Prospects for a large-scale green hydrogen storage methods development in Poland - a review

• Autorzy: Ligęza Klaudia , Narloch Piotr , Wnęk Przemysław

Identyfikatory

DOI

10.15199/17.2024.9.1

Warianty tytułu

PL

Perspektywy rozwoju metod wielkoskalowego magazynowania zielonego wodoru w Polsce - przegląd

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Hydrogen is predicted to play a significant role in the economy and in the process of reaching climate neutrality by 2050. Optimizing its utilization in the economy necessitates first and foremost the development of a storage system. The core of storing energy in a form of hydrogen, created from renewable energy sources during periods of energy surplus, is its reuse during times of high demand for it. In addition, the stored hydrogen can be used in many industries, such as chemicals, refining, and transportation. This article discusses the possibility for large-scale green hydrogen storage in Poland. The potential of subsurface hydrogen storage, liquid hydrogen storage, ammonia storage, and the utilization of gas networks for storage are investigated.

PL

Przewiduje się, że wodór będzie odgrywał znaczącą rolę w gospodarce oraz w procesie osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2050 roku. Optymalizacja jego wykorzystania wymaga przede wszystkim opracowania wydajnego systemu magazynowania. Istotą magazynowania energii w postaci wodoru, wytworzonego z odnawialnych źródeł energii, w okresach produkcji jej nadwyżek, jest ponowne wykorzystanie zmagazynowanej energii w okresach wysokiego zapotrzebowania na nią. Zmagazynowany wodór może być ponadto wykorzystany w wielu gałęziach gospodarki, takich jak przemysł chemiczny, rafineryjny, czy transport. Niniejszy artykuł omawia możliwości wielkoskalowego magazynowania zielonego wodoru w Polsce. Zbadano potencjał podpowierzchniowego magazynowania wodoru, magazynowania ciekłego wodoru, magazynowania amoniaku oraz wykorzystania sieci gazowych do magazynowania.

Słowa kluczowe

EN

hydrogen; underground storage; salt cavern; ammonia; liquid hydrogen; gas grids; Power to Gas

PL

wodór; podziemne magazynowanie; kawerna solna; amoniak; ciekły wodór; sieci gazowe; Power to Gas

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2024
• Tom: Nr 9
• Strony: 2--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 51 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ligęza Klaudia

• AGH Doctoral School, AGH University of Krakow, Mickiewicza 30 Av., 30-059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5713-3742

autor

Narloch Piotr

• AGH Doctoral School, AGH University of Krakow, Mickiewicza 30 Av., 30-059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3464-2883

autor

Wnęk Przemysław

• AGH Doctoral School, AGH University of Krakow, Mickiewicza 30 Av., 30-059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3073-1974

Bibliografia

• [1] Arnaiz del Pozo Carlos, Schalk Cloete. 2022. "Techno-economic assessment of blue and green ammonia as energy carriers in a low-carbon future". Energy Conversion and Management 255: 115312.
• [2] Aziz Muhammad, Agung Tri Wijayanta, Asep Bayu Dani Nandiyanto.2020. "Ammonia as Effective Hydrogen Storage: A Review on Production, Storage and Utilization”. Energies 13: 3062.
• [3] Baardsen Høines Aurora. 2022. "A concept study on offshore floating hydrogen production, storage and offloading”. Master’s Thesis. University of Bergen. Norway.
• [4] Bordbar Gaskare Nima. 2021. "Techno-economic analysis of the production of green liquid hydrogen on offshore platforms from wind Energy to refuel ships". Master’s thesis. Politecnico di Milano. Italy.
• [5] Brodacki Dominik, J. Gajowiecki, R. Hajduk, P. Kacejko, S. Kowalski, E. Matczyńska, R. Miętkiewicz, R. Nowakowski, N. Plaskiewicz, M. Ruszel. 2021. „Zielony Wodór z OZE w Polsce. Wykorzystanie Energetyki Wiatrowej i PV do Produkcji Zielonego Wodoru Jako Szansa na Realizację Założeń Polityki Klimatyczno-Energetycznej UE w Polsce”. Dolnośląski Instytut Studiów Energetycznych, Polskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej.
• [6] Chaczykowski Maciej, Andrzej Osiadacz. 2016. „Technologie Power-To-Gas w aspekcie współpracy z systemami gazowniczymi”. VI Konferencja Naukowo-Techniczna Energetyka Gazowa.
• [7] Clean Hydrogen Monitor. 2022.: https://hydrogeneurope.eu/clean-hydrogen-monitor-2022/.
• [8] Cunanan Carlo James, Carlos Andrés Elorza Casas, Mitchell Yorke, Michael Fowler, Xiao-Yu Wu. 2022. "Design and Analysis of an Offshore Wind Power to Ammonia Production System in Nova Scotia”. Energies 15: 9558.
• [9] Czapkowski Grzegorz, Krzysztof Bukowski.2013. „Potencjał zasobowy soli kamiennej i soli potasowych w Polsce a perspektywy jego wykorzystania”. Górnictwo Odkrywkowe 2: 74-84.
• [10] Czapkowski Grzegorz, Radosław Tarkowski. 2018. „Uwarunkowania geologiczne wybranych wysadów solnych w Polsce i ich przydatność do budowy kawern do magazynowania wodoru”. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 472: 53-82.
• [11] European Hydrogen Backbone. 2022. "A European hydrogen Infrastructure vision covering 28 countries”. https://gasforclimate2050.eu/wp-content/uploads/2022/04/EHB-A-European-hydrogen-infrastructure-vision-covering-28-countries.pdf.
• [12] European Hydrogen Backbone: https://ehb.eu/page/european-hydrogen-backbone-maps.
• [13] Gezerman A. O. 2022. "A critical assessment of green ammonia production and ammonia production technologies”. Kem. Ind. 71, 1-2: 57-66.
• [14] Ghavam Seyedehhoma, Maria Vahdati, I. A. G. Wilson, Peter Styring. 2021. "Sustainable Ammonia Production Processes". Frontiers in Energy Research 9.
• [15] Gulati Akash. 2022. "An analysis of green hydrogen to ammonia market opportunities". Master's project. Duke University. USA.
• [16] Hassan I. A., Haitham S. Ramadan, Mohamed A. Saleh, Daniel Hissel. 2021. "Hydrogen storage technologies for stationary and mobile applications: Review, analysis and perspectives". Renewable and Sustainable Energy Reviews 149: 111311.
• [17] Hydrogen Insights. 2021. "A perspective on hydrogen investment, market development and cost competitiveness". https://hydrogencouncil.com/wp-content/uploads/2021/02/Hydrogen-Insights-2021.pdf.
• [18] Hybrid LNG & Ammonia Infrastructure Report. "Key to a Green Economy". Available online: https://www.bv.com/perspectives/hybrid-lng-ammonia-infrastructure-key-green-economy.
• [19] International Energy Agency. 2019. "The Future of Hydrogen: Seizing today’s opportunities". OECD, Paris Cedex 16.
• [20] International Energy Agency. 2022. Report: "Global hydrogen review 2022”.
• [21] Jones Daniel, Waheed Al-Masry, Charles Dunnill. 2017. "Hydrogen-enriched natural gas as a domestic fuel: An analysis based on flash-back and blow-off limits for domestic natural gas appliances within the UK". Sustainable Energy & Fuels 2.
• [22] Kanellopoulos K., S. Busch, M. De Felice, S. Giaccaria, A. Costescu. 2022. “Blending hydrogen from electrolysis into the European gas grid” EUR 30951 EN, Publications Office of the European Union, Luxembourg.
• [23] Kimman Nick. 2020. "Power-to-gas efficiency of a hydrogen back-up system governed by interrupitble sources services". Master’s Thesis. Delft University of Technology. The Netherlands.
• [24] Kupecki Jakub, Michał Deuszkiewicz, Aneta Korda-Burza, Jarosław Milewski, Sylwia Pawlak, Grzegorz Rosłonek, Marek Skrzypkiewicz, Konrad Świerczek, Andrzej Teodorczyk, Władysław Wieczorek, et al. 2020. Raport zespołu nr 4 Gospodarka Wodorowa.
• [25] Ligęza Klaudia, Piotr Narloch. 2023. „Perspektywy magazynowania wodoru z odnawialnych źródeł energii w Polsce cz. 1”. Nowa Energia 1. 87: 77-85.
• [26] Machaj K., J. Kupecki, Z. Malecha, A. W. Morawski, M. Skrzypkiewicz, M. Stanclik, M. Chorowski. 2022. „Ammonia as a potential marine fuel: A review”. Energy Strategy Reviews 44: 100926.
• [27] Mallouppas George, Constantina Ioannou, Elias Ar. Yfantis. 2022. "A Review of the Latest Trends in the Use of Green Ammonia as an Energy Carrier in Maritime Industry". Energies 15: 1453.
• [28] Małachowska Aleksandra, Natalia Łukasik, Joanna Mioduska, Jacek Gębicki. 2022. „Hydrogen Storage in Geological Formations - The Potential of Salt Caverns”. Energies 15: 5038.
• [29] Michalski Jan, Ulrich Bunger, Fritz Crotogino, Sabine Donadei, Gregor-Sonke Schneider, Thomas Pregger, Karl-Kien Cao, Dominik Heide. 2017. "Hydrogen generation by electrolysis and storage in salt caverns: Potentials, economics and systems aspects with regard to the German Energy transition". International Journal of Hydrogen Energy 42: 13427-13443.
• [30] Miziołek Mariusz, Bogdan Filar, Tadeusz Kwilosz. 2022. „Magazynowanie wodoru w sczerpanych złożach gazu ziemnego”. Nafta-Gaz 3: 219-239.
• [31] Nosherwani Shahmir Ali. 2020. "Technological assessment of commercial ammonia synthesis methods in coastal areas of Germany". Master’s Thesis. University of Lisboa. Portugal.
• [32] Portarapillo Maria, Almerinda Di Benedetto. 2021. "Risk Assessment of the Large-Scale Hydrogen Storage in Salt Caverns". Energies 14: 2856.
• [33] Publikacja informacyjna 11/I. 2021. „Bezpieczne wykorzystanie wodoru jako paliwa w komercyjnych zastosowaniach przemysłowych” Polski Rejestr Statków S.A.
• [34] Riemer Matia, Florian Schreiner, Jakob Wachsmuth. 2022. "Conversion of LNG Terminals for Liquid Hydrogen or Ammonia Analysis of Technical Feasibility under Economic Considerations". Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research ISI. 11.
• [35] Salmon Nicholas, Rene Bañares-Alcántara. 2022. "A global, spatially granular techno-economic analysis of offshore green ammonia production". Journal of Cleaner Production 367: 133045.
• [36] Schrotenboer Albert H., Arjen A. T. Veenstra, Michiel A.J. uit het Broek, Evrim Ursavas. 2022. "A Green Hydrogen Energy System: Optimal control strategies for integrated hydrogen storage and power generation with wind energy". Renewable and Sustainable Energy Reviews 168: 112744.
• [37] Shepherd Jack, Muhammad H. A. Khan, Rose Amal, Rahman Daiyan, Iain MacGill. 2022. "Open-source project feasibility tools for supporting development of the green ammonia value chain". Energy Conversion and Management 274: 116413.
• [38] Smart Katie. 2022. "Review of recent progress in green ammonia synthesis. Decarbonisation of fertilizer and fuels via green synthesis". Johnson Matthey Technol. Rev. 66. 3: 230-244.
• [39] Such Piotr. 2020. „Magazynowanie wodoru w obiektach geologicznych”. Nafta-Gaz 11: 794-798.
• [40] Szlęk Andrzej, Wojciech Adamczyk, Jolanta Bijańska, Krzysztof Wodarski. 2023. „Amoniak jako nośnik energii”. Nowa Energia 2. 88: 46-5.
• [41] Takach Mahdi, Mirza Sarajlić, Dorothee Peters, Michael Kroener, Frank Schuldt, Karsten von Maydell. 2022. "Review of Hydrogen Production Techniques from Water Using Renewable Energy Sources and Its Storage in Salt Caverns". Energies 15: 1415.
• [42] Tarkowski Radosław, Barbara Uliasz-Misiak. 2022. „Towards underground hydrogen storage: A review of barriers”. Renewable and Sustainable Energy Reviews 162: 112451.
• [43] Uliasz-Misiak Barbara, Joanna Lewandowska-Śmierzchalska, R. Matuła, R. Tarkowski. 2022. "Prospects for the Implementation of Under-ground Hydrogen Storage in the EU". Energies 15: 9535.
• [44] Ulucan Tolga Han, Sneha A. Akhade, Ajith Ambalakatte, Tom Autrey, Alasdair Cairns, Ping Chen, Young Whan Cho, Fausto Gallucci, Wenbo Gao, Jakon B. Grinderslev, et al. 2023. "Hydrogen storage in liquid hydrogen carriers: recent activities and new trends". Prog. Energy 5: 12004.
• [45] Underground Gas Storage facility Damasławek. Available online: https://www.gaz-system.pl/en/transmission-system/investment-projects/damaslawek-ugs.html.
• [46] Valle-Falcones Laura M., Carlos Grima-Olmedo, Luis F. Mazadiego-Martínez, A. Hurtado-Bezos, Sonsoles Eguilior-Díaz, R. Rodríguez-Pons. 2022. "Green Hydrogen Storage in an Underground Cavern: A Case Study in Salt Diapir of Spain". Appl. Sci. 12: 6081.
• [47] Wang Bin, Tao Li, Feng Gong, Mohd Hafiz Dzarfan Othman, Rui Xiao. 2022 "Ammonia as a green energy carrier: electrochemical synthesis and direct ammonia fuel cell - a comprehensive review". Fuel Processing Technology 235: 107380.
• [48] Wiącek Alicja, Mariusz Ruszel, Jolanta Stec-Rusiecka. 2022. „Bezpieczeństwo energetyczne: wybrane zagadnienia”. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej: 21-34.
• [49] Yang Christopher, Joan Ogden. 2007. "Determining the lowest-cost hydrogen delivery mode" International Journal of Hydrogen Energy 32. 2: 268-286.
• [50] Yüzbaşioğlu Abdullah E., Cemre Avşar, Ahmet Ozan Gezerman. 2022. "The current situation in the use of ammonia as a sustainable energy source and its industrial potential". Current Research in Green and Sustainable Chemistry 5: 100307.
• [51] Zacharski Jarosław, Adam Wójcicki, Grzegorz Czapowski. 2022. „Wykorzystanie wybranych struktur geologicznych do podziemnego magazynowania substancji” Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy. Forum Innowacyjności.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).