Современный мир трудно вообразить без дебатов об исчерпаемости энергоносителей и беспокойства по поводу изменений климата. Неудивительно, что все более популярными становятся идеи «устойчивой», «циркулярной» и «зеленой» экономики, которые предполагают максимизацию внимания к экологическому аспекту при принятии экономических решений и развитие новых технологий для климатически нейтрального роста. В этом контексте, можно услышать о планах «водородного перехода». Вопрос о том, как скоро мы будем ездить на водородных автомобилях, использовать водородное топливо для отопления квартир, давать пластиковые отходы для переработки водорода, можно ли считать водородную энергетику панацеей для борьбы с изменением климата изучила Марина Рабинович.

Идея «водородного перехода». состоит в использовании «зеленого водорода» вместо дизельного топлива на транспорте, природного газа для отопления и угля в металлургической и машиностроительной промышленности.

Что такое водород и как его синтезируют в энергетике

Если вспомнить школьную программу химии, водород — это химический элемент периодической системы, который обозначается латинской буквой «H» и является самым легким элементом в таблице. По сути, водород — это бесцветный газ, который сам по себе нетоксичен, не имеет запаха и вкуса, но характеризуется высокой пожаро- и взрывопасностью при соединении с воздухом или кислородом, а также окисляющими газами, например, фтором или хлором. Стоит отметить, что водород является самым распространенным газом во Вселенной и десятым по распространенности элементов в земной коре, однако, в отличие от, например, кислорода, в основном представлен в виде соединений. Из описания видны как минимум две сложности работы с водородом: его пожаро- и взрывоопасность и необходимость высвобождения его из различных соединений.

На сегодняшний день, существует четыре типа промышленного водорода, которые маркируют различными цветами в зависимости от его чистоты и способа высвобождения. Так, наименее экологичен «коричневый» или «черный» водород, который получают путем газификации угля, и в процессе производства которого выделяется углекислый газ. «Серый» и «голубой» водород является продуктом «риформинга» (конверсии углеродов с помощью водяного пара) природного газа. Тогда как производство «серого» водорода предусматривает выбросы углекислого газа, при производстве «голубого» водорода используют системы улавливания углекислого газа, которые позволяют собирать его и использовать в дальнейших промышленных целях. Наконец-таки, наиболее ценен (и в то же время, дорог) «зеленый» водород, который получают либо путем электролиза воды (процесс использования электричества для разложения воды на водород и кислород) либо из биогаза. Биогаз, в свою очередь, представляет собой продукт брожения биомассы при воздействии определенных типов бактерий. Поэтому, для синтеза биогаза и последующего выделения «зеленого водорода» используют отходы продукции животноводства либо же бытовые отходы. Важно отметить, что как синтез биогаза, так и электролиз воды (для которого до недавнего времени требовались платиновые пластины) — удовольствие дорогое, поэтому наиболее часто в промышленности используют «серый» либо «голубой» водород.

Плюсы и минусы использования водорода

Самый очевидный плюс использования водорода — его распространенность и отсутствие опасений о недостаточности запасов, как в случае с углем или нефтью. Кроме того, «голубой» и «зеленый» водород не вредят окружающей среде. Так, по сравнению с автомобилями на бензине, основное преимущество водородных двигателей — их экологичность, так как при горении водорода выделяется, в основном, водяной пар. Также в водородных двигателях присутствуют различные масла, продукты горения которых могут быть токсичными, однако, таких масел в водородных двигателях меньше, чем в обычных. В-третьих, водород характеризуется очень широкой сферой применения. Его можно использовать для выработки электроэнергии, производства топлива для транспорта, в качестве промышленного сырья (в нефтепереработке и металлургии), энергоносителя для производства (как альтернативу природному газу) и газа для отопления. Таким образом, «водородный переход» — идеальное решение для постепенного уменьшения выбросов углекислого газа в атмосферу — декарбонизации, ведь это важный составляющий элемент климатических стратегий как на уровне отдельных государств, так и на национальном уровне.

Почему большинство из нас все еще не отапливает водородом свои квартиры и не ездит на водородных автомобилях? Виной тому — минусы водорода. В первую очередь, это высокая стоимость производства экологически чистого водорода. Во-вторых, ввиду взрыво- и пожароопасности, его не так легко обрабатывать (для этого используются технологии сжижения и компримирования — «сдавливания» газа с помощью повышенного давления), а также хранить и транспортировать. В-третьих, сложность и высокая себестоимость водородных технологий усложняют их передачу и распространение в развивающихся и наименее развитых странах. Кроме того, распространению таких технологий могут противостоять государства, заинтересованные в экспорте нефти и газа.

Перспективы «водородного перехода»

Несмотря на вышеупомянутые минусы, уже сегодня можно смело утверждать, что нас ждет если не полноценный «водородный переход», то постепенное расширение использования водорода в самых разных сферах. Прямое подтверждение этому — повышение внимания к водороду в стратегических документах всех без исключения ключевых экономик мира — США, Евросоюза, Китая и РФ — и их готовность инвестировать в технологии, которые облегчат производство, хранение и транспортировку водорода. К примеру, Водородная стратегия ЕС — непосредственный элемент Европейского зеленого курса, который представляет собой долгосрочный план (до 2050 года) перехода ЕС к экономике «замкнутого цикла» (с минимумом отходов) и превращения Европы в климатически нейтральный континент. Водородная стратегия ЕС, в свою очередь, предусматривает широкое использование «зеленого» водорода, производимого путем электролиза с участием возобновляемых источников энергии (ветра, воды), в частности, в качестве топлива и для балансировки системы электроэнергетики. С этой целью, ЕС планирует до 2050 года инвестировать до 470 миллиардов евро в создание электролизных установок, развитие водородных технологий и международное сотрудничество для производства «зеленого» водорода.

Кроме того, как в Европе, так и в Штатах, можно все чаще услышать об амбициозных водородных планах крупных компаний. Например, компания Plug Power планирует построить в Калифорнии колоссальный завод по производству водородного топлива, производительность которого составит 30 тонн «зеленого» водорода в день. Норвежская компания Equinor в сотрудничестве с властями Британии готовится к запуску схожего проекта в Соединенном Королевстве. Кроме того, все большие усилия прилагаются для точечной борьбы с недостатками водородной энергетики, в частности, для снижения стоимости материалов для электролиза и конверсии. Важный катализирующий фактор, в этой связи — глобальный рост контроля за выбросами углекислого газа, а также стоимости выбросов. Таким образом, возобновляемая энергетика, в целом, и водородная, в частности, становится не только перспективой, но и необходимостью, а через пару десятков лет водородным автомобилем или вертолетом нас будет уже не удивить.

Автор: Марина Рабинович

Иллюстрации: Катя Березовская