Как зеленый водород может стать источником энергии для различных отраслей промышленности — от сталелитейного производства до сельского хозяйства

Водород, самый распространенный элемент, выделяет энергию при соединении с кислородом, а единственным побочным продуктом является вода. Вот почему политики рекламируют его как «швейцарский армейский нож» в борьбе с изменением климата, способный привести в действие огромное количество транспортных средств и промышленных процессов, которые в настоящее время работают на ископаемом топливе.

Однако сегодня 99 процентов поставок водорода — это «серый» водород, получаемый путем расщепления метана или угольного газа — процесса, при котором выделяется углекислый газ. Чтобы достичь нулевых выбросов, многие страны планируют вместо этого полагаться на «голубой» водород, где этот CO2 будет улавливаться в дымовой трубе и закачиваться под землю, или на «зеленый» водород, который производится путем разделения воды с возобновляемой электроэнергией.

Зеленый водород — это «важная ставка, которую должны сделать западные страны», чтобы конкурировать с Китаем в сфере чистых технологий, заявил глава ООН Антониу Гутерриш Об этом заявили на конференции 3 декабря.

Проблема в том, что низкоуглеродистый водород как минимум в два раза дороже серого водорода. Наращивание производства с целью его удешевления потребует государственных субсидий. В то время как такие страны, как Европейский Союз, поддерживают отрасль, президент Дональд Трамп начал отменять запланированные низкоуглеродные водородные хабы. в рамках программы стоимостью 7 миллиардов долларов в США.

Из-за этих препятствий аналитическая фирма BloombergNEF вдвое снизила свой прогноз по производству низкоуглеродного водорода до 5,5 миллионов тонн к 2030 году, что составляет примерно 5 процентов текущего потребления серого водорода. По мнению экспертов, в условиях ограниченности поставок правительствам и компаниям следует сосредоточиться только на тех видах использования чистого водорода, которые имеют наибольший смысл для климата и экономики.

«Водород может делать практически всё, но это не значит, что он должен это делать», — говорит Рассел МакКенна в ETH Zurich в Швейцарии.

В недавнем исследованииМаккенна и его коллеги проанализировали выбросы CO2, которые пришлось бы выбрасывать для производства и транспортировки низкоуглеродного водорода в 2000 запланированных проектах по всему миру, сравнив их с выбросами CO2, которые этот водород мог бы вытеснить. Они обнаружили, что водород может оказать наибольшее положительное воздействие на климат в сталелитейной, биотопливной и аммиачной промышленности.

С другой стороны, использование водорода для автомобильного транспорта, производства электроэнергии и отопления домов не приведет к такому значительному сокращению выбросов.

Сталь

В доменной печи кокс, полученный из угля, не только обеспечивает тепло для плавления оксида железа, но и углерод для реакции, которая удаляет кислород из этой руды. Поэтому недостаточно просто нагреть металл возобновляемой электроэнергией. Вам нужно что-то, что заменяет углерод в реакции, что может делать водород, выделяя воду, а не CO2.

«Технология, которая у нас есть сегодня, которая позволит производить железо в полном промышленном масштабе из железной руды без образования CO2, — это водородная технология», — говорит Дэвид Дай в Имперском колледже Лондона. «Все остальное требует от вас изобретения множества технологий будущего».

Стегра, А. зеленая сталь Стартап строит завод на севере Швеции, который планирует к концу 2026 года производить сталь с помощью электродуговой печи и зеленого водорода, получаемого из речной воды, став первым заводом по производству стали, не содержащим углерода. Существуют также проекты в других странах Европы, Азии и Северной Америки.

Но для производства зеленого водорода и питания дуговых печей необходимо наличие дешевой возобновляемой электроэнергии. ArcelorMittal, транснациональная сталелитейная корпорация, в этом году отказалась от субсидии в размере 1,3 миллиарда евро на перевод двух сталелитейных заводов в Германии на водород, поскольку она заявила, что цены на электроэнергию слишком высоки.

Аммиак

Для роста растениям необходим азот в виде нитратов, но почва удерживает их в ограниченном количестве. Однако в начале 20 века химики Фриц Хабер и Карл Бош разработали процесс взаимодействия азота, которого много в воздухе, с водородом с образованием аммиака, который можно превратить в различные удобрения.

Это привело к революции в сельском хозяйстве и резкому росту населения во всем мире, а водород сегодня в основном потребляется для производства аммиака, а также для переработки нефти. Около 70 процентов всего аммиака идет на удобрения, а остальная часть идет на производство пластмасс, взрывчатых веществ и других химикатов.

«Мы не можем электрифицировать это… потому что это химическая реакция, требующая этого вклада», — говорит МакКенна. «Поэтому нам нужен водород, но это должен быть декарбонизированный водород».

Такие страны, как Саудовская Аравия, начали строить заводы по производству сотен тысяч тонн зеленого аммиака с использованием солнечной и ветровой энергии, в основном на экспорт. Тем временем стартапы разрабатывают небольшие модульные установки по производству зеленого водорода и аммиака на фермах в США. Но на данный момент все эти подходы основаны на государственных инвестициях или налоговых льготах.

Альтернативные виды топлива

Аммиак также можно сжечь в двигателе. В то время как автомобили и многие грузовики могут эффективно работать на электричестве, транспорту на дальние расстояния, такому как тяжелые грузовики, корабли и самолеты, может быть сложно перевозить и заряжать аккумуляторы. Водород, вероятно, будет иметь решающее значение для производства низкоуглеродного топлива для этого сектора.

Исследование Маккенны и его команды показало, что производство гидроочищенного растительного масла является одним из наиболее эффективных видов использования водорода. Это предполагает обработку использованного растительного масла водородом для расщепления жиров на углеводороды, которые можно сжечь.

И аммиак, и гидроочищенное растительное масло рассматриваются в качестве заменителей тяжелого мазута в судоходство, на долю которого приходится 3 процента мировых выбросов. Авиация, имеющая аналогичный углеродный след, также может перейти на аммиак.

Но водород также можно использовать для производства синтетического авиационного топлива, которое сегодня можно использовать в любом самолете, поскольку оно практически идентично керосину, только производится без использования нефти.

В долгосрочной перспективе исследователи из таких учреждений, как Университет Крэнфилда в Великобритании, разрабатывают самолеты со сверхпрочными баками для хранения сжатого водорода. Хотя водород или аммиак при сжигании выделяют оксиды азота, они могут вместо этого соединяться с кислородом в топливном элементе для производства электроэнергии и воды. Самолеты на топливных элементах – конечная цель, говорит Фил Лонгхерст в Крэнфилдском университете.

«Водород — самое чистое и безуглеродное топливо, которое мы можем получить, — говорит он, — так что это своего рода Святой Грааль».

Темы: