Тяжелый водород: перспективы водородной энергетики все еще туманны

К теме водородной энергетики (ВЭ) научное сообщество обратилось еще в 1974 году, в пору первого глобального углеводородного (УВ) энергетического кризиса. Уже тогда изучался вопрос перехода с УВ на …
| finsuccess |

Тяжелый водород: перспективы водородной энергетики все еще туманны

К теме водородной энергетики (ВЭ) научное сообщество обратилось еще в 1974 году, в пору первого глобального углеводородного (УВ) энергетического кризиса. Уже тогда изучался вопрос перехода с УВ на H2. Вердикт оказался неутешительный — существующая экономическая парадигма делает ВЭ нерентабельной.

В 2020 году еврокомиссар по энергетике Кадри Симсон заявила о намерении ЕС к 2050 г. стать климатически нейтральным. Цель будет достигнута за счет выведения из употребления всех ископаемых энергоносителей. В то же время был зафиксирован всплеск количества публикаций в СМИ на тему замены традиционных источников энергии на водород (H2).

Тяжелый водородный вопрос

Сегодня ЕС истощил собственные запасы УВ и попал в жесткую зависимость от поставщиков энергоресурсов. Однако с введением в действие в 2009 г. 3-го энергетического пакета, с обязательным строительством возобновляемых источников энергии — ВИЭ, ЕС стремится ограничить свою зависимость от энергопоставщиков.

Проблема рваной генерации ВИЭ

Ряд экспертов убеждены, что нынешние разговоры о ВЭ начались после печальных итогов эксплуатации ветряков и солнечных батарей — ВИЭ. Рваная генерация уже критично расшатывает энергосистему ЕС.

Все ВИЭ подстраховываются традиционными источниками. Эксперты утверждают, что не больше 20-30% ВИЭ могут быть включены в энергосистему без риска веерных отключений. При этом следует держать наготове так называемые пиковые теплоэлектростанции, которые используют природный газ (ПГ) или СПГ. Вот для замены УВ на H2 в таких пиковых электростанциях и был поднят вопрос о ВЭ в настоящее время.

Дорогая и «грязная» добыча H2

Приверженцы ВИЭ считают, что во время пиковой выработки электроэнергии часть мощностей следует направлять на получение H2 методом электролиза. Однако в этом случае стоимость одного кВт/ч увеличивается в 5-6 раз.

Международное энергетическое агентство рассчитывает, что к 2030 году цена 1 кг водорода понизится с нынешних $8 до $4,3. Но только снижение цены до уровня ниже $2 может составить конкуренцию УВ.

Сегодня 75% H2 производится методом парового риформинга: очищенный ПГ соединяют с перегретым водяным паром. Еще 20% H2 добывают через газификацию угля. И только 0,1% H2 производится методом электролиза.

Как транспортировать?

ВЭ требует транспортировки и хранения H2 в объемах на 2 порядка больше сегодняшних.

В чистом виде на Земле H2 не встречается — он слишком активен и тут же вступает в реакцию. Металл в присутствии чистого H2 корродирует до хрупкого состояния и транспортировка H2 потребует новых трубопроводных сетей, рассчитанных на давление в 3-4 раза выше нынешних значений.

Без топливохранилищ энергетики не бывает. Но хранить H2 в жидком виде чрезвычайно дорого. Если ПГ сжижается при температуре минус 160˚С, то H2 — около минус 260˚С. Т.е. затраты на единицу объема будут выше.

Продукт горения — яд

Сторонники ВЭ чаще всего говорят, что при использовании H2 в качестве топлива не выделяется CO2, а продукт горения — водяной пар, экологически безопасный. На самом деле это возможно только в лаборатории, при горении H2 в чистом кислороде. С горением на воздухе все обстоит иначе.

Дело в том, что температура горения H2 в воздухе — свыше 2000˚С. А согласно механизмам Зельдовича, при горении любого топлива с температурой свыше 1500˚С в земной атмосфере кислород и азот образуют соединения, признаваемые вредными выбросами, токсичными для дыхательной системы людей и животных. Эти же оксиды азота приводят к появлению «кислотных дождей». На ТЭС потребуется применение специальных сепараторов.

Слишком горячо!

Температура горения метана (ок. 90% ПГ) — менее 1000˚С. Именно на эту температуру рассчитано все оборудование ТЭС, котельных и т.д.

Переход на чистый H2 в качестве топлива потребует замены оборудования на несуществующие (пока) материалы. Имеющиеся сплавы не предназначены для эксплуатации при температуре сгорания H2.

H2 — как добавка

Япония зависит от поставок энергоресурсов почти на 100%. И там уже были соответствующие исследования по использованию H2 в качестве топлива. Mitsubishi и Hitachi совместно провели эксперименты по добавлению H2 в газовую смесь на существующих ТЭС.

Итоги эксперимента достаточно пессимистичны. Только до 30% водорода может содержать поступающая для горения газовая смесь. Большая концентрация перегревает оборудование. Рост КПД составил 10% (без учета цены водорода), на 6% уменьшился объем выбросов углекислого газа.

Водородный топливный элемент

Перспективной разработкой считается использование топливного водородного элемента — специального электро-химического устройства — в автомобилях. Но массовое появление таких «водородных» автомобилей до сих пор под вопросом. Они должны заправляться H2, т.е. для их распространения нужна сеть заправок и решение вопроса с производством H2 в промышленных масштабах.

Большинство независимых экспертов считают, что замена УВ на H2 сталкивается с технологическими проблемами, стоимость решения которых в сегодняшних условиях резко снижает рентабельность ВЭ как таковой.

Источник


Популярное

Forex

Криптовалюта

Рынки