Ponieważ świat zmaga się z realiami zmian klimatu, przejście na zielone źródła energii jest bardziej konieczne niż kiedykolwiek. Coraz większa liczba osób, firm i narodów mobilizuje się, by walczyć z tym egzystencjalnym zagrożeniem. Wśród wielu frontów tej walki przejście na odnawialne źródła energii jest podstawowym krokiem i jest uznawane na całym świecie za najskuteczniejszy sposób na zmniejszenie naszego śladu węglowego. Wykorzystanie energii wiatrowej, słonecznej i wodnej może zmniejszyć ilość dwutlenku węgla emitowanego do atmosfery, znacznie łagodząc efekt globalnego ocieplenia.

Istnieje jednak istotne zastrzeżenie dotyczące tego rozwiązania. Produkcja zielonej energii elektrycznej i magazynowanie energii to dwa zupełnie różne wyzwania. Słońce nie zawsze świeci, wiatr nie zawsze wieje, a rzeki nie zawsze płyną, co sprawia, że magazynowanie energii jest kwestią krytyczną. Chociaż poczyniliśmy znaczne postępy w produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, przechowywanie tej energii w sposób przyjazny dla środowiska i praktyczny pozostaje przeszkodą.

Obecnie świat koncentruje się głównie na dwóch głównych koncepcjach magazynowania energii: bateriach i wodorze. Technologia baterii, choć zaawansowana, w dużej mierze opiera się na metalach ziem rzadkich, które nie są wszędzie równomiernie dostępne. To prowadzi do braku bezpieczeństwa energetycznego, ponieważ narody stają się zależne od kilku miejsc, które są w te materiały obfite. Ponadto utylizacja i recykling zużytych baterii są same w sobie rosnącym problemem środowiskowym, stwarzającym potencjalne zagrożenie zarówno dla środowiska, jak i zdrowia ludzkiego.

Z drugiej strony wodór stanowi przekonujący przypadek. Może być produkowany z wody, zasobu powszechnie dostępnego na całym świecie, co czyni go obiecującym kandydatem do magazynowania energii. Dodatkowo nie generuje szkodliwych odpadów, co czyni go rozwiązaniem wyjątkowo przyjaznym dla środowiska. Jednak wodór nie jest pozbawiony wad. Jest wysoce wybuchowy, magazynowanie i transport wodoru zmagają się z jego wyciekami prowadząc do znacznych strat energii, i ma tendencję do degradowania wszystkich metali powodując ich nieszczelność, co prowadzi do potencjalnych problemów z infrastrukturą. Ponadto praktyczne przechowywanie wodoru wymaga sprężenia go do około 700 barów – właściwości wodoru i potrzeba przechowywania go w tak wysokich ciśnienia przenosi się na kosztowność i energochłonność procesu sprężania.

Mając więc na uwadze te problemy, pojawia się pytanie: czy istnieje lepsze rozwiązanie niż wodór? – Metanol

Unia Europejska podjęła niedawno przełomową decyzję, wprowadzając od 2035 r. zakaz sprzedaży nowych samochodów z silnikami spalinowymi i po kampanii prowadzonej przez Niemcy, opowiedziała się za wykorzystaniem e-paliw jako alternatywy dla baterii i wodoru, przy czym zielony metanol został wyróżniony ze względu na swój potencjał.

Metanol oferuje bardziej praktyczną, bezpieczniejszą i przyjazną dla środowiska alternatywę w porównaniu do wodoru i akumulatorów, omijając wiele związanych z tymi rozwiązaniami wyzwań.

Otwiera to nowy rozdział w naszych poszukiwaniach energii odnawialnej, kierując rozmowę na korzyści i wyzwania związane z magazynowaniem i wykorzystaniem energii na bazie metanolu.

Metanol jako nośnik wodoru

Metanol, znany również jako alkohol metylowy, jest prostym alkoholem o wzorze chemicznym CH₃OH. Ta bezbarwna ciecz ma różnorodne zastosowania, w tym w środkach przeciw zamarzaniu, rozpuszczalnikach i paliwie. Jednak najbardziej intrygującym aspektem naszej dyskusji jest potencjał metanolu jako wyjątkowego nośnika wodoru – aspekt, który zapewnia przewagę objętościową i wagową nad sprężonym wodorem.

Aby zrozumieć przewagę metanolu, jeden litr metanolu może uwolnić około 148 gramów wodoru. Z kolei jeden litr gazowego wodoru, nawet sprężony do znacznego ciśnienia 700 barów, stanowi ok. 61 gramów wodoru. Mówiąc prościej, metanol może przechowywać około 2,5 razy więcej wodoru objętościowo niż sprężony wodór gazowy. Ta cecha umożliwia magazynowanie 2.5 razy większej ilości energii w tej samej przestrzeni, skutecznie rozwiązując jedno z głównych wyzwań związanych z magazynowaniem wodoru.

Pod względem wagowym, metanol po raz kolejny okazuje się lepszy od sprężonego wodoru. Na podstawie danych o dostępnych na rynku magazynach wodoru, zbiornik mieszczący 185 litrów gazowego wodoru pod ciśnieniem 700 barów waży około 117 kg i mieści około 7,4 kg wodoru, według danych producenta. Całkowita waga wraz ze zbiornikiem i wodorem wynosi około 124,4 kg.

Rozważmy teraz metanol. Plastikowy zbiornik o wadze 10 kg, napełniony 114,4 kg metanolu, waży również 124.4 kg, ale może dostarczyć około 23 kg wodoru po reformingu. Oznacza to, że pełny zbiornik metanolu może zmagazynować ok. 3 razy więcej wodoru niż zbiornik wodoru o ciśnieniu 700 bar, a to z kolei oznacza 3 razy więcej energii.

Oprócz tych imponujących zalet w zakresie masy i objętości, metanol zapewnia dodatkowe korzyści w porównaniu z wodorem. Jest mniej podatny na wybuchy i nie sprawia tak dużych problemów z wyciekami jak wodór, ponieważ metanol nie wymaga magazynowania pod wysokim ciśnieniem, co dodatkowo prowadzi do oszczędności energii i kosztów. Jego kompatybilność z istniejącą infrastrukturą transportową i magazynową upraszcza jego wdrożenie.

Z tych nieodpartych powodów Unia Europejska kładzie duży nacisk na metanol w swoim programie dotyczącym zielonej energii. Blok postrzega to jako kamień węgielny ich przyszłości w zakresie energii odnawialnej, szczególnie w świetle ich planów po 2035 roku. Ponieważ w coraz większym stopniu polegamy na zrównoważonych źródłach energii, rola metanolu jako wydajnego i ekologicznego nośnika wodoru niewątpliwie staje się coraz ważniejsza.

Zielony metanol

Zielony metanol, często określany również jako odnawialny metanol, e-metanol lub biometanol, jest ekscytującym osiągnięciem w świecie czystej energii. Zielony pseudonim wywodzi się z procesu produkcji, który obejmuje zasoby odnawialne i zrównoważone metody. Zamiast być produkowany z gazu ziemnego lub węgla, jak konwencjonalny metanol, zielony metanol jest uzyskiwany z biomasy lub bezpośrednio z dwutlenku węgla i wodoru.

Proces produkcji zielonego metanolu rozpoczyna się od wytworzenia energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, zazwyczaj z energii wiatrowej lub słonecznej. Ta energia odnawialna jest następnie wykorzystywana do zasilania jednostek elektrolizy, które rozkładają wodę na jej elementy składowe – wodór i tlen. Jednocześnie dwutlenek węgla (CO2) jest wychwytywany z atmosfery lub przemysłowych gazów odlotowych. Wychwycony CO₂ jest następnie łączony z wytworzonym wodorem w celu syntezy zielonego metanolu.

Tym, co wyróżnia zielony metanol, jest zerowa emisja netto dwutlenku węgla. Kiedy metanol jest przetwarzany na wodór, faktycznie uwalnia CO₂, tak jak konwencjonalne paliwa, jednakże, ponieważ CO₂ użyty do jego produkcji został początkowo wychwytywany z atmosfery, cały proces nie powoduje dodatkowej emisji węgla do atmosfery – stąd emisje „zerowe netto”. Ten zamknięty obieg węgla sprawia, że zielony metanol jest paliwem zrównoważonym i przyjaznym dla środowiska.

Firmy na całym świecie dostrzegają potencjał zielonego metanolu i już wykorzystują go do zrównoważonych rozwiązań energetycznych. Doskonałym przykładem jest Wärtsilä, fińska korporacja, która oferuje rozwiązania oparte na metanolu przekształcając istniejące statki w celu wykorzystania metanolu jako paliwa.

Dania, lider w dziedzinie energii odnawialnej, odnotowała ostatnio znaczne inwestycje w produkcję zielonego metanolu. Duński deweloper energii odnawialnej, European Energy, zabezpieczył 53 miliony euro z Duńskiego Funduszu Zielonych Inwestycji na swój przyszły zakład Power-to-X w Kassø, który będzie największym zakładem produkcji e-metanolu na świecie. Elektrownia będzie wykorzystywać energię odnawialną z pobliskiego parku słonecznego Kassø o mocy 300 MW. Projekt postrzegany jest jako kluczowy krok w kierunku skalowania technologii Power-to-X i zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na metanol. Wytworzony e-metanol będzie wykorzystywany przez firmy takie jak gigant żeglugowy Maersk i sprzedawca paliw Circle K.

W międzyczasie firma Siemens Energy została wybrana przez European Energy do zaprojektowania, dostarczenia i uruchomienia elektrolizera o mocy 50 MW dla planowanej instalacji e-metanolu. System elektrolizy firmy Siemens będzie odgrywał kluczową rolę w produkcji zielonego metanolu.

Na froncie motoryzacyjnym niemiecki producent samochodów Porsche ogłosił niedawno swoje plany pionierskiego wykorzystania odnawialnego metanolu jako paliwa do swoich pojazdów. Zainteresowanie Porsche wynika z faktu, że zielony metanol ma odegrać kluczową rolę w przejściu na zrównoważoną, bezemisyjną przyszłość. Jego produkcja i wykorzystanie ilustrują obiecujący kierunek w walce ze zmianami klimatycznymi i brakiem bezpieczeństwa energetycznego.

E-metanol w Polsce

W Polsce główny nacisk w narodowej strategii energetycznej położono na wodór jako nośnik energii, przy czym do tej pory niewiele uwagi poświęcono metanolowi. Obecnie w kraju nie ma działających producentów zielonego metanolu. Istnieje jednak kilka projektów, które mają rozpocząć produkcję e-metanolu do 2025 r., wykazując oznaki zmiany w krajobrazie energetycznym.

Zainicjowany przez Unię Europejską program REPowerEU również odgrywa kluczową rolę w tym zmieniającym się środowisku. Inicjatywa ta zobowiązuje każdego członka UE do zwiększenia swoich możliwości produkcji biogazu w kierunku, który mógłby pośrednio zwiększyć produkcję metanolu. Biogaz zazwyczaj zawiera około 50% CO₂, kluczowego składnika do produkcji metanolu. Ten CO₂ można łatwo przekształcić w metanol za pomocą prostej reakcji katalitycznej z wodorem.

Obecnie w Polsce działa około 128 biogazowni, podczas gdy w Niemczech jest ich 9706. Jednak według Strategii Energetycznej Polski do 2030 roku w Polsce będzie działać aż ok. 2500 biogazowni. Ten imponujący wzrost z pewnością zwiększy możliwości produkcji zielonego metanolu w kraju.

Znaczenie zielonego metanolu nie ogranicza się tylko do jego wykorzystania jako nośnika energii. Obecnie Polska importuje około 400 000 ton metanolu rocznie do zastosowań przemysłowych. Wraz ze wzrostem globalnego nacisku na ochronę środowiska, branże na całym świecie, w tym w Polsce, odczuwają presję, aby przejść na bardziej zielone rozwiązania. Ta zielona transformacja wymaga zielonej energii elektrycznej, zielonego ciepła i zielonych komponentów, materiałów, substratów i zielonych chemikaliów.

Ponieważ wkrótce każdy element produkcji przemysłowej będzie spełniać nowe normy środowiskowe, przewiduje się, że zapotrzebowanie na zielony metanol gwałtownie wzrośnie.

Ogniwa paliwowe zasilane metanolem – mGen

Na rynku energetycznym istnieją różne typy ogniw paliwowych, ale obecnie najczęściej stosowanym i dostępnym na rynku typem jest ogniwo paliwowe z membraną do wymiany protonów (proton exchange membrane – PEM). Ogniwo paliwowe PEM działa w oparciu o zasadę elektrochemii z udziałem polimerowej membrany PEM, która jest  przepuszczalna dla protonów, ale nie dla elektronów.  W typowym ogniwie paliwowym PEM wodór jest dostarczany do ogniwa, gdzie jest rozkładany na protony i elektrony. PEM umożliwia przechodzenie protonów, jednocześnie zmuszając elektrony do przemieszczania się wzdłuż obwodu zewnętrznego, wytwarzając prąd elektryczny. Bardzo ważnym atutem ogniw paliwowych jest brak emisji NOx i SOx, typowych dla silników spalinowych oraz brak wibracji i hałasu.

Metanol, dzięki swoim unikalnym właściwościom, takim jak bezpieczeństwo obsługi, łatwość przechowywania i transportu okazał się pożądaną alternatywą dla wodoru. Dodatkowo jak wspominaliśmy wyżej, Jeden litr metanolu może wytworzyć 2,5 razy więcej energii niż litr wodoru sprężonego do 700 barów, oraz 1 kilogram jednostki magazynującej metanol może dostarczyć 3 razy więcej energii niż 1 kilogram jednostki magazynującej wodór.

Rozwój ogniw paliwowych zasilanych metanolem oznacza nadejście rozwiązań energetycznych nowej generacji. Te ogniwa paliwowe charakteryzują się optymalnymi właściwościami wodorowych ogniw paliwowych, rozwiązując jednocześnie problemy techniczne związane z magazynowaniem wodoru, gdzie metanol służy jako skuteczny nośnik wodoru. mGen – ogniwo paliwowe zasilane metanolem, wykorzystuje proces dwuetapowy. W pierwszym etapie metanol w wyniku reakcji katalitycznej jest przetwarzany na wodór. Wodór, teraz uwolniony z metanolu, jest wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej w drugim etapie przy użyciu PEM przekształcając wodór i tlen atmosferyczny w energię elektryczną, ciepło i wodę.

Zastosowania ogniw paliwowych zasilanych metanolem są różnorodne i rozległe. Są lekkie i kompaktowe, dzięki czemu nadają się do szerokiego zakresu zastosowań, od stacjonarnego wytwarzania energii po przenośne rozwiązania zasilania. Mogą być wykorzystywane jako zasilanie awaryjne (UPS), dla serwerowni czy szpitali. Ich zdolność do działania niezależnie od sieci sprawia, że idealnie nadają się dla odległych lokalizacji, wież telekomunikacyjnych, a nawet jako pomocnicze źródło zasilania jednostek pływający i pojazdów ciężarowych. Operacje wojskowe mogą również korzystać z niezawodności tych ogniw paliwowych w sytuacjach awaryjnych. Ponadto mogą pełnić funkcję źródła zasilania mobilnych stacji ładowania pojazdów elektrycznych (EV). Takie mobilne stacje zapewniają kilka korzyści, w tym łatwość konfiguracji, mniejsze przeszkody administracyjne ze względu na brak wymagań dotyczących połączenia z siecią oraz możliwość rozmieszczenia w dowolnym miejscu, zaspokajając szereg potrzeb związanych z ładowaniem pojazdów EV. Co ważne, modułowa konstrukcja mGen pozwala na łatwą skalowalność, dostosowując się do potrzeb energetycznych różnych aplikacji.

Ogniwa paliwowe mGen zostały już pomyślnie wdrożone, przetestowane w terenie i obecnie zasilają aplikacje klientów na największym rynku technologii wodorowych, czyli w Azji Południowo-Wschodniej. Jako taki, mGen jest gotowym do użycia produktem z udokumentowanymi osiągnięciami, wyznaczając, że hiPower Europe przenosi tę pionierską technologię z Tajwanu do Europy, zapoczątkowując nową erę rozwiązań w zakresie czystej energii i ugruntowując swoją pozycję jako lider w gospodarce metanolu. Wszechstronność i wydajność naszych produktów podkreśla nasze zaangażowanie w zrównoważone, niezawodne rozwiązania energetyczne na przyszłość. Zasadniczo ogniwa paliwowe zasilane metanolem reprezentują zmianę paradygmatu w zrównoważonych rozwiązaniach energetycznych. Oferują niezliczone korzyści w porównaniu z tradycyjnymi ogniwami paliwowymi, obiecując bardziej ekologiczną i wydajniejszą energię w przyszłości.

Podsumowując, impet stopniowo przesuwa się w kierunku metanolu. Jego zalety w zakresie magazynowania, transportu i produkcji, w połączeniu z rosnącym zapotrzebowaniem na ekologiczne rozwiązania, pozycjonują go jako kluczowy element w zrównoważonym krajobrazie energetycznym. Metanol to nie tylko współczesny nośnik energii; jest to rzeczywiście nośnik energii przyszłości.

Generatory metanolowe (np. mGen) vs. generatory diesel’a  jako niezależne źródło zasilania

Pojawienie się czystych, zielonych technologii zmieniło krajobraz wytwarzania energii. Ogniwa paliwowe, zwłaszcza zasilane metanolem, takie jak mGen, stoją na czele tej transformacji. Pomimo ciągłego stosowania tradycyjnych generatorów prądu z silnikiem Diesla, mGen jest realnym, przyjaznym dla środowiska konkurentem. Oferując niezwykłą redukcję emisji CO₂ i niższe koszty produkcji energii elektrycznej, ogniwa paliwowe mGen okazują się zrównoważonym i ekonomicznym rozwiązaniem zaspokajającym zapotrzebowanie na energię w różnych warunkach, od awaryjnych zasilaczy UPS, po źródła zasilania w odległych lub niezależnych energetycznie lokalizacjach.

Pomimo tego, że generatory prądu na diesla to jednostki nie są przyjazne środowisku ze względu na emisję CO₂, NOx, SOx i wielu innych substancji, utrzymują znaczny udział w rynku. Ogólna tendencja do odchodzenia od paliw kopalnych w połączeniu z naciskami legislacyjnymi na przyjęcie ekologicznych rozwiązań energetycznych podkreśla potencjał ogniw paliwowych.

Centralnym zaletą mGen w stosunku do generatorów diesla jest zielony metanol, paliwo neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla. Zastosowanie zielonego metanolu skutkuje wyłącznie emisją pary wodnej oraz zerową emisją CO₂ netto, co czyni generator mGen mistrzowskim przyjaznym rozwiązaniem dla środowiska. Ale zasługi mGen nie kończą się na odpowiedzialności za środowisko; obejmują one również efektywność ekonomiczną. Obecna cena rynkowa metanolu wynosi około 0,4 EUR za litr, a biorąc pod uwagę wydajność naszych ogniw paliwowych, koszt produkcji energii elektrycznej wynosi 0,2 EUR za kWh. W przypadku diesla, cena oleju napędowego oscyluje obecnie wokół 1,58 euro za litr, co sprawia, że koszt wytworzenia 1 kWh za pomocą generatora diesla wynosi około 0,76 euro. Liczby te sprawiają, że mGen jest czterokrotnie bardziej ekonomiczny pod względem produkcji energii elektrycznej, oferując wyraźną przewagę kosztową. Co więcej, generatory mGen mają dodatkową zaletę: mogą skutecznie wykorzystać generowaną energię cieplną. W pełni wykorzystana energia cieplna i elektryczna umożliwia obniżenie kosztu za kWh energii do oszałamiającej kwoty 0,11 EUR, znacząco przebijając ceny produkcji prądu z generatorów diesla.

Gdy wkraczamy dalej w XXI wiek, wybór jest jasny. Przechodząc na zrównoważone, opłacalne rozwiązania, takie jak mGen, możemy przejść na bardziej odpowiedzialne podejście do wytwarzania energii. Z każdą wyprodukowaną kWh mGen nie tylko wytwarza energię – tworzy bardziej zrównoważoną przyszłość.

Tabela. Porównanie efektywności energetycznej generatorów zasilanych metanolem i disel’em

Autor: dr. Jacek Gliniak jest ekspertem w dziedzinie zielonej energii. Posiada tytuł magistra chemii Politechniki Wrocławskiej oraz stopień doktora nauk chemicznych w fotokatalitycznym wytwarzaniu wodoru z National Chiao Tung University. Jako współzałożyciel hiPower HydrogenTech na Tajwanie odegrał kluczową rolę w rozwoju technologii recyklingu wodoru, przyczyniając się do trzech patentów związanych z innowacyjnymi rozwiązaniami hiPower. Więcej informacji na hiPower Europe