Водородные перспективы для возобновляемых источников энергии

Водородная энергетика предполагает использование водорода или водородсодержащих соединений для производства энергии, которая будет использоваться с высокой энергоэффективностью, огромными экологическими и социальными преимуществами, а также будет обладать экономической конкурентоспособностью. В настоящее время мир экспериментирует с применением водородной энергетики во всех секторах, включая производство, хранение и распределение энергии; электроснабжение, отопление и охлаждение зданий и домашних хозяйств; промышленность; транспорт; и производство сырья.

Энергоэффективность и устойчивость являются двумя важными факторами, способствующими переходу от нынешней экономики, основанной на ископаемом топливе, к экономике замкнутого цикла, которая будет характеризоваться высокоэффективной инженерией и применять самые передовые энергетические технологические решения текущего столетия.

Водород — это чистое топливо, которое при использовании в топливном элементе производит только воду. Водород можно получать из различных источников, таких как природный газ, ядерная энергия, биомасса и возобновляемые источники энергии (например, солнечная и ветровая). Эти факторы делают его привлекательным вариантом в качестве топлива для транспорта и производства электроэнергии. Его можно использовать в автомобилях, в домах, в портативных источниках питания и во многих других сферах. Водород — это потенциальный носитель энергии, который можно использовать для хранения, транспортировки и доставки энергии, произведенной из других источников.

Водород и энергия имеют долгую общую историю — более 200 лет назад они использовались в первых двигателях внутреннего сгорания и стали неотъемлемой частью современной нефтеперерабатывающей промышленности. Водород легкий, пригодный для хранения, энергоемкий и не производит прямых выбросов загрязняющих веществ или парниковых газов.

Потенциал водорода, производимого с помощью низкоуглеродной электроэнергии, как источника чистой энергии, — огромен. Он простирается от транспорта до целого ряда отраслей обрабатывающей промышленности, а также от хранения электроэнергии с низким содержанием углерода до использования водорода для отопления жилых и коммерческих зданий. Но для того, чтобы водород внес значительный вклад в переход к чистой энергии, его необходимо внедрить в ключевых секторах экономики.

Развитие водорода уже широко поддерживается не только в ЕС, но и во всем мире. Правительства многих стран предпринимают стратегические шаги по поощрению не только использования водорода, но и его крупномасштабного производства из возобновляемых источников электроэнергии с целью экспорта, а также внутреннего использования. Число стран, проводящих политику прямой поддержки инвестиций в водородные технологии, растет вместе с числом секторов, на которые они ориентированы.

Водородное топливо можно производить несколькими способами. Наиболее распространены методы риформинга природного газа (термический процесс) и электролиз. Известно, что воду можно разделить на кислород и водород с помощью процесса, называемого электролизом. Электролитические процессы происходят в электролизере, который работает так же, как топливный элемент, только наоборот: вместо использования энергии молекулы водорода, как это делает топливный элемент, электролизер создает водород из молекул воды. В процессах, основанных на солнечной энергии, в качестве агента производства водорода используется свет. В фотоэлектрохимических процессах используются специальные полупроводники для разделения воды на водород и кислород.

Перспектива для водорода состоит в том, чтобы извлечь пользу из того факта, что уже есть все необходимое для успеха: благоприятная политическая среда и наличие финансовой поддержки со стороны правительств; концентрация потенциальных промышленных пользователей с сильными стимулами к декарбонизации своей деятельности; наличие разработчиков водородных технологий с потенциалом быть лидерами на мировых рынках, в том числе в производстве и использовании водорода; а также наличие инфраструктуры и соответствующих экспертных знаний, которые могут быть использованы для связи потребителей и производителей водорода как при помощи трубопроводов, так с использованием судов.

Эксперты расходятся во мнениях относительно того, какие применения водорода, вероятно, будут наиболее важными (и с какой скоростью снизятся затраты на различные задействованные технологии), но немногие отрицают, что он будет играть ключевую роль в энергетическом переходе. По некоторым оценкам, к 2050 году европейский рынок водорода вырастет более чем в семь раз.

Различные варианты использования водорода

Сегодня преобладает использование водорода в промышленности, а именно: переработка нефти, производство аммиака, производство метанола и производство стали. Практически весь этот водород поставляется с использованием ископаемого топлива, поэтому существует значительный потенциал сокращения выбросов за счет чистого водорода.

В транспорте конкурентоспособность автомобилей на водородных топливных элементах зависит от стоимости топливных элементов и заправочных станций, в то время как для грузовых автомобилей приоритетной задачей является снижение стоимости доставки водорода. Судоходство и авиация имеют ограниченные возможности использования низкоуглеродного топлива и открывают возможности для топлива на основе водорода.

В недвижимости водород может быть использован за счет его добавления в существующие сети природного газа с наибольшим потенциалом в многоквартирных и коммерческих зданиях, особенно в густонаселенных городах, в то время как более долгосрочные перспективы могут включать прямое использование водорода в водородных котлах или топливных элементах.

В производстве электроэнергии водород является одним из перспективных  вариантов для хранения возобновляемой энергии, а водород и аммиак можно использовать в газовых турбинах для повышения гибкости энергосистемы. Аммиак можно также использовать на угольных электростанциях для сокращения выбросов.

Считается, что водородная энергия, будучи полностью независимой от каких-либо потребностей в углероде, хорошо сочетается с возобновляемыми или неисчерпаемыми энергоресурсами, к которым мы должны постепенно перейти в будущем по мере того, как наш век ископаемого топлива идет на убыль. Из возобновляемых источников энергии сегодня единственным надежным источником является солнце, хотя контролируемый ядерный синтез и геотермальные энергетические системы также имеют большие перспективы.

Водород может позволить возобновляемым источникам энергии внести еще больший вклад в общую картину мировой энергетики. Он может помочь с решением проблемы  переменной производительности возобновляемых источников энергии, таких как солнечная фотоэлектрическая энергия и ветер, доступность которых не всегда соответствует спросу. Водород является одним из ведущих вариантов хранения энергии из возобновляемых источников и выглядит многообещающим вариантом с наименьшими затратами для хранения электроэнергии в течение нескольких дней, недель или даже месяцев. Водород и топливо на основе водорода могут транспортировать энергию из возобновляемых источников на большие расстояния — из регионов с обильными солнечными и ветровыми ресурсами в энергоемкие города за тысячи километров.

В прошлом опыт использования водорода был скорее неудачным. На этот раз все может быть иначе. Сегодня водород переживает беспрецедентный рост. Мир не должен упустить этот уникальный шанс сделать водород важной частью нашего чистого и безопасного энергетического будущего. Недавние успехи солнечных фотоэлектрических, ветряных, аккумуляторных и электрических транспортных средств показали, что политические и технологические инновации способны создать глобальные отрасли чистой энергии. В условиях постоянно меняющегося мирового энергетического сектора универсальность использования водорода вызывает все больший интерес со стороны правительств и многих компаний. Поддержка исходит от государств, которые импортируют и экспортируют энергию, а также от поставщиков электроэнергии из возобновляемых источников, производителей промышленного газа, электроэнергетических и газовых компаний, автопроизводителей, нефтегазовых компаний, крупных инженерных фирм и городов. Инвестиции в водород могут способствовать развитию новых технологий и промышленности во всем мире, создавая квалифицированные рабочие места.

Авенстон внимательно следит за развитием современных водородных технологий и проводит анализ возможностей по их применению в различных проектах. Наши специалисты с 2014 года принимают активное участие в международных отраслевых мероприятиях по этому вопросу, уделяя большое внимание анализу и оценке применимости предлагаемых решений. Компания планирует в будущем принять участие в реализации проектов, связанных с внедрением технологий водородной энергетики, в качестве технического консультанта и оказать необходимую инжиниринговую поддержку.