Нужен ли нам зеленый водород и почему?

Технологии

При равном весе водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо. Поэтому для выполнения работы требуется значительно меньше экологического «топлива». Лучше всего то, что его можно производить везде, где есть вода и электричество.

У водорода много применений. Зеленый водород можно использовать в промышленности и транспортировать по существующим газопроводам для питания бытовых приборов. Он может приводить в действие транспортные средства, в том числе корабли. С помощью водородных топливных элементов умеет управлять автомобилями, автобусами, поездами.

Топливные элементы работают как батареи: водород подается на анод, кислород — на катод; они разделены катализатором и электролитной мембраной, которая пропускает на катод только положительно заряженные протоны. Катализатор отделяет отрицательно заряженные электроны от водорода, позволяя положительно заряженным протонам проходить через электролит к катоду. Между тем, электроны движутся по внешнему контуру, создавая электричество, которое можно использовать для работы, чтобы встретиться с протонами на катоде, где они вступают в реакцию с кислородом с образованием воды.

Благодаря своей энергоэффективности водородный топливный элемент в два-три раза эффективнее газового двигателя внутреннего сгорания. А время заправки водородом электромобилей в среднем составляет менее четырех минут.

Поскольку они могут работать независимо от сети, топливные элементы могут использоваться в вооруженных силах или в зонах бедствий и работать как независимые генераторы электричества или тепла. Установленные водородные генераторы могут быть подключены к сети для постоянного надежного производства электроэнергии.

Испытания

Воспламеняемость и легкость водорода означает, что с ним, как и с другими видами топлива, необходимо обращаться должным образом. По сравнению с бензином, природным газом и пропаном водород более огнеопасен в воздухе. Однако низкие концентрации водорода имеют такой же потенциал воспламеняемости, как и другие виды топлива. Поскольку водород очень легкий — примерно в 57 раз легче паров бензина, — он может быстро рассеиваться в атмосфере, что хорошо с точки зрения безопасности.

Водород тяжело транспортировать. Для этого его необходимо либо охладить до -253 ° C до сжижения, либо сжать до 700 раз при атмосферном давлении, чтобы подавать в виде сжатого газа. В настоящее время водород транспортируется по специальным трубопроводам, в автоцистернах с низкотемпературными жидкостями, в трейлерах с водородными трубами, по железной дороге или на баржах.

Некоторые трубопроводы уже работают на водородном газе для подачи на промышленные предприятия — в основном в те районы, где водород используется для питания химических заводов и нефтеперерабатывающих заводов. Однако массовое использование водорода в качестве топлива требует гораздо большей инфраструктуры.

В некоторых случаях трубопроводы природного газа могут использоваться для транспортировки ограниченного количества водорода, но это также является проблемой, поскольку водород может сделать стальные трубы и сварные швы хрупкими, а это может привести к трещинам. Когда водород смешивается с природным газом (5-10%), его можно безопасно транспортировать через газовую инфраструктуру. Потребуются значительные изменения для транспортировки только чистого водорода по существующим газопроводам. В качестве альтернативы необходимо построить совершенно новые водородные трубопроводы.

Что касается топливных элементов, технология все еще ограничена из-за их высокой стоимости, поскольку для их производства используется платина, а это дорого. В настоящее время ведутся исследования по улучшению характеристик топливных элементов и поиску более эффективных и дешевых материалов.

Еще одна проблема для электромобилей на топливных элементах заключается в том, как сохранить в автомобиле достаточно водорода — от 5 до 13 килограммов сжатого газообразного водорода — для достижения обычного пробега в 450 км. Рынок электромобилей с топливными элементами также сдерживается нехваткой зарядных станций.

Что насчет цены?

Различные препятствия на пути распространения зеленого водорода можно свести к одному: затратам. Хулио Фридман, старший научный сотрудник Центра глобальной энергетической политики Колумбийского университета, считает, что единственной реальной проблемой зеленого водорода является его цена.

Ежегодно в мире производится 70 миллионов тонн водорода. Это должно показать, что основная проблема заключается в технических проблемах распределения и использования водорода.

Другая проблема заключается в том, что в настоящее время зеленый водород стоит значительно дороже, чем природный газ. Кроме того, производство зеленого водорода намного дороже, чем производство серого или синего водорода, так как электролиз обходится дороже. Согласно недавнему исследованию, в настоящее время серый водород стоит около 1,50 евро за килограмм, синий — от 2 до 3 евро за килограмм, а зеленый — от 3,50 до 6 евро за килограмм.

Фридман подробно описывает три стратегии, которые являются ключевыми для снижения цены на зеленый водород, чтобы больше людей могло его купить:

Поддержка инноваций, связанных с производством и использованием водорода;

Поддержка цен на водород, такая как налоговая льгота на производство, аналогичная стимулам, применявшимся к развитию систем выработки энергии ветра и солнца, которые помогли снизить цены;

Нормативный стандарт ограничения выбросов. Например, половина аммиака, используемого сегодня, идет на производство удобрений. Например, правительства могут потребовать, чтобы все виды топлива в секторе содержали определенный процент зеленого водорода.

Будущее

Фридман считает, что в ближайшие пять-десять лет мы увидим значительное использование зеленого водорода, особенно в Европе и Японии. Однако он считает, что границы существующей инфраструктуры будут достигнуты очень быстро. Это относится к инфраструктуре трубопроводов, а также к линиям электропередачи, поскольку для производства зеленого водорода потребуется примерно на 300 процентов больше электроэнергии, чем у нас сейчас.

«Мы достигнем пределов производства электролизеров, электрической инфраструктуры, возможностей портов производить и доставлять продукцию, скорости, с которой мы сможем модернизировать промышленность», — сказал он. «У нас нет человеческого капитала и инфраструктуры. Чтобы сделать это, нам потребуется время «.

Многие эксперты прогнозируют, что потребуется не менее 10 лет, чтобы увидеть широкое распространение зеленого водорода. Однако Фридман утверждает, что этот 10-летний прогноз основан на ряде предположений. «Это основано на ожидании массового производства электролизеров, чего не было нигде в мире», — сказал он. «Это также основано на ряде изменений в политике, которые еще не были внесены. Он также предлагает ряд изменений инфраструктуры, которые могут произойти на определенных рыночных рынках.

Hydrogen Europe Industry — ассоциация, продвигающая водород, — разрабатывает процесс извлечения чистого водорода путем газификации биомассы из растительных и лесных остатков. По данным ассоциации, поскольку биомасса поглощает углекислый газ из атмосферы во время своего роста, она производит относительно небольшие чистые выбросы углерода.

В декабре 2020 года ООН запустила инициативу «Зеленая водородная катапульта», объединив семь крупнейших разработчиков проектов зеленого водорода, чтобы снизить затраты на зеленый водород ниже 2 долларов за килограмм и увеличить производство зеленого водорода в 50 раз. к 2027 г.

В конечном счете, оправдает ли зеленый водород свой потенциал, также зависит от того, сколько автопроизводителей, владельцев заправочных станций, энергетических компаний и правительств готовы инвестировать в него в следующие несколько лет.

Оцените статью
DailyNet
Как вам такая "Экологичная энергия"?