Какой вид водорода может стать топливом будущего?

По мере обострения климатического кризиса мир делает ставку на безуглеродную энергию, чтобы достичь будущего с нулевыми выбросами парниковых газов или будущего с нулевыми выбросами, когда мы удаляем из атмосферы столько же парниковых газов сколько выбрасываем.

Одной из потенциальных форм чистой энергии является «зеленый» водород, который получают из возобновляемых источников, таких как вода, а не из ископаемых видов топлива. «Зелёный» водород можно использовать для энергообеспечения крупных промышленных предприятий и заправки крупногабаритных транспортных средств, таких как самолеты и корабли.

Предприятия по производству этой экологически чистой формы водорода появились по всему миру: в США, Западной Европе, Китае, Австралии, Чили, Южной Африке и других странах. По оценкам Goldman Sachs, к 2050 году стоимость растущего мирового рынка зеленого водорода составит 11 триллионов долларов.

Зачем нам нужен «зелёный» водород?

Некоторые отрасли производства требуют так много энергии, что традиционные возобновляемые источники не могут удовлетворить их спрос. Эти же потребители являются основными источниками парниковых газов.

Именно здесь, по мнению экспертов, «зеленый» водород имеет огромный потенциал.

Электроэнергия, получаемая из таких источников, как ветер, солнце и атомная энергия, необходима для деуглеродизации земной энергетической системы, но она не может сделать это сама по себе. Транспорт и тяжелая промышленность являются теми узкими местами, где выбросы труднее всего сократить.

Водород универсален и способен решить некоторые из этих проблем, а именно обеспечить жизненно важной энергией химическую и сталелитейную промышленности, а также стать перспективным топливом для самолетов и кораблей.

Для управления самолетом или большим кораблем требуется так много энергии, что любая батарея, используемая для хранения электроэнергии от солнца или ветра, скорее всего, будет слишком большой и тяжелой для этих видов транспорта. 

По данным компании Airbus, которая разрабатывает коммерческий самолет с нулевым уровнем выбросов, плотность энергии «зеленого» водорода в три раза выше, чем у реактивного топлива, которое используется в авиатранспорте сегодня.

Хотя жидкий «зеленый» водород будет выделять ноль углерода, у него есть некоторые ограничения. При сгорании в открытой атмосфере он выделяет небольшое количество закиси азота, которая является мощным парниковым газом. Однако, если водород подавать через топливный элемент, то он будет выделять только воду и теплый воздух.

Некоторые небольшие самолеты уже летают на топливных элементах, работающих на водороде, хотя эта технология еще не получила коммерческого распространения.

Зеленый, голубой или серый?

Водород - самый распространенный элемент на Земле. Он содержится во многих веществах, включая ископаемое топливо, воду, растения, животных и даже человека, но он никогда не появляется в природе в чистом виде. Это означает, что для получения чистого водорода его необходимо отделить от других молекул с помощью процессов, которые также требуют энергии.

«Зелёный» водород чаще всего производится путём электролиза воды, когда электрический ток пропускается через воду для разделения молекул.

«Серый» водород - наиболее часто используемая сегодня форма водорода. Он относительно недорог и получается из природного газа. Он используется в основном в химической промышленности для производства удобрений и для переработки нефти. В процессе извлечения водорода из природного газа, оставшийся углекислый газ попадает в атмосферу, что способствует дальнейшему изменению климата.

«Голубой» водород производится по той же технологии, что и «серый», но большая часть углерода, выделяемого при его производстве, "захватывается" и не выбрасывается в атмосферу, поэтому его называют газом с низким уровнем выбросов.

Итак, какое из решений лучше для климата?

В конечном счете, это зависит от энергии, используемой для его производства.

«Серый» водород уже давно рассматривается как более чистая "промежуточная" альтернатива по мере того, как мир отвыкает от угля и нефти, но он по-прежнему вносит большой вклад в изменение климата.

Недавние исследования показали, что «серый» водород выделяет больше парниковых газов, чем первоначально предполагали эксперты в области энергетики. Метан, мощный парниковый газ и основной компонент природного газа, часто просачивается из трубопроводов в атмосферу.

«Зелёный» водород может стать вариантом с нулевым уровнем выбросов. Но до этого еще далеко.

Машины, используемые для проведения электролиза стоят дорого, а сам процесс не отличается особой эффективностью.

В 2020 году из всего произведенного низкоуглеродного водорода 95% будет «голубым». Но к 2050 году, по мере развития производства "зелёного" водорода, он должен стать более доступным, простым в производстве и конкурентоспособным по стоимости в сравнении с голубым водородом.

По прогнозам специалистов к 2050 году доля «голубого» водорода составит 35%, а «зеленого» - 62%, при условии, что правительства будут способствовать развитию этих технологий, а предприятия будут их успешно применять.

Почему «голубой» водород вызывает споры?

«Голубой» водород вызывает споры во многих странах, где правительства идут по двум направлениям водородной стратегии, которая предусматривает активное использование «голубого» вида наряду с развитием «зеленого» водорода.

Одно из исследований, опубликованных в журнале Energy Science and Engineering в начале августа и прошедшее экспертную оценку, показало, что, хотя «голубой» водород выделяет на 9-12% меньше углекислого газа, чем «серый» водород, он выделяет больше метана, чем природный газ.

В целом, парниковый эффект «голубого» водорода на 20% больше, чем при сжигании природного газа или угля для получения тепла, и на 60% больше, чем при сжигании дизельного топлива для получения тепла, говорится в исследовании.

Существуют также некоторые вопросы относительно того, является ли хранение углерода безопасным и может ли он храниться неограниченное время.

«Голубой» водород должен производиться с соблюдением самых высоких экологических стандартов. 

Уже сегодня существуют технологии, позволяющие избежать выбросов углекислого газа в атмосферу при производстве «голубого» водорода, которые являются экономически эффективными.