Что такое водород и может ли он действительно стать решением проблемы изменения климата?

Водород, или H₂, в последнее время привлекает большое внимание правительств США, Канады и Европы. нажать, чтобы разрезать их выбросы парниковых газов.

Но что такое H₂ и действительно ли это чистый источник энергии?

Я специализируюсь на исследование и разработка технологий производства H₂.Вот несколько ключевых фактов об этом универсальном химическом веществе, которое может сыграть гораздо большую роль в нашей жизни в будущем.

Итак, что такое водород?

Водород это самый распространенный элемент во Вселенной, но поскольку он настолько реактивен, сам по себе он не встречается в природе.Вместо этого он обычно связан с другими атомами и молекулами в воде, природном газе, угле и даже биологических веществах, таких как растения и человеческие тела.

Однако водород можно выделить.Молекула H₂ сама по себе представляет собой мощный высокоэффективный носитель энергии.

Это уже используется в промышленности производить аммиак, метанол и сталь и в переработка сырая нефть.В качестве топлива он может хранить энергию и сокращать выбросы от транспортных средств, включая автобусы и автомобили. грузовые суда.

Водород также можно использовать для выработки электроэнергии с меньшими выбросами парниковых газов, чем электростанции, работающие на угле или природном газе.Этот потенциал привлекает все больше внимания по мере того, как НАС.правительство предлагает новые правила это потребует от существующих электростанций сокращения выбросов углекислого газа.

Поскольку H₂ можно хранить, он может помочь преодолеть проблемы с перебоями, связанные с возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер и солнечная энергия.Его также можно смешивать с природным газом на существующих электростанциях для снижения выбросов станции.

Использование водорода на электростанциях может снизить выбросы углекислого газа в смеси или отдельно. специализированные турбины, или в топливные элементы, которые потребляют H₂ и кислород или O₂ для производства электроэнергии, тепла и воды.Но обычно он не полностью свободен от CO₂.Частично это связано с тем, что выделение H₂ из воды или природного газа требует много энергии.

Как производят водород?

Есть несколько распространенных способов производства H₂:

• Электролиз может выделить водород, расщепляя воду – H₂O – на H₂ и O₂ с помощью электрического тока.

• Риформинг метана использует пар для расщепления метана, или CH₄, на H₂ и CO₂.Для этого процесса расщепления также можно использовать кислород и пар или CO₂.

• Газификация преобразует материалы на основе углеводородов, в том числе биомасса, уголь или даже муниципальные отходы – в синтез-газ, газ с высоким содержанием H2, который можно использовать в качестве топлива либо сам по себе, либо в качестве прекурсора для производства химикатов и жидкого топлива.

У каждого есть преимущества и недостатки.

Зеленый, синий, серый – что означают эти цвета?

Водород часто обозначается цветом, чтобы указать, насколько он чист и не содержит CO₂.Самый чистый – это зеленый водород.

Зеленый H₂ производится с использованием электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, таких как ветер, солнечная энергия или гидроэнергетика.Хотя зеленый водород полностью не содержит CO₂, он дорог, примерно 4-9 долларов США за килограмм (2–4 доллара за фунт) из-за высокой энергии, необходимой для расщепления воды.

Другие менее энергоемкие методы могут производить H₂ с меньшими затратами, но они все равно выделяют парниковые газы.

Серый H₂ является наиболее распространенным типом водорода.Его производят из природного газа путем риформинга метана.Этот процесс выбрасывает углекислый газ в атмосферу и стоит около 1-2,50 доллара за килограмм (50 центов-1 доллар за фунт).

Если выбросы CO₂ серого водорода улавливать и запирать, чтобы они не выбрасывались в атмосферу, они могут стать синий водород.Затраты выше, примерно 1,50-3 доллара за килограмм (70 центов-1,50 доллара за фунт) для производства, и выбросы парниковых газов все еще могут избежаться при добыче и транспортировке природного газа.

Другой альтернативой является бирюзовый водород, произведенный с использованием как возобновляемых, так и невозобновляемых ресурсов.Возобновляемые ресурсы обеспечивают чистую энергию для преобразования метан – CH₄ – на H₂ и твердый углерод, а не тот углекислый газ, который необходимо улавливать и хранить.Этот тип технология пиролиза все еще новый и, по оценкам, будет стоить от 1,60 и 2,80 доллара за килограмм. (70 центов-1,30 доллара за фунт).

Можем ли мы сейчас выключить свет на ископаемом топливе?

Более 95% H₂ произведено в США сегодня — это серый водород, полученный из природного газа, который до сих пор выделяет парниковые газы.

Сможет ли H₂ стать альтернативой природному газу для энергетики и других целей, например, для транспорта, отопления и промышленных процессов, будет зависеть от наличия недорогой возобновляемой энергии для электролиза для получения зеленого H₂.

Это также будет зависеть от развитие и расширение трубопроводов и другой инфраструктуры для эффективного хранения, транспортировки и распределения H₂.

Без инфраструктуры использование H₂ не будет быстро расти.Это современная версия вопроса «Что было раньше, курица или яйцо?» Продолжение использования ископаемого топлива для производства H₂ может стимулировать инвестиции в инфраструктуру H₂, но использование ископаемого топлива приводит к выбросам парниковых газов.

Какое будущее ждет водород?

Хотя зеленый и синий водород проекты появляются, они пока маленькие.

Такие меры политики, как ограничения на выбросы парниковых газов в Европе и ограничения на выбросы парниковых газов в США к 2022 году. Закон о снижении инфляции, который предлагает налоговые льготы до 3 долларов за килограмм (1,36 доллара за фунт) H₂, может помочь сделать более чистый водород более конкурентоспособным.

Потребность в водороде, по прогнозам, увеличиться в два-четыре раза его нынешнем уровне к 2050 году.Чтобы H₂ стал «зеленым», потребуются значительные объемы возобновляемой энергии, в то время как строятся новые солнечные, ветровые и другие электростанции, использующие возобновляемые источники энергии, для обеспечения электроэнергией непосредственно энергетического сектора.

Хотя зеленый водород является многообещающей тенденцией, это не единственное решение для удовлетворения мировых энергетических потребностей и целей безуглеродной энергетики.Сочетание возобновляемых источников энергии и чистого H₂, включая синий, зеленый или бирюзовый, вероятно, будет необходимо для устойчивого удовлетворения мировых энергетических потребностей.