougou znajduje się na głębokości rzędu 100 m – takie wiercenia są bardzo tanie. Jeżeli złoże byłoby na głębokości np. 4 km, musiałoby zawierać odpowiednio więcej surowca, żeby zrekompensować wartość wykonanych prac. Ostatnim elementem kalkulacji jest dostęp do rynku zbytu i koszt wybudowania infrastruktury przesyłowej. Każdy przypadek jest indywidualny, ale zdaniem większości analityków rynku eksploatacja podziemnych złóż wodoru jest najtańszą metodą jego pozyskiwania spośród wszystkich dostępnych. Żebyśmy jednak z nich korzystali, muszą być odpowiednio duże. Jeśli globalne zasoby okażą się niewielkie, znaczenie białego wodoru w światowej gospodarce również będzie marginalne.

Dr hab. inż. Henryk Sechman, prof. AGH: W pełni zgadzam się z panem dr. Pawłem Poprawą i chciałbym dodać, że eksploatacja złóż naturalnego wodoru będzie stanowiła uzupełnienie tego pozyskiwanego obecnie innymi metodami. Gospodarka niskoemisyjna będzie się rozwijać i wodór jako taki będzie odgrywał w niej duże znaczenie. Najbliższe lata zweryfikują, czy będzie to wodór biały.

Jeśli spełni się optymistyczny scenariusz, na jak długo starczy nam tego nowego źródła energii?

Dr inż. Paweł Poprawa: Warto wrócić w tym miejscu do problemu z magazynowaniem wodoru, o którym wspominaliśmy wcześniej. Jeżeli obecnie nie jesteśmy w stanie zbudować w pełni szczelnego zbiornika na wodór, to w strukturach geologicznych też nie utrzymywałby się on przez wiele milionów lat. Stąd sądzimy, że powstaje niemal współcześnie.

Dr hab. inż. Henryk Sechman, prof. AGH : Procesy radiolizy i serpentynizacji w odpowiednich warunkach geologicznych zachodzą relatywnie szybko, wobec czego do formowania się złóż wodoru nie potrzeba milionów lat – jak ma to miejsce w przypadku ropy naftowej i gazu ziemnego. Jeden z geochemików – prof. Alain Prinzhofer z Brazylii – twierdzi wręcz, że proces ten odbywa się w przedziale czasowym od 10 do 100 lat. Podobnie jak większość naukowców przychylamy się opinii, że biały wodór to zasób odnawialny. Aczkolwiek potrzeba dalszych badań, aby potwierdzić, czy jego zasoby odnawiają się w sposób ciągły i jakie jest tempo ich generowania.

*Wodór i transformacja energetyczna

Wodór może być jednym z zielonych paliw napędzającym transformację energetyczną, ponieważ jedynym produktem jego spalania jest para wodna (2H2 + 02 = 2H20!). Większość wodoru na świecie produkowana jest jednak obecnie metodą reformingu parowego metanu (wodór szary), która sama w sobie wiąże się z emisjami CO2. Emisje można ograniczyć – stosując w procesie produkcji technologie wychwytu i składowania CO2 (wodór niebieski), lub całkowicie wyeliminować – produkując wodór z wody metodą elektrolizy zasilanej odnawialnymi źródłami energii (wodór zielony). Ta ostania jest niestety energochłonna i kosztowna.

Wodór biały to wodór produkowany wyłącznie siłami przyrody. Powstaje w wyniku przepływu wody przez bogate w żelazo i magnez skały ultramaficzne (serpentynizacja), rozszczepiania wody na skutek promieniowania radioaktywnych pierwiastków zawartych w skałach (radioliza) lub jest produktem ubocznym procesów mikrobiologicznych. Na całym świecie trwają poszukiwania naturalnych złóż wodoru, bo przyroda z tytułu prowadzonej działalności produkcyjnej szczęśliwym znalazcom nie będzie wystawiać rachunków.

Bourakébougou w Mali to jedyne miejsce na świecie, gdzie złoże wodoru jest eksploatowane przemysłowo. Jego odkrycie zostało dokonane w 1987 roku przypadkowo podczas próby wiercenia studni, a wydobycie prowadzone jest od kilkunastu lat przez firmę założoną przez miejscowego przedsiębiorcę. Wydobywany tam wodór wykorzystywany jest jako paliwowo w elektrowni, która dostarcza prąd dla lokalnej społeczności.