Czy domy będzie można ogrzewać wodorem? O kotłach H2 ready

Ogrzewanie wodorem działa, ale tylko w pilotażach: kocioł na czysty wodór ogrzewa budynki tam, gdzie zbudowano własne źródło wodoru i wydzieloną sieć. Przy zwykłym przyłączu gazowym nie ma do czego takiego kotła podłączyć. Kotły z napisem H2 Ready spalają zwykle gaz ziemny z domieszką do 20% wodoru. To wciąż kocioł na paliwo kopalne.

Czy dom można ogrzać samym wodorem?

Kocioł spalający wyłącznie wodór działa i ogrzewa zamieszkane budynki, ale tylko w pilotażach. W zwykłej sprzedaży takich urządzeń nie ma. Pierwszy kocioł kondensacyjny na 100% wodoru opracowała firma BDR Thermea i uruchomiono go w czerwcu 2019 r. w holenderskim Rozenburgu. Ogrzewa blok mieszkalny. Wodór wytwarzany na miejscu dociera do kotłowni przez przerobiony gazociąg. Obok pracuje zwykły kocioł gazowy, który daje mieszkańcom ciepło, gdyby wodorowy zawiódł.

Kocioł działa tak samo jak kocioł gazowy: palnik spala paliwo, a wymiennik przekazuje ciepło wodzie grzewczej. Co zostaje po spaleniu? Wodór reaguje z tlenem z powietrza i powstaje para wodna, więc w spalinach nie ma CO2 ani tlenku węgla. Para skrapla się w wymienniku, co daje dodatkowe ciepło.

Kolejne pilotaże objęły więcej budynków, ale wciąż mało. W holenderskim Lochem w latach 2022–2025 wodór z przystosowanej sieci ogrzewał 12 zabytkowych domów. W szkockim Levenmouth projekt H100 Fife obejmuje do 300 domów. Zasila je osobna sieć o długości 8,4 km. Wodór produkuje elektrolizer napędzany turbiną wiatrową. Domy mają być przyłączane stopniowo po uruchomieniu elektrolizera. Próba ma potrwać dwa lata. Podobne próby w angielskich Whitby i Redcar odwołano.

Sprawny kocioł to więc jeszcze nie system, z którego można korzystać. Każdy z tych projektów wymagał własnego źródła wodoru i wydzielonej sieci, a przy zwykłym przyłączu gazowym ich nie ma. Kto dziś wybiera ogrzewanie do domu, nie ma więc do czego podłączyć kotła na czysty wodór.

Znaczenie H2 Ready na tabliczce kotła

Napis H2 Ready na kotle oznacza zwykle pracę na gazie ziemnym z domieszką wodoru do 20% objętości. Nie oznacza pracy na czystym wodorze. Oznaczenie nie ma jednej unijnej definicji. W Wielkiej Brytanii nazwę H2 Ready rezerwuje się dla urządzeń, które można przestawić na 100% wodoru.

Pod napisem kryją się różne poziomy deklaracji:

• Domieszka do 20% – kocioł bez przeróbek spala mieszankę gazu ziemnego z wodorem. Taką mieszankę spala dziś większość istniejących kotłów gazowych.
• Konwersja zestawem serwisowym – po wymianie palnika, czujnika płomienia i oprogramowania kocioł ma spalać 100% wodoru; przeróbkę wykonuje serwisant.

Poziom gotowości sprawdzisz w instrukcji albo w deklaracji producenta dla konkretnego modelu. Dokument powinien podawać dopuszczalny udział wodoru w procentach objętości. Przy konwersji powinien też mówić, czy zestaw jest już w sprzedaży, czy tylko zapowiedziany. Nawet zestaw dostępny w sprzedaży nie przesądza, że przeróbka wyjdzie kiedyś taniej niż wymiana kotła.

Oznaczenie 20% nie daje prawa do dotacji. Kocioł dalej spala gaz ziemny. Od 1 stycznia 2025 r. dyrektywa EPBD zabrania dotowania samodzielnych kotłów na paliwa kopalne. Na wsparcie może za to liczyć ogrzewanie hybrydowe, w którym kocioł pracuje razem z pompą ciepła.

Wodór spala się inaczej niż metan – co musi wytrzymać kocioł i instalacja?

Metr sześcienny wodoru niesie ok. 3,3 razy mniej energii niż metr sześcienny metanu. Wartość opałowa wodoru to ok. 10,8 MJ/m³, a metanu ok. 35,8 MJ/m³. Dlatego domieszka 20% objętości daje tylko ok. 7% energii mieszanki. Moc kotła nie spada jednak w tej samej proporcji. Decyduje o niej liczba Wobbego, czyli wartość opałowa podzielona przez pierwiastek z gęstości względnej gazu. Dla wodoru jest ona niższa niż dla metanu tylko o ok. 15%.

Dlaczego zatem kocioł na gaz ziemny nie może dostać czystego wodoru? Płomień wodorowy rozchodzi się kilka razy szybciej niż metanowy. W palniku zaprojektowanym dla metanu może się więc cofnąć do jego wnętrza. Jest też gorętszy. W wyższej temperaturze azot z powietrza tworzy więcej tlenków azotu (NOx). Bezemisyjność wodoru dotyczy więc CO2, a nie wszystkich składników spalin.

O wymaganiach bezpieczeństwa decydują dwie cechy wodoru. Pierwsza: z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową w zakresie ok. 4–75% objętości, metan tylko w zakresie ok. 5–15%. Do zapłonu wodoru wystarczy przy tym mniejsza energia. Druga: ma najlżejsze i bardzo małe cząsteczki, więc łatwiej przenika przez uszczelnienia. Wodór robi też kruchą część gatunków stali. Instalacja na wodór wymaga więc sprawdzenia nie tylko palnika, ale też rur, złączek i uszczelnień.

Ile ciepła daje kWh prądu – wodór a pompa ciepła?

Pompa ciepła daje z każdej kWh prądu 3–4 kWh ciepła. Wodór traci energię na każdym etapie:

1. Elektroliza wody – wytworzenie 1 kg zielonego wodoru, czyli wodoru z elektrolizy zasilanej z OZE, zużywa w praktyce 50–55 kWh prądu. Kilogram wodoru niesie ok. 33 kWh energii.
2. Sprężanie i przesył – zabierają kolejne kilka do kilkunastu procent energii paliwa.
3. Spalanie w kotle kondensacyjnym – zamienia w ciepło ok. 90–95% energii, która dotarła do kotła.

Z całego łańcucha zostaje więc ok. 50–60% wyjściowej energii w postaci ciepła. Dlatego brytyjska National Infrastructure Commission (NIC) zaleciła ogrzewanie budynków pompami ciepła i ciepłem sieciowym, bez wodoru.

Wodór pozwala magazynować energię. Latem nadwyżki prądu z wiatru i słońca można zamienić w wodór i przechować do zimy. To realna zaleta, ale przydaje się w skali całego systemu: przemysłowi i energetyce, gdzie prądu nie da się użyć bezpośrednio. W pojedynczym domu o koszcie ogrzewania decydują więc bieżące ceny prądu i gazu, które wstawisz do kalkulatora kosztów ogrzewania domu.

Wodór w polskiej sieci gazowej – co dopuszczają przepisy i od czego zależy wprowadzenie?

Od 23 września 2022 r. polskie przepisy dopuszczają do 10% molowych wodoru w paliwach gazowych. Warunek: sieci, instalacje i układy pomiarowe muszą być do tego przystosowane. Badania Polskiej Spółki Gazownictwa nad wpływem domieszek wodoru i biometanu na sieć wciąż trwają.

Wprowadzenie wodoru do sieci zależy od stanu rur, zwłaszcza stalowych, od dostępu do taniego zielonego wodoru i od decyzji regulatorów. Unijny pakiet wodorowo-gazowy z 2024 r. stawia na pierwszym miejscu czysty wodór w osobnych sieciach, a domieszkę traktuje jako rozwiązanie uzupełniające.

Czy wodór z własnej fotowoltaiki ogrzeje dom?

Wodór z nadwyżek prądu z dachu da się wytworzyć, ale zwykłego kotła nie wolno zasilać wodorem z domowej produkcji. Przeszkody są takie:

• Ilość prądu – dom zużywający 10 000 kWh ciepła rocznie potrzebuje ponad 300 kg wodoru. Jego wytworzenie pochłania ponad 16 000 kWh prądu, czyli roczną produkcję instalacji PV o mocy ponad 16 kWp.
• Magazyn na cały sezon – taki zapas wodoru zajmuje przy ciśnieniu atmosferycznym ponad 3 000 m³. Sprężony do 200 bar wymaga ok. 20 m³ zbiorników ciśnieniowych.
• Brak atestów – zestawy HHO i domowej roboty elektrolizery wytwarzają wybuchową mieszaninę wodoru z tlenem. Żaden domowy kocioł nie jest dopuszczony do jej spalania.

Gdzie więc lepiej skierować nadwyżkę prądu z dachu? Prosto do pompy ciepła albo do grzałki elektrycznej w zasobniku wody. Grzałka zamienia każdą kWh prądu w kWh ciepła. Ten sam prąd przepuszczony przez elektrolizer i kocioł dałby wyraźnie mniej ciepła.