Pobierz PDF<\/a> (Open Access)<\/p>\n\n\n\nStreszczenie:<\/strong>S\u0142owa kluczowe:<\/strong> wod\u00f3r niebieski, wod\u00f3r zielony, H2<\/sub>, SMR, ATR, CCS, LCOH, DCFA<\/em><\/p>\n\n\n\nAbstract:Keywords:<\/strong> blue hydrogen, green hydrogen, H2<\/sub>, SMR, ATR, CCS, LCOH, DCFAwzgl\u0119du<\/em><\/p>\n\n\n\n1. Wst\u0119p <\/h3>\n\n\n\n Transformacja energetyczna wymusza odej\u015bcie od paliw kopalnych na rzecz no\u015bnik\u00f3w energii o ni\u017cszym \u015bladzie w\u0119glowym. Wod\u00f3r jest jednym z nielicznych kandydat\u00f3w zdolnych zast\u0105pi\u0107 gaz ziemny i w\u0119giel zar\u00f3wno w przemy\u015ble ci\u0119\u017ckim, jak i w sektorach trudnych do elektryfikacji [1]. Rosn\u0105ce zapotrzebowanie na energi\u0119, nap\u0119dzane urbanizacj\u0105 i wzrostem populacji, zbiega si\u0119 z presj\u0105 regulacyjn\u0105 na redukcj\u0119 emisji CO\u2082. W efekcie to nie sam fakt stosowania wodoru, lecz wyb\u00f3r konkretnej \u015bcie\u017cki jego produkcji staje si\u0119 kluczowym problemem decyzyjnym dla sektora energetycznego [1]. <\/p>\n\n\n\n
W praktyce przemys\u0142owej funkcjonuje kilka \u015bcie\u017cek wytwarzania wodoru, umownie rozr\u00f3\u017cnianych kolorystycznie wed\u0142ug \u017ar\u00f3d\u0142a surowca i emisyjno\u015bci procesu. Wod\u00f3r szary, produkowany w reformingu parowym metanu (SMR \u2013 steam methane reforming) bez wychwytu CO\u2082, pozostaje dominuj\u0105c\u0105 technologi\u0105 ze wzgl\u0119du na niski koszt jednostkowy, jego \u015blad w\u0119glowy wyklucza go jednak z d\u0142ugoterminowych scenariuszy dekarbonizacji [2]. Wod\u00f3r zielony, wytwarzany w elektrolizie zasilanej energi\u0105 odnawialn\u0105, oferuje zerow\u0105 emisyjno\u015b\u0107 procesow\u0105, lecz jego koszt produkcji pozostaje istotnie wy\u017cszy ni\u017c konwencjonalnych metod opartych na gazie ziemnym. Ogranicza to jego konkurencyjno\u015b\u0107 w obecnych warunkach rynkowych [10]. Pomi\u0119dzy tymi dwoma skrajno\u015bciami sytuuje si\u0119 wod\u00f3r niebieski, produkowany metodami reformingu (SMR lub ATR – autothermal reforming) zintegrowanymi z technologi\u0105 CCS (carbon capture and storage \u2013 wychwytywanie i sk\u0142adowanie dwutlenku w\u0119gla), kt\u00f3ra pozwala ograniczy\u0107 emisje procesowe przy zachowaniu wzgl\u0119dnie niskiego kosztu jednostkowego [3]. <\/p>\n\n\n\n
Wod\u00f3r niebieski jest cz\u0119sto wskazywany jako technologia pomostowa: rozwi\u0105zanie umo\u017cliwiaj\u0105ce skalowanie infrastruktury wodorowej i redukcj\u0119 emisji w perspektywie \u015brednioterminowej, zanim koszty wodoru zielonego osi\u0105gn\u0105 parytet z technologiami opartymi na gazie ziemnym [12]. Ocena tej tezy wymaga rzetelnej analizy techniczno-ekonomicznej, uwzgl\u0119dniaj\u0105cej nie tylko koszty kapita\u0142owe i operacyjne poszczeg\u00f3lnych wariant\u00f3w, lecz tak\u017ce wp\u0142yw czynnik\u00f3w regulacyjnych, w szczeg\u00f3lno\u015bci ceny uprawnie\u0144 do emisji w systemie EU ETS, kt\u00f3ra bezpo\u015brednio przek\u0142ada si\u0119 na op\u0142acalno\u015b\u0107 inwestycji w CCS [6].<\/p>\n\n\n\n
W literaturze przedmiotu dost\u0119pne s\u0105 analizy LCOH (levelized cost of hydrogen \u2013 u\u015bredniony koszt produkcji wodoru) dla pojedynczych technologii lub por\u00f3wnania ograniczone do dw\u00f3ch-trzech wariant\u00f3w [3\u20135]. Brakuje natomiast sp\u00f3jnego zestawienia obejmuj\u0105cego jednocze\u015bnie r\u00f3\u017cne poziomy skuteczno\u015bci wychwytu CO\u2082 w ramach SMR i ATR oraz odniesienia do elektrolizy alkalicznej, przeprowadzonego w jednolitych warunkach ekonomicznych w\u0142a\u015bciwych dla rynku europejskiego. Niniejszy artyku\u0142 wype\u0142nia t\u0119 luk\u0119: przedstawia analiz\u0119 sze\u015bciu wariant\u00f3w technologicznych (SMR, ATR, SMR z CCS o skuteczno\u015bci wychwytu 52% i 85%, ATR z CCS o skuteczno\u015bci 91% oraz elektroliz\u0119 alkaliczn\u0105 jako punkt odniesienia dla wodoru zielonego) dla instalacji modelowej o wydajno\u015bci 607 t H\u2082\/dob\u0119, przy przyj\u0119ciu 2026 roku jako roku bazowego.<\/p>\n\n\n\n
Celem artyku\u0142u jest wyznaczenie u\u015brednionego kosztu produkcji wodoru (LCOH) dla poszczeg\u00f3lnych wariant\u00f3w metod\u0105 DCFA (discounted cash flow analysis \u2013 analiza zdyskontowanych przep\u0142yw\u00f3w pieni\u0119\u017cnych), identyfikacja progu op\u0142acalno\u015bci ekonomicznej technologii CCS wzgl\u0119dem ceny uprawnie\u0144 emisyjnych oraz okre\u015blenie g\u0142\u00f3wnych czynnik\u00f3w ryzyka kosztowego za pomoc\u0105 analizy wra\u017cliwo\u015bci metod\u0105 Morrisa i symulacji Monte Carlo. Wyniki maj\u0105 dostarczy\u0107 podstaw do oceny, czy i w jakim horyzoncie czasowym wod\u00f3r niebieski stanowi ekonomicznie uzasadnion\u0105 \u015bcie\u017ck\u0119 dekarbonizacji przemys\u0142u w warunkach europejskich.<\/p>\n\n\n\n
1.1. Opis instalacji modelowej <\/h5>\n\n\n\n Do przeprowadzenia analizy przyj\u0119to instalacj\u0119 modelow\u0105 o wydajno\u015bci 607 t H\u2082\/dob\u0119, pracuj\u0105c\u0105 przy 90% wykorzystaniu zdolno\u015bci produkcyjnych. Odpowiada to skali przemys\u0142owej reprezentatywnej dla du\u017cych odbiorc\u00f3w: rafinerii, zak\u0142ad\u00f3w chemicznych, przemys\u0142u stalowego [3, 4]. Instalacj\u0119 zamodelowano w sze\u015bciu wariantach technologicznych, r\u00f3\u017cni\u0105cych si\u0119 metod\u0105 reformingu (SMR lub ATR), obecno\u015bci\u0105 i skuteczno\u015bci\u0105 wychwytu CO\u2082 (CCS) lub, w przypadku wariantu referencyjnego, technologi\u0105 elektrolizy alkalicznej.<\/p>\n\n\n\n
Instalacje oparte na reformingu wykorzystuj\u0105 gaz ziemny jako surowiec i paliwo procesowe, przy stosunku pary do w\u0119gla (S\/C) wynosz\u0105cym odpowiednio 5,0 dla SMR i 1,7 dla ATR. Ni\u017csza warto\u015b\u0107 dla ATR wynika z wewn\u0119trznego dostarczania ciep\u0142a przez egzotermiczn\u0105 reakcj\u0119 cz\u0119\u015bciowego utleniania, co eliminuje konieczno\u015b\u0107 zewn\u0119trznego ogrzewania pieca [3]. Reakcje reformingu zachodz\u0105 w temperaturze 700\u20131000\u00b0C dla SMR i 950\u20131100\u00b0C dla ATR, przy ci\u015bnieniu procesowym 15\u201380 bar w zale\u017cno\u015bci od wariantu. Instalacja ATR wymaga dodatkowo jednostki wydzielania powietrza (ASU) do produkcji tlenu procesowego, element nieobecny w SMR [3].<\/p>\n\n\n\n
Wariant referencyjny (ALK) opiera si\u0119 na elektrolizie wody zasilanej energi\u0105 elektryczn\u0105, prowadzonej w znacznie \u0142agodniejszych warunkach procesowych (temperatura 60\u201380\u00b0C, ci\u015bnienie 1\u201330 bar), co upraszcza wymagania materia\u0142owe. Wi\u0105\u017ce si\u0119 to jednak z wielokrotnie wy\u017cszym zapotrzebowaniem na energi\u0119 elektryczn\u0105: 50\u201355 kWh\/kg H\u2082, w por\u00f3wnaniu do technologii gazowych [5, 11].<\/p>\n\n\n\n
Parametry techniczne wszystkich analizowanych wariant\u00f3w zestawiono w Tabeli 1.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 1. Zbiorcze parametry techniczne instalacji modelowej (607 t H2<\/sub>\/dob\u0119), opracowanie w\u0142asne na podstawie [3, 5, 11]2<\/sub> per day), own study based on [3, 5, 11]<\/strong><\/p>\n\n\n\nParametr<\/td> SMR-CCS 52%<\/td> SMR-CCS 85%<\/td> ATR-CCS 91%<\/td> ALK<\/td><\/tr> Surowiec<\/td> Gaz ziemny<\/td> Gaz ziemny<\/td> Gaz ziemny + O\u2082<\/td> Woda demin.<\/td><\/tr> Temperatura procesu, \u00b0C<\/td> 700\u20131000<\/td> 700\u20131000<\/td> 950\u20131100<\/td> 60\u201380<\/td><\/tr> Ci\u015bnienie procesu, bar<\/td> 15\u201340<\/td> 15\u201340<\/td> 25\u201380<\/td> 1\u201330<\/td><\/tr> Sprawno\u015b\u0107 LHV, %<\/td> 74\u201385<\/td> 74\u201385<\/td> 73\u201380<\/td> 62\u201382<\/td><\/tr> TRL<\/td> 8\u20139<\/td> 8\u20139<\/td> 8\u20139<\/td> 9<\/td><\/tr> Stopie\u0144 wychwytu CO2<\/sub>, %<\/td>52<\/td> 85<\/td> 91<\/td> \u2013<\/td><\/tr> Emisje GHG, kg CO\u2082eq\/kg H\u2082<\/td> 8,20<\/td> 6,66<\/td> 3,91<\/td> 0,52\u20131,56*<\/td><\/tr> Zu\u017cycie energii elektrycznej, kWh\/kg H\u2082<\/td> 0,56<\/td> 4,42<\/td> 5,32<\/td> 50\u201355<\/td><\/tr> Wymagana jednostka ASU<\/td> Nie<\/td> Nie<\/td> Tak<\/td> Nie<\/td><\/tr> Czysto\u015b\u0107 produktu H\u2082, %<\/td> 99,9+<\/td> 99,9+<\/td> 99,9+<\/td> 99,9\u201399,999<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nWarianty bazowe bez CCS (SMR, ATR) maj\u0105 analogiczne parametry procesowe: temperatur\u0119, ci\u015bnienie, sprawno\u015b\u0107. R\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 przede wszystkim brakiem instalacji wychwytu CO\u2082 oraz ni\u017cszym zapotrzebowaniem na energi\u0119 elektryczn\u0105 (0,6\u20131,0 kWh\/kg H\u2082 dla SMR) [3]. W analizie s\u0142u\u017c\u0105 jako punkt odniesienia do oceny wp\u0142ywu integracji CCS na profil techniczny i ekonomiczny instalacji.<\/p>\n\n\n\n
1.2. Warianty technologiczne obj\u0119te analiz\u0105<\/h5>\n\n\n\n Analiz\u0105 obj\u0119to sze\u015b\u0107 wariant\u00f3w technologicznych, reprezentuj\u0105cych pe\u0142ne spektrum dost\u0119pnych obecnie \u015bcie\u017cek produkcji wodoru niskoemisyjnego: od technologii referencyjnych bez wychwytu CO\u2082, przez trzy stopnie integracji CCS o rosn\u0105cej skuteczno\u015bci, po elektroliz\u0119 alkaliczn\u0105 jako wariant zeroemisyjny [3, 5]. Taki dob\u00f3r pozwala oceni\u0107 nie tylko bezwzgl\u0119dn\u0105 konkurencyjno\u015b\u0107 kosztow\u0105 poszczeg\u00f3lnych technologii, lecz tak\u017ce kra\u0144cowy koszt redukcji emisji przy przechodzeniu mi\u0119dzy kolejnymi poziomami wychwytu CO\u2082.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 2. Warianty technologiczne obj\u0119te analiz\u0105, opracowanie w\u0142asne Wariant<\/td> Technologia bazowa<\/td> Wychwyt CO\u2082<\/td> Rola w analizie<\/td><\/tr> SMR<\/td> Reforming parowy metanu<\/td> Brak<\/td> Punkt odniesienia \u2013 wod\u00f3r szary<\/td><\/tr> ATR<\/td> Reforming autotermiczny<\/td> Brak<\/td> Punkt odniesienia \u2013 wod\u00f3r szary<\/td><\/tr> SMR-CCS 52%<\/td> Reforming parowy metanu<\/td> 52%<\/td> Niski stopie\u0144 integracji CCS<\/td><\/tr> SMR-CCS 85%<\/td> Reforming parowy metanu<\/td> 85%<\/td> Wysoki stopie\u0144 integracji CCS<\/td><\/tr> ATR-CCS 91%<\/td> Reforming autotermiczny<\/td> 91%<\/td> Najwy\u017cszy stopie\u0144 integracji CCS<\/td><\/tr> ALK<\/td> Elektroliza alkaliczna<\/td> Nie dotyczy (zeroemisyjny)<\/td> Wariant referencyjny \u2013 wod\u00f3r zielony<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nWarianty SMR i ATR bez CCS pe\u0142ni\u0105 funkcj\u0119 punkt\u00f3w odniesienia przy ocenie wp\u0142ywu wychwytu CO\u2082 na koszty inwestycyjne i operacyjne. Pozwalaj\u0105 wyodr\u0119bni\u0107 tzw. koszt unikni\u0119tej emisji, kluczowy parametr oceny op\u0142acalno\u015bci CCS w kontek\u015bcie EU ETS [6]. Wariant ALK, zasilany energi\u0105 z odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142, reprezentuje alternatywn\u0105 \u015bcie\u017ck\u0119 dekarbonizacji, niezale\u017cn\u0105 od infrastruktury gazowej i pozbawion\u0105 emisji procesowych. Stanowi punkt odniesienia dla oceny konkurencyjno\u015bci wodoru niebieskiego wzgl\u0119dem zielonego w horyzoncie \u015brednioterminowym [5, 10].<\/p>\n\n\n\n
1.3. Metoda DCFA i wz\u00f3r LCOH<\/h5>\n\n\n\n Ocen\u0119 ekonomiczn\u0105 poszczeg\u00f3lnych wariant\u00f3w przeprowadzono metod\u0105 zdyskontowanych przep\u0142yw\u00f3w pieni\u0119\u017cnych DCFA (discounted cash flow analysis), standardowym podej\u015bciem w analizach techniczno-ekonomicznych instalacji wodorowych [3, 7, 8, 9]. Metoda pozwala wyznaczy\u0107 u\u015bredniony koszt produkcji wodoru LCOH (levelized cost of hydrogen): sta\u0142y koszt jednostkowy, przy kt\u00f3rym zdyskontowane wp\u0142ywy ze sprzeda\u017cy wodoru r\u00f3wnowa\u017c\u0105 zdyskontowane nak\u0142ady inwestycyjne i koszty operacyjne w ca\u0142ym okresie eksploatacji instalacji.<\/p>\n\n\n\n
L<\/mi>C<\/mi>O<\/mi>H<\/mi>=<\/mo>C<\/mi>c<\/mi>a<\/mi>p<\/mi><\/mrow><\/msub>\u00b7<\/mtext>C<\/mi>R<\/mi>F<\/mi>+<\/mo>C<\/mi>o<\/mi>p<\/mi><\/mrow><\/msub><\/mrow>m<\/mi>H<\/mi>2<\/mn><\/mrow><\/msub><\/mfrac><\/mspace>(<\/mo>1<\/mn>)<\/mo><\/mrow>LCOH= \\frac{C_{cap} \u00b7 CRF + C_{op}}{m_{H2}} \\quad (1)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\ngdzie:cap<\/sub> \u2013 ca\u0142kowite nak\u0142ady inwestycyjne (CAPEX) op<\/sub> \u2013 roczne koszty operacyjne (OPEX) H2<\/sub> – roczna produkcja wodoruC<\/mi>R<\/mi>F<\/mi>=<\/mo>I<\/mi>R<\/mi>R<\/mi>\u2219<\/mo>(<\/mo>1<\/mn>+<\/mo>I<\/mi>R<\/mi>R<\/mi>)<\/mo>n<\/mi><\/msup><\/mrow>(<\/mo>1<\/mn>+<\/mo>I<\/mi>R<\/mi>R<\/mi>)<\/mo>n<\/mi><\/msup>\u2212<\/mo>1<\/mn><\/mrow><\/mfrac><\/mspace>(<\/mo>2<\/mn>)<\/mo><\/mrow>CRF=\\frac{IRR\u2219(1 + IRR)^n}{(1+IRR)^n-1} \\quad(2)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\nModel generuje wyniki prepodatkowe. Nie uwzgl\u0119dnia podatku dochodowego, tarczy podatkowej z odpis\u00f3w amortyzacyjnych ani struktury finansowania kapita\u0142em d\u0142u\u017cnym \u2013 jest to standardowe uproszczenie na etapie por\u00f3wna\u0144 technologicznych [3, 7]. CAPEX wyznaczono metod\u0105 kaskadow\u0105 czynnik\u00f3w instalacyjnych, przyjmuj\u0105c jako punkt wyj\u015bcia koszt zakupu urz\u0105dze\u0144 procesowych (TPEC \u2013 total purchased equipment cost) na podstawie danych Oni i in. [3], skorygowany o wska\u017anik inflacji dla lat 2020\u20132026 i przeliczony z CAD na USD. Kluczowe za\u0142o\u017cenia ekonomiczne przyj\u0119te do modelu zestawiono w tabeli 3.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 3. Za\u0142o\u017cenia ekonomiczne modelu DCFA, opracowanie w\u0142asne na podstawie [3, 7, 15]Parametr<\/td> Warto\u015b\u0107<\/td> Jedn.<\/td><\/tr> Rok bazowy i waluta<\/td> 2026<\/td> USD<\/td><\/tr> Wydajno\u015b\u0107 instalacji<\/td> 221 555 000<\/td> kg H\u2082\/rok<\/td><\/tr> Stopie\u0144 wykorzystania zdolno\u015bci produkcyjnych<\/td> 90<\/td> %<\/td><\/tr> Okres funkcjonowania inwestycji (n)<\/td> 25<\/td> lat<\/td><\/tr> Okres sp\u0142aty inwestycji<\/td> 3<\/td> lata<\/td><\/tr> IRR \u2013 technologie gazowe (SMR, ATR, CCS)<\/td> 10<\/td> %<\/td><\/tr> IRR \u2013 elektroliza alkaliczna (ALK)<\/td> 15<\/td> %<\/td><\/tr> CRF (IRR = 10%, n = 25 lat)<\/td> 0,1102<\/td> \u2013<\/td><\/tr> CRF (IRR = 15%, n = 25 lat)<\/td> 0,1547<\/td> \u2013<\/td><\/tr> Kurs walutowy<\/td> 0,75<\/td> CAD\/USD<\/td><\/tr> Wska\u017anik inflacji (2020\u20132026)<\/td> 1,2248<\/td> \u2013<\/td><\/tr> Cena gazu ziemnego<\/td> 9,70<\/td> USD\/GJ<\/td><\/tr> Cena energii elektrycznej<\/td> 0,07<\/td> USD\/kWh<\/td><\/tr> Cena wody demineralizowanej<\/td> 1,10<\/td> USD\/jednostk\u0119<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nWy\u017cszy IRR przyj\u0119ty dla ALK (15% wobec 10% dla technologii gazowych) odzwierciedla wy\u017csze postrzegane ryzyko inwestycyjne projekt\u00f3w opartych na odnawialnych \u017ar\u00f3d\u0142ach energii wzgl\u0119dem dojrza\u0142ych technologii reformingu [3].<\/p>\n\n\n\n
1.4. Analiza wra\u017cliwo\u015bci: metoda Morrisa i symulacje Monte Carlo<\/h5>\n\n\n\n Punktowe oszacowania LCOH opieraj\u0105 si\u0119 na deterministycznych warto\u015bciach parametr\u00f3w wej\u015bciowych, kt\u00f3re w rzeczywisto\u015bci podlegaj\u0105 wahaniom rynkowym. Do identyfikacji parametr\u00f3w o dominuj\u0105cym wp\u0142ywie na wynik oraz oceny stabilno\u015bci wniosk\u00f3w ekonomicznych zastosowano dwuetapow\u0105 procedur\u0119 analizy niepewno\u015bci: metod\u0119 przesiewow\u0105 Morrisa oraz symulacj\u0119 Monte Carlo [3, 13].<\/p>\n\n\n\n
Metoda Morrisa (Morris screening method) s\u0142u\u017cy do identyfikacji parametr\u00f3w wej\u015bciowych o najwi\u0119kszym wp\u0142ywie na zmienno\u015b\u0107 wyniku modelu, bez konieczno\u015bci pe\u0142nego, kosztownego obliczeniowo pr\u00f3bkowania przestrzeni parametr\u00f3w. Polega na wielokrotnym obliczaniu tzw. efekt\u00f3w elementarnych, czyli zmian wyniku modelu wywo\u0142anych pojedyncz\u0105, niewielk\u0105 zmian\u0105 jednego parametru wej\u015bciowego, powtarzanych w wielu losowo wybranych punktach przestrzeni pr\u00f3bkowania. Dla ka\u017cdego parametru wyznacza si\u0119 dwie miary: \u015bredni\u0105 warto\u015b\u0107 bezwzgl\u0119dn\u0105 efekt\u00f3w elementarnych (\u03bc*), wskazuj\u0105c\u0105 si\u0142\u0119 wp\u0142ywu parametru na wynik, oraz odchylenie standardowe tych efekt\u00f3w (\u03c3), wskazuj\u0105ce na nieliniowo\u015b\u0107 lub interakcje z innymi parametrami [3]. Zestawienie obu miar na wykresie Morrisa pozwala rozr\u00f3\u017cni\u0107 parametry o wp\u0142ywie pomijalnym, liniowym i istotnym lub interakcyjnym.<\/p>\n\n\n\n
Analiz\u0105 obj\u0119to dziesi\u0119\u0107 parametr\u00f3w wej\u015bciowych: IRR (internal rate of return \u2013 wewn\u0119trzna stopa zwrotu), okres magazynowania wodoru, koszty jednostek kapita\u0142och\u0142onnych, koszty wychwytu i sekwestracji CO\u2082, ceny no\u015bnik\u00f3w energii oraz stopie\u0144 wykorzystania instalacji. Dla ka\u017cdego przyj\u0119to zakres zmienno\u015bci \u00b130% wzgl\u0119dem warto\u015bci bazowej lub zakres rynkowy w\u0142a\u015bciwy dla danego parametru [3].<\/p>\n\n\n\n
Symulacj\u0119 Monte Carlo wykorzystano w ilo\u015bciowym oszacowaniu wk\u0142adu poszczeg\u00f3lnych parametr\u00f3w w ca\u0142kowit\u0105 wariancj\u0119 wynikow\u0105 LCOH, z zastosowaniem indeks\u00f3w Sobola. W przeciwie\u0144stwie do metody Morrisa, kt\u00f3ra jedynie rankinguje parametry pod wzgl\u0119dem istotno\u015bci, symulacja Monte Carlo pozwala oszacowa\u0107 procentowy udzia\u0142 ka\u017cdego parametru w wariancji wyniku ko\u0144cowego. Odbywa si\u0119 to przez wielokrotne losowe pr\u00f3bkowanie warto\u015bci wszystkich parametr\u00f3w z zadanych rozk\u0142ad\u00f3w i obliczenie rozk\u0142adu wynikowego LCOH [3, 13]. Do por\u00f3wnania technologii mi\u0119dzy sob\u0105 zastosowano dodatkowo modelowanie r\u00f3\u017cnic przy wsp\u00f3lnych rozk\u0142adach parametr\u00f3w zale\u017cnych. Ka\u017cda para wariant\u00f3w korzysta z tych samych pr\u00f3bkowanych warto\u015bci, co eliminuje sztuczn\u0105 wariancj\u0119 wynikaj\u0105c\u0105 z niezale\u017cnego pr\u00f3bkowania [3, 13].<\/p>\n\n\n\n
Model traktuje parametry wej\u015bciowe jako niezale\u017cne zmienne losowe, pomijaj\u0105c rzeczywiste korelacje mi\u0119dzy nimi, np. wsp\u00f3\u0142wyst\u0119powanie wzrostu cen gazu ziemnego, energii elektrycznej i uprawnie\u0144 CO\u2082. Ograniczenie to dyskutowane jest szerzej w rozdziale 4 [13].<\/p>\n\n\n\n
2. Wyniki<\/h3>\n\n\n\n2.1. CAPEX i OPEX poszczeg\u00f3lnych wariant\u00f3w<\/h5>\n\n\n\n Zestawienie koszt\u00f3w inwestycyjnych i operacyjnych dla sze\u015bciu analizowanych wariant\u00f3w, przy wydajno\u015bci instalacji 607 t H\u2082\/dob\u0119, przedstawiono w tabeli 4.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 4. Struktura koszt\u00f3w CAPEX i OPEX dla analizowanych wariant\u00f3w technologicznych, opracowanie w\u0142asne na podstawie [3, 7, 15]Parametr<\/td> SMR<\/td> ATR<\/td> SMR-CCS 52%<\/td> SMR-CCS 85%<\/td> ATR-CCS 91%<\/td> ALK<\/td><\/tr><\/thead> Koszty kapita\u0142owe \u2013 CAPEX, mln USD<\/td> 943,10<\/td> 1338,71<\/td> 1331,36<\/td> 1653,48<\/td> 1884,97<\/td> 1500,00<\/td><\/tr> Coroczne koszty kapita\u0142owe, mln USD<\/td> 103,90<\/td> 147,48<\/td> 146,67<\/td> 182,16<\/td> 207,66<\/td> 165,25<\/td><\/tr> Koszty operacyjne \u2013 OPEX, mln USD\/rok<\/td> 589,62<\/td> 612,29<\/td> 639,87<\/td> 697,77<\/td> 508,06<\/td> 951,07<\/td><\/tr> LCOH, USD\/kg H\u2082<\/td> 3,48<\/td> 3,81<\/td> 3,94<\/td> 4,41<\/td> 3,59<\/td> 5,93<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nNajni\u017cszy koszt kapita\u0142owy ma instalacja SMR bez wychwytu CO\u2082 (943,10 mln USD). Integracja modu\u0142u CCS podnosi CAPEX istotnie: dla SMR-CCS 52% wzrost wynosi ok. 41%, dla SMR-CCS 85% ok. 75% wzgl\u0119dem wariantu bazowego. Najwy\u017cszy koszt kapita\u0142owy spo\u015br\u00f3d wszystkich wariant\u00f3w odnotowano dla ATR-CCS 91% (1884,97 mln USD). Wynika to z konieczno\u015bci budowy jednostki separacji powietrza (ASU) oraz zaawansowanej infrastruktury wychwytu o wysokiej skuteczno\u015bci [3, 4].<\/p>\n\n\n\n
Struktura koszt\u00f3w operacyjnych wykazuje odmienny rozk\u0142ad ni\u017c CAPEX. Mimo najwy\u017cszych nak\u0142ad\u00f3w inwestycyjnych wariant ATR-CCS 91% osi\u0105ga najni\u017cszy OPEX spo\u015br\u00f3d technologii gazowych (508,06 mln USD\/rok). Wy\u017csze wydatki kapita\u0142owe znajduj\u0105 wi\u0119c uzasadnienie w ni\u017cszych kosztach bie\u017c\u0105cej eksploatacji, przede wszystkim dzi\u0119ki ograniczonym op\u0142atom emisyjnym przy wysokim stopniu wychwytu CO\u2082 [4, 6]. Odwrotn\u0105 zale\u017cno\u015b\u0107 obserwuje si\u0119 dla SMR-CCS 85%: wysoki OPEX (697,77 mln USD\/rok) to skutek najwi\u0119kszego w\u015br\u00f3d technologii gazowych zu\u017cycia energii elektrycznej, potrzebnej do zasilania dw\u00f3ch modu\u0142\u00f3w wychwytu wymaganych przy 85% skuteczno\u015bci [3].<\/p>\n\n\n\n
Elektroliza alkaliczna wyr\u00f3\u017cnia si\u0119 zdecydowanie najwy\u017cszym OPEX (951,07 mln USD\/rok) co jest spowodowane wysokim zu\u017cyciem energii elektrycznej (50\u201355 kWh\/kg H\u2082). Odpowiada za ponad 95% ca\u0142kowitego bud\u017cetu operacyjnego tej technologii [11]. CAPEX pozostaje przy tym umiarkowany (1500,00 mln USD, ni\u017cszy ni\u017c dla ATR-CCS 91%), ale dominuj\u0105cy udzia\u0142 koszt\u00f3w energii elektrycznej w OPEX przek\u0142ada si\u0119 na najwy\u017cszy LCOH spo\u015br\u00f3d wszystkich analizowanych wariant\u00f3w.<\/p>\n\n\n\n
ATR-CCS 91% wypada wi\u0119c jako wariant optymalny spo\u015br\u00f3d technologii niskoemisyjnych: 3,59 USD\/kg H\u2082, dro\u017cej tylko od wariantu bazowego SMR bez CCS (3,48 USD\/kg H\u2082), przy jednoczesnym zapewnieniu 91% redukcji emisji procesowych. Wp\u0142yw op\u0142at emisyjnych EU ETS na t\u0119 relacj\u0119 omawia podrozdzia\u0142 3.3.<\/p>\n\n\n\n
2.2. LCOH: por\u00f3wnanie wariant\u00f3w i pozycja ATR-CCS 91%<\/h5>\n\n\n\n Zestawienie warto\u015bci LCOH dla sze\u015bciu analizowanych wariant\u00f3w, uporz\u0105dkowane rosn\u0105co, przedstawiono w tabeli 5.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 5. Ranking wariant\u00f3w technologicznych wed\u0142ug LCOH, opracowanie w\u0142asnePoz.<\/td> Wariant<\/td> LCOH, USD\/kg H\u2082<\/td> Redukcja emisji CO\u2082 wzgl\u0119dem wariantu bazowego<\/td><\/tr><\/thead> 1<\/td> SMR<\/td> 3,48<\/td> \u2013 (wariant bazowy, brak CCS)<\/td><\/tr> 2<\/td> ATR-CCS 91%<\/td> 3,59<\/td> 91%<\/td><\/tr> 3<\/td> ATR<\/td> 3,81<\/td> \u2013 (wariant bazowy, brak CCS)<\/td><\/tr> 4<\/td> SMR-CCS 52%<\/td> 3,94<\/td> 52%<\/td><\/tr> 5<\/td> SMR-CCS 85%<\/td> 4,41<\/td> 85%<\/td><\/tr> 6<\/td> ALK<\/td> 5,93<\/td> 100% (przy zasilaniu OZE)<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nZ rankingu wynika obserwacja kluczowa dla oceny op\u0142acalno\u015bci wodoru niebieskiego: wariant ATR-CCS 91% osi\u0105ga LCOH ni\u017cszy ni\u017c nieobj\u0119ty wychwytem wariant ATR bazowy (3,59 wobec 3,81 USD\/kg H\u2082), mimo znacz\u0105co wy\u017cszych nak\u0142ad\u00f3w inwestycyjnych opisanych w podrozdziale 3.1. Integracja CCS z ATR obni\u017ca koszt produkcji wodoru o ok. 0,22 USD\/kg H\u2082, bo oszcz\u0119dno\u015bci z eliminacji op\u0142at emisyjnych w EU ETS przewy\u017cszaj\u0105 dodatkowy koszt kapita\u0142owy i operacyjny instalacji wychwytu [4, 6]. Ta zale\u017cno\u015b\u0107 nie wyst\u0119puje dla SMR: integracja CCS-52% podnosi LCOH o ok. 0,46 USD\/kg H\u2082 (wzrost o 13% wzgl\u0119dem wariantu bazowego), a CCS-85% o ok. 0,93 USD\/kg H\u2082. Op\u0142acalno\u015b\u0107 CCS jest wi\u0119c silnie zale\u017cna od technologii bazowej, nie tylko od stopnia wychwytu [3].<\/p>\n\n\n\n
Por\u00f3wnanie SMR-CCS 52% i SMR-CCS 85% pokazuje, \u017ce podniesienie skuteczno\u015bci wychwytu z 52% do 85% wi\u0105\u017ce si\u0119 ze wzrostem LCOH o ok. 12%. G\u0142\u00f3wn\u0105 przyczyn\u0105 jest znacznie wy\u017csze zapotrzebowanie na energi\u0119 elektryczn\u0105 i par\u0119 technologiczn\u0105, niezb\u0119dn\u0105 do regeneracji rozpuszczalnika aminowego w dw\u00f3ch modu\u0142ach CCS wymaganych do osi\u0105gni\u0119cia wy\u017cszej skuteczno\u015bci [3]. Kra\u0144cowy koszt dodatkowej redukcji emisji ro\u015bnie zatem wraz ze skuteczno\u015bci\u0105: ka\u017cdy kolejny punkt procentowy wychwytu w SMR jest dro\u017cszy ni\u017c poprzedni.<\/p>\n\n\n\n
Zestawienie SMR-CCS 85% z ATR-CCS 91% ujawnia r\u00f3\u017cnic\u0119 LCOH rz\u0119du 22,8% na korzy\u015b\u0107 ATR, mimo wy\u017cszego stopnia wychwytu CO\u2082 w tym drugim wariancie. Wyb\u00f3r technologii bazowej reformingu ma wi\u0119c wi\u0119ksze znaczenie dla ostatecznego kosztu wodoru niebieskiego ni\u017c sam stopie\u0144 integracji CCS. Dzi\u0119ki wewn\u0119trznemu odzyskowi ciep\u0142a z reakcji cz\u0119\u015bciowego utleniania i ni\u017cszemu zapotrzebowaniu na par\u0119 technologiczn\u0105 ATR generuje korzystniejszy profil kosztowy nawet przy wy\u017cszych nak\u0142adach inwestycyjnych [3, 4].<\/p>\n\n\n\n
Elektroliza alkaliczna pozostaje najdro\u017cszym z analizowanych wariant\u00f3w, z LCOH wy\u017cszym o ok. 65% wzgl\u0119dem optymalnego ATR-CCS 91%. Warunki, w jakich ta relacja mog\u0142aby si\u0119 odwr\u00f3ci\u0107, om\u00f3wiono w podrozdziale 3.5.<\/p>\n\n\n\n
2.3. Wp\u0142yw ceny uprawnie\u0144 EU ETS na op\u0142acalno\u015b\u0107 CCS<\/h5>\n\n\n\n Kluczowym czynnikiem determinuj\u0105cym ekonomiczn\u0105 zasadno\u015b\u0107 integracji CCS jest poziom op\u0142at emisyjnych w europejskim systemie handlu uprawnieniami do emisji (EU ETS). Pr\u00f3g op\u0142acalno\u015bci, rozumiany jako cena CO\u2082, przy kt\u00f3rej wariant z CCS staje si\u0119 ta\u0144szy ni\u017c odpowiadaj\u0105cy mu wariant bez wychwytu, wykazuje istotne r\u00f3\u017cnice mi\u0119dzy technologiami reformingu \u2013 przedstawia je tabela 6.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 6. Pr\u00f3g op\u0142acalno\u015bci CCS wzgl\u0119dem ceny uprawnie\u0144 EU ETS, opracowanie w\u0142asne na podstawie [3, 6]Wariant<\/td> Pr\u00f3g op\u0142acalno\u015bci CCS, USD\/t CO\u2082<\/td> Relacja do cen EU ETS w 2026 r.<\/td><\/tr><\/thead> ATR-CCS 91%<\/td> 60<\/td> Poziom ju\u017c osi\u0105gni\u0119ty i przekroczony<\/td><\/tr> SMR-CCS 52%<\/td> 125<\/td> Powy\u017cej obecnego poziomu rynkowego<\/td><\/tr> SMR-CCS 85%<\/td> 130<\/td> Powy\u017cej obecnego poziomu rynkowego<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nWariant ATR-CCS 91% osi\u0105ga przewag\u0119 kosztow\u0105 nad wariantem bazowym ju\u017c przy cenie uprawnie\u0144 na poziomie 60 USD\/t CO\u2082, zbli\u017conym do notowa\u0144 rynkowych EU ETS w 2026 roku [6]. Przy obecnych warunkach regulacyjnych integracja CCS z ATR jest wi\u0119c ekonomicznie uzasadniona bez dodatkowego wsparcia publicznego. Eliminacja op\u0142at emisyjnych dzi\u0119ki wychwyceniu 91% CO\u2082 daje oszcz\u0119dno\u015b\u0107 rz\u0119du 146 mln USD\/rok, kt\u00f3ra z nadwy\u017ck\u0105 kompensuje wzrost rocznych koszt\u00f3w kapita\u0142owych wynikaj\u0105cy z wy\u017cszego CAPEX [3, 4].<\/p>\n\n\n\n
Inaczej wygl\u0105da sytuacja dla SMR. Pr\u00f3g op\u0142acalno\u015bci wynosi 125 USD\/t CO\u2082 dla wariantu CCS-52% i 130 USD\/t CO\u2082 dla CCS-85%, a wi\u0119c istotnie powy\u017cej cen obserwowanych na rynku EU ETS w roku bazowym. Integracja CCS z SMR pozostaje w 2026 roku ekonomicznie nieuzasadniona bez dodatkowego wsparcia regulacyjnego lub finansowego, np. mechanizm\u00f3w typu hydrogen contracts for difference [4]. R\u00f3\u017cnica prog\u00f3w op\u0142acalno\u015bci mi\u0119dzy ATR a SMR wynika bezpo\u015brednio z ni\u017cszego OPEX technologii ATR, opisanego w podrozdziale 3.1: im ni\u017cszy koszt operacyjny bazowy, tym mniejsza cena CO\u2082 potrzebna, by oszcz\u0119dno\u015bci z eliminacji op\u0142at emisyjnych zr\u00f3wnowa\u017cy\u0142y dodatkowy koszt kapita\u0142owy CCS.<\/p>\n\n\n\n
Wynik ten ma implikacje dla polityki wspierania dekarbonizacji przemys\u0142u wodorowego. Technologia bazowa reformingu determinuje wra\u017cliwo\u015b\u0107 projektu na polityk\u0119 klimatyczn\u0105 w wi\u0119kszym stopniu ni\u017c sam stopie\u0144 wychwytu CO\u2082. Projekty oparte na ATR mog\u0105 osi\u0105ga\u0107 op\u0142acalno\u015b\u0107 CCS przy znacznie ni\u017cszych cenach uprawnie\u0144 ni\u017c projekty oparte na SMR.<\/p>\n\n\n\n
Analiza przyjmuje sta\u0142\u0105 cen\u0119 uprawnie\u0144 EU ETS w\u0142a\u015bciw\u0105 dla roku bazowego 2026, nie uwzgl\u0119dniaj\u0105c prognozowanej trajektorii wzrostu cen do poziomu 100\u2013150 EUR\/t do 2030 roku [14]. Przy takim wzro\u015bcie pr\u00f3g op\u0142acalno\u015bci dla SMR-52% (125 USD\/t) zosta\u0142by najprawdopodobniej przekroczony w ci\u0105gu kilku lat, co poprawi\u0142oby pozycj\u0119 konkurencyjn\u0105 wszystkich wariant\u00f3w CCS wzgl\u0119dem technologii bazowych [3, 14].<\/p>\n\n\n\n
2.4. Wyniki analizy wra\u017cliwo\u015bci: dominacja kosztu magazynowania wodoru<\/h5>\n\n\n\n Analiza metod\u0105 Morrisa, przeprowadzona dla trzech wariant\u00f3w niebieskiego wodoru (SMR-CCS 52%, SMR-CCS 85%, ATR-CCS 91%), wykaza\u0142a sp\u00f3jny wzorzec: we wszystkich trzech technologiach magazynowanie wodoru oraz wewn\u0119trzna stopa zwrotu (IRR) plasuj\u0105 si\u0119 w strefie najwy\u017cszej wra\u017cliwo\u015bci modelu, wyra\u017anie odr\u00f3\u017cniaj\u0105c si\u0119 od pozosta\u0142ych parametr\u00f3w. Ilo\u015bciowe wyniki analizy niepewno\u015bci metod\u0105 Monte Carlo, kwantyfikuj\u0105ce udzia\u0142 poszczeg\u00f3lnych parametr\u00f3w w ca\u0142kowitej wariancji LCOH, przedstawiono w tabeli 7.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 7. Udzia\u0142 parametr\u00f3w wej\u015bciowych w wariancji wynikowej LCOH, opracowanie w\u0142asne na podstawie [3, 13] Parametr<\/td> SMR-CCS 52%<\/td> SMR-CCS 85%<\/td> ATR-CCS 91%<\/td><\/tr><\/thead> Magazynowanie wodoru<\/td> >55%<\/td> 34,9%<\/td> >55%<\/td><\/tr> IRR (CRF)<\/td> ~37%<\/td> 30,1%<\/td> ~39%<\/td><\/tr> Cena gazu ziemnego<\/td> semi-wra\u017cliwy<\/td> 26,3%<\/td> semi-wra\u017cliwy<\/td><\/tr> Pozosta\u0142e parametry<\/td> 7,6%<\/td> 8,7%<\/td> 5,5%<\/td><\/tr> Suma parametr\u00f3w dominuj\u0105cych<\/td> ~92,4%<\/td> ~91,0%<\/td> ~94,5%<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nDla SMR-CCS 52% i ATR-CCS 91% magazynowanie wodoru oraz IRR wyja\u015bniaj\u0105 \u0142\u0105cznie odpowiednio 92,4% i 94,5% ca\u0142kowitej wariancji wynikowej modelu. Pozosta\u0142e osiem analizowanych parametr\u00f3w (ceny medi\u00f3w, koszty jednostek kapita\u0142och\u0142onnych, odleg\u0142o\u015b\u0107 transportu CO\u2082, koszty sekwestracji, stopie\u0144 wykorzystania instalacji), odpowiada \u0142\u0105cznie za mniej ni\u017c 8% wariancji [3].<\/p>\n\n\n\n
Wariant SMR-CCS 85% ma odmienny, bardziej roz\u0142o\u017cony profil wra\u017cliwo\u015bci. Udzia\u0142 magazynowania wodoru spada do 34,9%, przy jednoczesnym wzro\u015bcie znaczenia ceny gazu ziemnego do 26,3%. Powodem jest najwy\u017csze w tej technologii zu\u017cycie gazu jako paliwa, niezb\u0119dnego do zasilania dw\u00f3ch modu\u0142\u00f3w CCS wymaganych do osi\u0105gni\u0119cia 85% skuteczno\u015bci wychwytu [3].<\/p>\n\n\n\n
Dominuj\u0105ca pozycja kosztu magazynowania wodoru ma \u017ar\u00f3d\u0142o w strukturze CAPEX opisanej w podrozdziale 3.1: magazyn wodoru stanowi 24\u201348% ca\u0142kowitych nak\u0142ad\u00f3w inwestycyjnych we wszystkich wariantach, niezale\u017cnie od technologii bazowej czy stopnia integracji CCS [3]. Decyduje o tym przede wszystkim wyb\u00f3r rozwi\u0105zania magazynowego. Naziemne zbiorniki ci\u015bnieniowe kosztuj\u0105 135\u2013345 USD\/kg pojemno\u015bci, podczas gdy kawerny solne, wymagaj\u0105ce jednak odpowiedniej geologii lokalizacji, jedynie 2\u201313 USD\/kg [3]. Dost\u0119pno\u015b\u0107 ta\u0144szego rozwi\u0105zania geologicznego mog\u0142aby obni\u017cy\u0107 LCOH o 0,3\u20130,6 USD\/kg H\u2082 \u2013 to najwi\u0119ksza pojedyncza d\u017awignia redukcji koszt\u00f3w spo\u015br\u00f3d wszystkich zidentyfikowanych w analizie.<\/p>\n\n\n\n
Wysoki udzia\u0142 IRR w strukturze wariancji (30\u201339% w zale\u017cno\u015bci od wariantu) ma te\u017c znaczenie praktyczne: rzeczywisty koszt kapita\u0142u zale\u017cy od profilu ryzyka postrzeganego przez inwestor\u00f3w i instytucje finansuj\u0105ce, nie tylko od parametr\u00f3w technicznych instalacji [3].<\/p>\n\n\n\n
Model traktuje wszystkie parametry wej\u015bciowe jako niezale\u017cne zmienne losowe, pomijaj\u0105c rzeczywiste korelacje rynkowe, np. wsp\u00f3\u0142wyst\u0119powanie wzrostu cen gazu ziemnego i energii elektrycznej. Ograniczenie to om\u00f3wiono szerzej w dyskusji, w rozdziale 4 [13].<\/p>\n\n\n\n
2.5. Por\u00f3wnanie z ALK: warunki konkurencyjno\u015bci elektrolizy alkalicznej<\/h5>\n\n\n\n Elektroliza alkaliczna, przyj\u0119ta jako punkt odniesienia dla wodoru zielonego, osi\u0105ga LCOH na poziomie 5,93 USD\/kg H\u2082, warto\u015b\u0107 wy\u017csz\u0105 o ok. 65% wzgl\u0119dem optymalnego ATR-CCS 91% (3,59 USD\/kg H\u2082) i o ok. 51% wzgl\u0119dem SMR-CCS 52%. To najwy\u017cszy koszt produkcji spo\u015br\u00f3d wszystkich sze\u015bciu analizowanych wariant\u00f3w (por. tabela 5, podrozdzia\u0142 3.2).<\/p>\n\n\n\n
\u0179r\u00f3d\u0142em tej r\u00f3\u017cnicy jest struktura koszt\u00f3w operacyjnych ALK, w kt\u00f3rej energia elektryczna odpowiada za ponad 95% bud\u017cetu OPEX, przy zu\u017cyciu 50-55 kWh\/kg H\u2082 [11]. Przy przyj\u0119tej w analizie cenie energii elektrycznej 0,07 USD\/kWh, OPEX instalacji ALK (951 mln USD\/rok) jest o 87% wy\u017cszy ni\u017c dla ATR-CCS 91% (508 mln USD\/rok), mimo \u017ce CAPEX obu technologii pozostaje zbli\u017cony (1500 wobec 1885 mln USD). Potwierdza to analiza wra\u017cliwo\u015bci: cena energii elektrycznej odpowiada za ok. 60% wariancji LCOH w wariancie ALK i jest zdecydowanie dominuj\u0105cym czynnikiem ryzyka kosztowego tej technologii [5].<\/p>\n\n\n\n
Punkt przeci\u0119cia (crossover) kosztowego z ATR-CCS 91%.<\/strong> Przyjmuj\u0105c LCOH wariantu ATR-CCS 91% jako punkt odniesienia i zak\u0142adaj\u0105c niezmienno\u015b\u0107 pozosta\u0142ych parametr\u00f3w modelu, wyznaczono cen\u0119 energii elektrycznej, przy kt\u00f3rej obie technologie osi\u0105gaj\u0105 r\u00f3wnowa\u017cno\u015b\u0107 kosztow\u0105:<\/p>\n\n\n\nLCOH_ALK(c\u2091) = LCOH_ATR-CCS = 3,59 USD\/kg H\u2082<\/p>\n\n\n\n
Rozwi\u0105zanie tej zale\u017cno\u015bci wskazuje pr\u00f3g konkurencyjno\u015bci ALK na poziomie 37 USD\/MWh (0,037 USD\/kWh) \u2013 warto\u015b\u0107 ponad 45% ni\u017csz\u0105 od ceny przyj\u0119tej w scenariuszu bazowym (70 USD\/MWh). Wynik jest sp\u00f3jny z szacunkami IRENA [10], wed\u0142ug kt\u00f3rych obni\u017cenie kosztu energii elektrycznej poni\u017cej 30\u201340 USD\/MWh stanowi warunek konieczny konkurencyjno\u015bci zielonego wodoru wzgl\u0119dem \u015bcie\u017cek opartych na paliwach kopalnych.<\/p>\n\n\n\n
Tabela 8. Warunki konkurencyjno\u015bci ALK wzgl\u0119dem ATR-CCS 91%, opracowanie w\u0142asne na podstawie [3, 10, 11]Czynnik<\/td> Stan obecny (2026)<\/td> Warunek konkurencyjno\u015bci ALK<\/td><\/tr><\/thead> Cena energii elektrycznej<\/td> 70 USD\/MWh<\/td> < 37 USD\/MWh<\/td><\/tr> Emisyjno\u015b\u0107 energii elektrycznej<\/td> ~0,70 kg CO\u2082\/kWh (miks PL)<\/td> < 0,05 kg CO\u2082\/kWh (OZE)<\/td><\/tr> CAPEX elektrolizera<\/td> ~1500 mln USD<\/td> < 900 mln USD (redukcja ~40%)<\/td><\/tr> Cena gazu ziemnego<\/td> 9,70 USD\/GJ<\/td> > 18\u201320 USD\/GJ<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nCena energii elektrycznej poni\u017cej progu 37 USD\/MWh jest dzi\u015b osi\u0105galna jedynie w regionach o wyj\u0105tkowo korzystnych warunkach wiatrowych lub nas\u0142onecznienia (pozostaje poza zasi\u0119giem standardowych warunk\u00f3w sieciowych w Polsce i Europie \u015arodkowej w perspektywie do 2030 roku) [10]. Prognozy wskazuj\u0105 jednak, \u017ce ceny energii z OZE mog\u0105 spa\u015b\u0107 do 15\u201325 USD\/MWh do 2030\u20132035 roku, co zbli\u017ca\u0142oby ALK do progu konkurencyjno\u015bci niezale\u017cnie od dalszego rozwoju technologii elektrolizer\u00f3w [10].<\/p>\n\n\n\n
Konkurencyjno\u015b\u0107 cenowa ALK nie jest przy tym r\u00f3wnoznaczna z przewag\u0105 emisyjn\u0105. Elektroliza zasilana z polskiego miksu energetycznego (emisyjno\u015b\u0107 ok. 0,70 kg CO\u2082\/kWh) generuje emisje rz\u0119du 36,4 kg CO\u2082eq\/kg H\u2082, niemal dziesi\u0119ciokrotnie wi\u0119cej ni\u017c ATR-CCS 91% (3,91 kg CO\u2082eq\/kg H\u2082). Osi\u0105gni\u0119cie zar\u00f3wno konkurencyjno\u015bci kosztowej, jak i emisyjnej wymaga wi\u0119c jednoczesnego spe\u0142nienia dw\u00f3ch warunk\u00f3w: obni\u017cenia ceny energii elektrycznej poni\u017cej 37 USD\/MWh oraz zapewnienia jej pochodzenia z niskoemisyjnych \u017ar\u00f3de\u0142 wytw\u00f3rczych.<\/p>\n\n\n\n
3. Dyskusja<\/h3>\n\n\n\n3.1. Zestawienie wynik\u00f3w z danymi literaturowymi<\/h5>\n\n\n\n Ocena sp\u00f3jno\u015bci uzyskanych wynik\u00f3w z dotychczasowym dorobkiem literaturowym jest niezb\u0119dnym elementem weryfikacji wiarygodno\u015bci zastosowanego modelu DCFA. Bezpo\u015brednie por\u00f3wnanie warto\u015bci LCOH z literatur\u0105 wymaga jednak uwzgl\u0119dnienia r\u00f3\u017cnic metodologicznych: roku bazowego, waluty, przyj\u0119tej stopy IRR oraz zakresu koszt\u00f3w uj\u0119tych w modelu, w szczeg\u00f3lno\u015bci obecno\u015bci lub braku koszt\u00f3w magazynowania wodoru i pe\u0142nej infrastruktury CCS, kt\u00f3re w wielu wcze\u015bniejszych opracowaniach by\u0142y pomijane lub niedoszacowane [3].<\/p>\n\n\n\n
Tabela 9. Por\u00f3wnanie LCOH niniejszej analizy z wynikami literaturowymi, opracowanie w\u0142asne na podstawie [3]Technologia<\/td> Niniejsza analiza, USD\/kg H\u2082, 2026<\/td> Oni i in. [3], (CAD\/kg H\u2082, 2020<\/td><\/tr> SMR (bez CCS)<\/td> 3,48<\/td> 1,22<\/td><\/tr> ATR (bez CCS)<\/td> 3,81<\/td> 1,23<\/td><\/tr> SMR-CCS 52%<\/td> 3,94<\/td> 1,69<\/td><\/tr> SMR-CCS 85%<\/td> 4,41<\/td> 2,36<\/td><\/tr> ATR-CCS 91%<\/td> 3,59<\/td> 1,66<\/td><\/tr> ALK<\/td> 5,93<\/td> \u2013<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nPraca Oni i in. [3] jest bezpo\u015brednim punktem odniesienia metodologicznego dla niniejszej analizy: na jej podej\u015bciu opiera si\u0119 zar\u00f3wno struktura kaskadowego wyznaczania CAPEX, jak i uwzgl\u0119dnienie koszt\u00f3w magazynowania wodoru w bilansie LCOH. Bezwzgl\u0119dne warto\u015bci LCOH uzyskane w niniejszej pracy s\u0105 oko\u0142o 3-krotnie wy\u017csze ni\u017c w cytowanym \u017ar\u00f3dle. Z\u0142o\u017cy\u0142y si\u0119 na to trzy czynniki: aktualizacja do cen roku 2026 (skumulowana inflacja rz\u0119du 22% wzgl\u0119dem roku bazowego 2020 przyj\u0119tego przez Oni i in.), wy\u017csza cena gazu ziemnego w niniejszym modelu (9,70 USD\/GJ wobec 5 USD\/GJ charakterystycznej dla rynku kanadyjskiego) oraz wy\u017csza cena energii elektrycznej, odzwierciedlaj\u0105ca realia rynku europejskiego. Mimo tych r\u00f3\u017cnic w warto\u015bciach bezwzgl\u0119dnych relacje mi\u0119dzy wariantami pozostaj\u0105 sp\u00f3jne: w obu analizach ATR-CCS osi\u0105ga najni\u017cszy LCOH spo\u015br\u00f3d technologii z wychwytem CO\u2082, a SMR-CCS 85% pozostaje wariantem najdro\u017cszym. Potwierdza to trafno\u015b\u0107 struktury modelu, niezale\u017cnie od zastosowanych cen bazowych [3].<\/p>\n\n\n\n
Zgodno\u015b\u0107 wynik\u00f3w potwierdza si\u0119 tak\u017ce w wymiarze technicznym. Parametry procesowe reformingu przyj\u0119te w analizie: zakresy temperatur (700\u20131000\u00b0C dla SMR, 950\u20131100\u00b0C dla ATR) oraz endotermiczny charakter reakcji konwersji metanu \u2013 pozostaj\u0105 zgodne z fundamentaln\u0105 charakterystyk\u0105 kinetyczn\u0105 i termodynamiczn\u0105 procesu SMR opisan\u0105 przez Rostrup-Nielsena i in. [17]. To niezale\u017cne potwierdzenie poprawno\u015bci za\u0142o\u017ce\u0144 technicznych le\u017c\u0105cych u podstaw modelu ekonomicznego.<\/p>\n\n\n\n
W odniesieniu do wodoru zielonego, uzyskany pr\u00f3g konkurencyjno\u015bci cenowej ALK (37 USD\/MWh) jest zbie\u017cny z szacunkami IRENA [10], wed\u0142ug kt\u00f3rych obni\u017cenie kosztu energii elektrycznej poni\u017cej 30\u201340 USD\/MWh jest warunkiem koniecznym osi\u0105gni\u0119cia konkurencyjno\u015bci zielonego wodoru wzgl\u0119dem \u015bcie\u017cek opartych na paliwach kopalnych. Zbie\u017cno\u015b\u0107 ta, uzyskana zosta\u0142a niezale\u017cnie na podstawie odmiennych metodologii. Analiza IRENA ma charakter przekrojowy i obejmuje wiele projekt\u00f3w globalnych, podczas gdy niniejsza opiera si\u0119 na modelu DCFA dla pojedynczej instalacji referencyjnej.<\/p>\n\n\n\n
Malej\u0105ca kra\u0144cowa op\u0142acalno\u015b\u0107 CCS w technologii SMR znajduje potwierdzenie w pracy Collodiego i in. [9], kt\u00f3rzy wykazali wzrost LCOH o ok. 46% przy podniesieniu skuteczno\u015bci wychwytu z ok. 55% do ok. 90%. W niniejszej analizie analogiczny wzrost (SMR-CCS 52% \u2192 SMR-CCS 85%) wynosi tylko ok. 12%. R\u00f3\u017cnica wynika z efektu skali, instalacja 607 t H\u2082\/dob\u0119 jest ok. trzykrotnie wi\u0119ksza od analizowanej przez Collodiego i in., przy wsp\u00f3\u0142czynniku skali SF = 0,67\u20130,68 oraz z proporcjonalnie sta\u0142ego udzia\u0142u kosztu magazynowania wodoru w CAPEX (24\u201348%), kt\u00f3ry zmniejsza wzgl\u0119dny wp\u0142yw r\u00f3\u017cnic w infrastrukturze CCS na ko\u0144cowy LCOH [3, 7, 9].<\/p>\n\n\n\n
Wyniki niniejszej analizy pozostaj\u0105 zatem jako\u015bciowo sp\u00f3jne z literatur\u0105 przedmiotu. R\u00f3\u017cnice w warto\u015bciach bezwzgl\u0119dnych LCOH wynikaj\u0105 z odmiennych za\u0142o\u017ce\u0144 cenowych i walutowych w\u0142a\u015bciwych dla r\u00f3\u017cnych rynk\u00f3w i lat bazowych, natomiast kluczowe relacje ekonomiczne mi\u0119dzy technologiami, s\u0105 potwierdzone niezale\u017cnie przez wcze\u015bniejsze opracowania [3, 7, 9, 10, 17].<\/p>\n\n\n\n
3.2. Implikacje praktyczne: CCS jako technologia pomostowa w kontek\u015bcie polityki UE i Polski<\/h5>\n\n\n\n Wyniki analizy wpisuj\u0105 si\u0119 bezpo\u015brednio w obowi\u0105zuj\u0105ce ramy regulacyjne Unii Europejskiej, kt\u00f3re przypisuj\u0105 niebieskiemu wodorowi rol\u0119 technologii przej\u015bciowej w dekarbonizacji przemys\u0142u. Europejska Strategia Wodorowa z 2020 roku, pakiet REPowerEU z 2022 roku oraz rozporz\u0105dzenie o gazie ziemnym i wodorze z 2024 roku dopuszczaj\u0105 finansowanie publiczne niebieskiego wodoru na zasadach analogicznych do zielonego, pod warunkiem spe\u0142nienia okre\u015blonych prog\u00f3w emisyjno\u015bci [5]. Ekonomiczna zasadno\u015b\u0107 CCS dla ATR ju\u017c przy cenie uprawnie\u0144 EU ETS na poziomie 60 USD\/t (poziomie ju\u017c osi\u0105gni\u0119tym rynkowo) potwierdza, \u017ce obecne otoczenie regulacyjne rzeczywi\u015bcie sprzyja wdra\u017caniu tej technologii bez dodatkowego wsparcia finansowego ze \u015brodk\u00f3w publicznych [6].<\/p>\n\n\n\n
Skala globalnego zapotrzebowania na wod\u00f3r niskoemisyjny wzmacnia praktyczne znaczenie tego wyniku. Przemys\u0142 ci\u0119\u017cki (produkcja amoniaku, rafinerie, redukcja bezpo\u015brednia stali) zu\u017cywa obecnie ponad 97 Mt H\u2082\/rok, przy czym ca\u0142y ten wolumen pochodzi z produkcji opartej na paliwach kopalnych bez wychwytu CO\u2082 [3]. Niebieski wod\u00f3r pozwala dekarbonizowa\u0107 te procesy bez zmiany technologii odbiorczej. To istotna przewaga praktyczna nad wodorem zielonym, kt\u00f3ry w wielu zastosowaniach przemys\u0142owych wymaga dodatkowych inwestycji dostosowawczych po stronie odbiorcy. Prognozy IEA wskazuj\u0105, \u017ce niebieski wod\u00f3r powinien stanowi\u0107 ok. 33% globalnego miksu wodorowego w 2030 roku, a wed\u0142ug Hydrogen Council nawet 36% [5, 18]. Obie organizacje traktuj\u0105 t\u0119 technologi\u0119 jako niezb\u0119dny element transformacji energetycznej nadchodz\u0105cej dekady.<\/p>\n\n\n\n
![\"ORCID](\"http:\/\/gwits.pl\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/ORCID.png\")
<\/em><\/p>\n\n\n\n