Применение новых доступных технологий: использование водорода в энергетике

Водород – самый распространенный химический элемент, но его производство в чистом виде для целого ряда промышленных процессов является энергоемким и сопровождается созданием значительного «углеродного следа». Водород используется в различных промышленных процессах, начиная от производства синтетического топлива и нефтехимии, до изготовления полупроводников и электромобилей на водородных топливных элементах.

Водородная энергетика – отрасль энергетики, основанная на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки, производства и потребления энергии. Водород выбран как наиболее распространенный элемент, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики). Водородная энергетика относится к альтернативной энергетике.

Общемировая структура производства водорода распределена по трём основным источникам: 18% приходится на переработку угля, 4% обеспечивается за счёт «зелёного» водорода, получаемого посредством возобновляемых источников энергии (ВИЭ), главным образом при электролизе воды, 78% составляет переработка природного газа и нефти.

В настоящее время наиболее экономически выгодным считается производство водорода из ископаемого сырья. Снизить уровень выбросов углерода в производственных отраслях можно за счет водорода, полученного с использованием низкоуглеродных технологий, для этого можно применять технологии по улавливанию и хранению углекислого газа, а также электролиза воды, с помощью энергии объектов атомной, гидро-, ветряной и солнечной энергетики.

Водород делят по цветовым градациям. Цветовая градация водорода зависит от способа его выработки и углеродного следа, то есть количества вредных выбросов:

«зелёный» – произведён с помощью энергии из возобновляемых источников методом электролиза воды, считается самым чистым;

«голубой» – произведённый из природного газа; в этом случае углекислый газ накапливается в специальных хранилищах;

«жёлтый» – произведенный при помощи атомной энергии;

«серый» — произведён из угля.

Себестоимость «зеленого» водорода около 10 долларов за кг; «голубой» и «жёлтый» водород в несколько раз дешевле «зелёного» – от 2 долларов за килограмм.

Водород в качестве энергоносителя имеет свои преимущества и недостатки, которые определяются свойствами и характеристиками водорода. К преимуществам водорода в качестве энергоносителя относятся следующие факторы:

1. Производство. В качестве сырья для получения водорода можно использовать углеводороды. Однако, что особенно важно, для этих целей можно использовать и не углеводородные источники энергии, например воду.

2. Использование. В энергетике водород можно использовать в качестве сырья.

3. Хранение. Преимуществом водорода в качестве энергоносителя является то, что водород можно хранить в произвольных объемах и формах, причем форма хранения определяется только возможным дальнейшим способом использования водорода.

4. Транспортабельность. Для транспортировки водорода можно использовать морской, автомобильный и железнодорожный транспорт. И самое важное, водород можно транспортировать по трубопроводам, причем для этого можно использовать существующие трубопроводные линии для природного газа.

5. Безопасность для окружающей среды. Использование водорода в качестве энергоносителя предполагает образование небольшого количества оксида азота, но выход данного продукта можно уменьшить практически до нуля, используя специальные конструкции двигателя.

6. Возможность вторичной переработки конечного продукта. При использовании водорода в качестве энергоносителя конечным продуктом в основном является вода, которую можно повторно использовать для получения водорода.

В настоящее время использование водорода в качестве топлива в энергетике является новой доступной экологичной технологией, однако она нерентабельна из-за больших финансовых затрат на его производство и хранение, но с развитием современных технологий в перспективе может заменить традиционное ископаемое топливо в качестве энергоносителя.