Jak rozwiązania z obszaru 3W: wody, wodoru i węgla zapewnią nam bezpieczeństwo?

Trzy strategiczne zasoby: woda-wodór-węgiel są nie tylko fundamentem życia na Ziemi, ale i niezbędnym elementem funkcjonowania otaczającego nas świata. Bank Gospodarstwa Krajowego dostrzegł ich potencjał i ogłosił w 2021 roku inicjatywę 3W jako sposób na przejście do gospodarki zeroemisyjnej oraz drogę do budowy konkurencyjności i innowacyjności polskiej gospodarki. W oparciu o te trzy zasoby możemy zbudować zrównoważoną przyszłość. Ponadto, dzięki swojej współzależności, woda, wodór i węgiel mogą stać się odpowiedzią na globalne problemy, w tym te związane z naszym bezpieczeństwem.  

Synergiczne spojrzenie na wodę, wodór i węgiel: dlaczego te trzy zasoby są tak ważne? 

Zacznijmy od transformacji energetycznej. Odchodzenie od szkodliwych emisji w obszarze energetyki musi być rekompensowane wprowadzaniem nowych, efektywnych źródeł, które pozwolą odpowiadać na potrzeby światowej gospodarki ciągłością produkcji, a tym samym – zachować bezpieczeństwo energetyczne.  

fot. Visualhunt

Wiele mówi się o tym, że wodór będzie istotnym elementem przejścia do zeroemisyjności, a w obecnej sytuacji geopolitycznej – także szansą na zwiększenie bezpieczeństwa naszego kraju i całej Europy. Ten pierwiastek może być źródłem energii, które zastąpi elektrownie węglowe czy opalane koksem piece hutnicze. Może napędzać nie tylko nasze auta, ale też ciężarówki, autobusy, pociągi, statki czy maszyny budowlane, wpływając tym samym na rozwój wielu sektorów gospodarki.  

Wodór można pozyskać z odnawialnych źródeł energii w drodze elektrolizy – czyli z udziałem słońca lub wiatru. Wtedy otrzymamy zielony wodór, który może zmienić globalne stosunki handlowe. Jeśli stanie się głównym źródłem energii, nie tylko zwiększy niezależność energetyczną wielu krajów, ale także zmniejszy geopolityczną dominację głównych dostawców ropy naftowej i gazu¹.  

Wodne wyzwania 

Zielony wodór pozyskujemy m.in. z elektrolizy wody. Do przeprowadzenia tego procesu, potrzebujemy nie tylko samego dostępu do wody, ale też do dobrej jej jakości - a to już dwa wyzwania.  

Czystą wodę możemy mieć dzięki nowoczesnym technologiom węglowym i membranom karbonowym. Taką technologię opracował trójmiejski startup - stworzył rozwiązanie, które metodą grawitacyjną (a więc bez zużywania dodatkowej energii) odsala i oczyszcza wodę z zanieczyszczeń, tj. mikro- i nanoplastiku, bakterii, wirusów, anionów, kationów metali lekkich i ciężkich.  

Woda już jest surowcem zarządzanym geopolitycznie, a konflikty, których podłożem jest dostęp do niej (lub jego brak), pojawiają się w wielu rejonach świata. Indie z Pakistanem rywalizują o wody rzeki Indus, Etiopia i Egipt o Nil, a Turcja z Syrią o wody Eufratu. Chiny rozbudowują system tam na rzekach Mekong i Brahmaputra i w ten sposób uzależniają od siebie m.in. Indie, Tajlandię, Wietnam i Kambodżę. 

fot. Pexels

Polska również ma problemy hydrologiczne. Przykładem tego są częste i długie susze rolnicze. To wynik globalnych zmian klimatu, ale też np. nieprawidłowej melioracji wodnej. Poza tym nie posiadamy bogatych zasobów wody pitnej. Na mieszkańca przypada rocznie około 1,6 tys. m3 wody, czyli prawie trzy razy mniej niż wynosi średnia w Europie (ok. 4,5 tys. m3).  

Dostępność wody jest kluczowa nie tylko w produkcji, przemyśle czy rolnictwie, ale także w energetyce. Sektor energetyki odpowiada za 28% rocznego zużycia wody w Europie. W Polsce odsetek ten jest jeszcze wyższy. 

Wzrost temperatury wód powierzchniowych i obniżanie ich poziomu będą ograniczały możliwości wykorzystania wody do chłodzenia elektrowni. Co istotne, w lecie, kiedy wody w rzekach są najcieplejsze i jest ich najmniej, wzrasta zapotrzebowanie na energię elektryczną, które spowodowane jest coraz częstszymi upałami. Zmniejszanie się zasobów wody może spowodować przerwy w jej dostarczaniu do przemysłu czy pojedynczych odbiorców. Zatem odpowiedzialna, mądra i oszczędna gospodarka wodna – obejmująca strategie retencji, oczyszczania i ponownego wykorzystania wody ma kluczowy wpływ na stabilny rozwój gospodarczy kraju.  

3W w produkcji żywności 

Technologie i innowacje 3W mają także znaczenie dla bezpieczeństwa żywnościowego.  

Każdy, kto ma w domu filtr wody najprawdopodobniej korzysta z węgla aktywnego, który powszechnie używany jest do oczyszczania wody w różnych gałęziach przemysłu, m.in. w zakładach przetwórstwa żywności, kompostowniach czy w przemyśle farmaceutycznym. 

Ale to dopiero początek. Już dziś w Polsce powstają farmy akwaponiczne, w których żywność produkowana jest z wykorzystaniem zamkniętego obiegu wody – dzięki czemu można ograniczyć jej zużycie nawet o 90 procent. Tego typu farmy dostarczają zdrową żywność, niemodyfikowaną genetycznie, bogatą w witaminy. 

fot. Pexels

W produkcji żywności znajdziemy także trzecią literę W – czyli wodór. Ten bezbarwny i bezwonny gaz spowalnia proces oddychania tlenowego, dlatego wodorem wypełnia się opakowania z żywnością po to, by produkty spożywcze zachowywały dłużej świeżość. Bez wodoru nie byłoby np. margaryny. To właśnie w procesie uwodornienia nienasyconych kwasów tłuszczowych występujących w olejach roślinnych powstaje tłuszcz w formie stałej. 

Te technologie wodorowe stosowane są już dziś. Natomiast w przyszłości wodór może posłużyć do produkcji „najbardziej zrównoważonej żywności na świecie”. Startup z Finlandii wykorzysta energię z fotowoltaiki do produkcji wodoru, który po połączeniu go z dwutlenkiem węgla pozyskanym z powietrza posłuży do wyprodukowania bezwonnego i neutralnego smakowo proszku białkowego, który będzie można dodawać do posiłków. 

Fizyczny wymiar bezpieczeństwa 

Istnieje jeszcze jeden wymiar bezpieczeństwa w idei 3W, w którym kluczowe znaczenie ma pierwiastek węgla w formie grafenu, nanorurek czy fulerenów. Struktury te pozwalają tworzyć nowe materiały o bardzo cennych właściwościach fizykochemicznych. Mają zastosowanie w budownictwie – np. do produkcji betonu grafenowego, czy też jako lekkie i bardzo wytrzymałe elementy konstrukcyjne. A skoro mowa o wytrzymałości: wkrótce na rynek trafią materiały, które powstały dzięki wytworzeniu wiązań wodorowych pomiędzy nanowłóknami węgla i kevlaru. Posłużą do produkcji np. kamizelek kuloodpornych i pancerzy.  

Kompozyty węglowe mają jeszcze jedną ciekawą właściwość: mogą być bardzo twarde, a jednocześnie niewidoczne dla promieniowania elektromagnetycznego. Ten fakt wykorzystują nie tylko przemytnicy (diamenty są niewidzialne dla granicznych skanerów, które prześwietlają bagaż), ale także producenci uzbrojenia: z materiałów węglowych powstają nowe rodzaje dronów, niewykrywalnych przez radary.  

fot. Pexels

Technologie z obszaru 3W to ogromna, naukowo-biznesowa szansa dla Polski. Mamy wielu utalentowanych naukowców i ambitnych ludzi biznesu. Dzięki połączeniu ich kompetencji możemy już dziś kształtować otaczającą nas rzeczywistość tak, by była bezpieczniejsza. I przy okazji wzmacniać polską gospodarkę na arenie międzynarodowej.  

¹ Raport „Geopolityka przemian energetycznych: czynnik wodorowy” (Geopolitics of Energy Transformation: The Hydrogen Factor), wydanego w styczniu 2022 roku przez Międzynarodową Agencję Energii Odnawialnej (IRENA)