Что такое зеленый водород по сравнению с синим водородом и почему это важно

Что такое зеленый водород по сравнению с синим водородом и почему это важно

Логотип Linde AG на автоцистерне с жидким водородом, доставляющей топливо на водородный завод Linde в Лойне, Германия, во вторник, 14 июля 2020 г.

Рольф Шультен | Блумберг | Гетти Изображений

Водород — простейший элемент и самое распространенное вещество во Вселенной.

При горении водорода выделяется энергия в виде тепла, а единственным побочным продуктом является вода. Это означает, что энергия, полученная из водорода, не генерирует углекислого газа, нагревающего атмосферу, что делает его одним из многих потенциальных источников энергии, которые могут помочь сократить выбросы углерода и замедлить глобальное потепление.

Но для создания водорода и преобразования его в полезный формат требуется энергия, и эта энергия не обязательно возобновляема. Этот процесс также неэффективен и дорог по сравнению с другими формами энергии, возобновляемыми или нет. Многие критики говорят, что водородная промышленность — это способ для нефтяных и газовых гигантов затормозить внедрение чистых возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, давая им «зеленое» покрытие, сохраняя при этом спрос на их продукцию.

Несмотря на дебаты, как компании, так и правительство США продвигают дальнейшее развитие водородной промышленности.

«В своих кругосветных путешествиях я не могу назвать ни одной страны, которая не выражала бы энтузиазма по поводу водорода», — сказал Джон Керри, специальный посланник президента по вопросам климата, на саммите Министерства энергетики США по водородным выбросам в августе прошлого года. «От Саудовской Аравии до Индии, от Германии до Японии мы создаем партнерства по водороду по всему миру для продвижения этой критически важной технологии, которая, как понимает каждая страна, может сыграть жизненно важную роль в переходе к чистой энергии».

По словам Керри, водород может превратиться в многотриллионный мировой рынок, хотя он и предупредил, что Китай хочет доминировать на нем.

28 августа 2021 г., Бранденбург, Пренцлау: Резервуар с водородом расположен на гибридной электростанции Enertrag в Бранденбурге. На гибридной электростанции Enertrag зеленый водород производится из энергии ветра и подается в газовую сеть.

Фото Фабиана Зоммера/альянс фото через Getty Images

Что такое зеленый водород, синий водород и так далее?

Производство водорода требует энергии, потому что атомы водорода не существуют сами по себе — они почти всегда связаны с другим атомом, часто с другим элементом. (На Земле водород особенно распространен в форме воды или H2O.) Для создания чистого водорода необходимо разрушить эти молекулярные связи.

В энергетическом бизнесе люди обозначают водород множеством цветов, как сокращением того, как он был создан.

Одним из способов получения водорода является процесс, называемый электролизом, когда через вещество проходит электричество, чтобы вызвать химическое изменение — в данном случае, расщепление H2O на водород и кислород.

Зеленый водород — это когда энергия, используемая для электролиза, поступает из возобновляемых источников, таких как ветер, вода или солнце.

Синий водород — это водород, полученный из природного газа в процессе паровой конверсии метана, при которой природный газ смешивается с очень горячим паром и катализатором. Происходит химическая реакция с образованием водорода и угарного газа. К этой смеси добавляется вода, превращающая монооксид углерода в диоксид углерода и еще больше водорода. Если выбросы углекислого газа затем улавливаются и хранятся под землей, процесс считается углеродно-нейтральным, а полученный водород называют «голубым водородом».

Но есть некоторые разногласия по поводу голубого водорода, потому что добыча природного газа неизбежно приводит к выбросам метана в результате так называемых летучих утечек, то есть утечек метана в процессе бурения, добычи и транспортировки.

Метан задерживается в атмосфере не так долго, как углекислый газ, но он гораздо более опасен как парниковый газ. По данным Международного энергетического агентства, через 100 лет одна тонна метана может считаться эквивалентной 28–36 тоннам углекислого газа.

Узнайте больше о чистой энергии от CNBC Pro

Серый водород производится путем риформинга природного газа, как и голубой водород, но без каких-либо усилий по улавливанию побочных продуктов двуокиси углерода.

Розовый водород — это водород, полученный с помощью электролиза, работающего на ядерной энергии, который не производит выбросов углекислого газа. (Хотя ядерная энергия создает радиоактивные отходы, которые необходимо безопасно хранить в течение тысяч лет.)

Желтый водород — это водород, полученный электролизом из энергосистемы. Выбросы углерода сильно различаются в зависимости от источников, питающих сеть.

Бирюзовый водород — это водород, полученный в результате пиролиза метана или расщепления метана на водород и твердый углерод с помощью тепла в реакторах или доменных печах. Бирюзовый водород все еще находится на начальной стадии коммерциализации, и его ценность для климата зависит от питания пиролиза чистой энергией и хранения физического углерода.

Цветовая система немного упрощена и нуждается в обновлении и уточнении, сказал Дэрил Уилсон, исполнительный директор коалиции Hydrogen Council, организации руководителей отрасли.

«Цветовая схема бесполезна в том смысле, что она не достигает ключевого момента, а именно экологических характеристик производимого водорода», — сказал Уилсон CNBC. «Ключевой вопрос заключается в том, что должна быть методология для отслеживания и объявления удельной интенсивности CO² любого водорода, с которым вы работаете».

Сторонники говорят, что водород универсален, но дорог

Водород уже является ключевым компонентом химических промышленных процессов и сталелитейной промышленности. Поэтому создание чистого водорода для использования в этих промышленных процессах имеет решающее значение для сокращения выбросов углерода, говорит Джейк Стоунс из исследовательской фирмы Independent Commodity Intelligence Services (ICIS).

По словам Суниты Сатьяпал, которая курирует технологию водородных топливных элементов в Министерстве энергетики, большим преимуществом водорода как источника энергии является его универсальность.

«Его часто называют энергетическим швейцарским армейским ножом, — говорит она.

По словам Стоунза, чистый водород будет полезен для обезуглероживания промышленных тяжелых транспортных средств, таких как грузовики, большие промышленные суда и самолеты.

Это менее интересно для небольших потребительских автомобилей, поскольку автомобили с батарейным питанием внедряются гораздо охотнее. Но для более крупных транспортных средств требуются батареи большего размера, что увеличивает их вес, что, в свою очередь, увеличивает потребление энергии. Водород может решить эту загадку.

Водород также можно использовать как способ хранения энергии из прерывистых возобновляемых источников, которые прерывисты — солнце не всегда светит и ветер не всегда дует. Вместо этого коммунальные предприятия могут преобразовывать избыточную энергию в водород, а затем использовать его для получения энергии в качестве альтернативы аккумуляторным батареям.

Водород «можно хранить под землей так долго, как это необходимо, почти так же, как природный газ, и на сезонной основе», — сказал Стоунз CNBC.

Автомобиль с водородным двигателем во время дозаправки на недавно открытой водородной заправочной станции, управляемой Saudi Aramco, в Центре новых технологий Air Products в Дахране, Саудовская Аравия, в воскресенье, 27 июня 2021 года. Saudi Aramco изложила планы по инвестированию в голубой водород по мере того, как мир отказывается от более грязных форм энергии, но сказал, что потребуется по крайней мере до конца этого десятилетия, прежде чем будет разработан глобальный рынок топлива.

Фотограф: Майя Сиддики/Bloomberg через Getty Images: Bloomberg | Блумберг | Гетти Изображений

Основным недостатком водорода является его дороговизна. По словам Сатьяпала, производство водорода из природного газа стоит около 1,50 доллара за килограмм. Чистый водород стоит около 5 долларов за килограмм.

В июне прошлого года Министерство энергетики запустило программу под названием «Водородный выстрел», целью которой является снижение стоимости чистого водорода до 1 доллара за килограмм за одно десятилетие.

Снижение цены на чистый водород «было бы огромным шагом на пути к решению проблемы изменения климата», заявил миллиардер Билл Гейтс, основатель Breakthrough Energy Ventures, на саммите Министерства энергетики по водородным выбросам. «Цель сократить премию на 80 процентов — фантастическая и амбициозная цель», — сказал он.

Министерство энергетики видит три основных пути снижения стоимости чистого водорода с 5 долларов за килограмм до 1 доллара:

Повышение эффективности, долговечности и объемов производства электролизеров. Улучшение пиролиза, при котором образуется твердый углерод, а не двуокись углерода в качестве побочного продукта, сказал Сатьяпал. «Передовые пути», что является своего рода универсальным для экспериментальных технологий. Одним из примеров является фотоэлектрохимический подход (PEC), при котором солнечный свет и специальные полупроводники используются для разложения воды на солнечный свет и водород.

Скептики говорят, что это неэффективно и непрактично

Хотя зеленый водород может иметь решающее значение для обезуглероживания тяжелой промышленности, двигателей кораблей и самолетов и, возможно, для хранения энергии, его более широкое использование в качестве источника энергии неэффективно, говорит Роберт У. Ховарт, профессор экологии и биологии окружающей среды в Корнельском университете.

Ховарт является одним из 22 членов Нью-Йоркского совета действий по борьбе с изменением климата, группы, которой поручено разработать план реализации закона, предписывающего план декарбонизации Нью-Йорка. Летом 2020 года заинтересованные стороны газовой отрасли предложили использовать голубой водород в существующей инфраструктуре газопровода для обогрева домов.

Но в августе профессор Хоуарт и Стэнфорда Марк Джейкобсон опубликовал исследовательскую работу, показывающую, что это была плохая идея.

«Суть в том, что синий водород имеет огромные выбросы и может использоваться только в небольших количествах в существующей газовой системе», — сказал Ховарт CNBC. «Гораздо дешевле вместо этого перейти на электрические тепловые насосы для отопления».

Другие критики говорят, что проблемы с водородом более фундаментальны.

По словам Пола Мартина, эксперта по разработке химических процессов и члена Коалиции по водородным наукам, процесс производства водорода, его сжатия, а затем превращения этого сжатого водорода обратно в электричество или механическую энергию крайне неэффективен.

«С аккумулятором стоит смириться со множеством проблем, потому что за каждый вложенный джоуль вы получаете обратно 90%. Это очень здорово», — сказал Мартин CNBC. При производстве и хранении водорода вы получаете только 37% энергии. «Значит, 63% энергии, о которой вы сказали, теряется. И это в лучшем случае».

Но идея использовать водород в качестве топлива — фиктивная, сказал Мартин, который называет себя пожизненным защитником окружающей среды.

«Люди, которые действительно стоят за этим водородным толчком, — это индустрия ископаемого топлива, потому что без него, что они собираются делать? текущий бизнес».

Тем не менее, Мартин считает, что стремление к зеленому водороду важно для всех других его применений, таких как промышленные процессы и процесс Габера-Боша, который преобразует водород и азот в аммиак для использования в удобрениях. Процессу Габера-Боша приписывают значительное увеличение производства продуктов питания и помощь в продовольствии стремительно растущего населения Земли за последние 100 лет.

«Я не хочу, чтобы люди думали, что я против водорода. Я думаю, что производство зеленого водорода очень важно», — сказал Мартин.

«Но также очень важно использовать его для правильных вещей, а не для глупых вещей».

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *