Что такое желтый водород
Классификация водорода по цвету
Для простоты каждый «сорт» обозначается цветом
В классификации водорода главным критерием является его экологичность.
Чем больше оксидов углерода выделяется при производстве водорода, тем менее экологичным он будет считаться.
Для простоты каждый «сорт» обозначается цветом.
Зеленый водород
Данный водород является самым экологичным, т. к. получают его с помощью электролиза.
Если электричество поступает от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как ветер, солнечная или гидроэнергия, то выбросы СО2 отсутствуют.
Желтый (оранжевый) водород
Как и зеленый, его получают путем электролиза.
Однако источником энергии являются атомные электростанции (АЭС).
Выбросы СО2 отсутствуют, но метод не является абсолютно экологичным.
Бирюзовый водород
Этот водород получают разложением метана на водород и твердый углерод путем пиролиза.
Производство бирюзового водорода дает относительно низкий уровень выброса углерода, который может быть либо захоронен, либо использован в промышленности, например, в производстве стали или батарей.
Таким образом, он не попадает в атмосферу.
Серый водород
Серый водород производится путем паровой конверсии метана.
Исходным сырьем для такой реакции служит природный газ.
Этот процесс легко осуществим с практической точки зрения, однако в ходе химической реакции выделяется углекислота, причем в тех же объемах, что и при сгорании природного газа (также расходуется энергия на конверсию).
Коричневый (бурый) водород
Для получения коричневого водорода в качестве исходного сырья используется бурый уголь.
Далее с помощью газификации бурого угля образуется синтез-газ (сингаз): смесь углекислого газа (CO2), окиси углерода (CO), водорода, метана и этилена, а также небольшое количество других газов.
Первые 2 из этих газов бесполезны в производстве электроэнергии.
Это делает процесс очень неэкологичным по сравнению с другими методами.
Классификация водорода по цвету
Для простоты каждый «сорт» обозначается цветом
В классификации водорода главным критерием является его экологичность.
Чем больше оксидов углерода выделяется при производстве водорода, тем менее экологичным он будет считаться.
Для простоты каждый «сорт» обозначается цветом.
Зеленый водород
Данный водород является самым экологичным, т. к. получают его с помощью электролиза.
Если электричество поступает от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как ветер, солнечная или гидроэнергия, то выбросы СО2 отсутствуют.
Желтый (оранжевый) водород
Как и зеленый, его получают путем электролиза.
Однако источником энергии являются атомные электростанции (АЭС).
Выбросы СО2 отсутствуют, но метод не является абсолютно экологичным.
Бирюзовый водород
Этот водород получают разложением метана на водород и твердый углерод путем пиролиза.
Производство бирюзового водорода дает относительно низкий уровень выброса углерода, который может быть либо захоронен, либо использован в промышленности, например, в производстве стали или батарей.
Таким образом, он не попадает в атмосферу.
Серый водород
Серый водород производится путем паровой конверсии метана.
Исходным сырьем для такой реакции служит природный газ.
Этот процесс легко осуществим с практической точки зрения, однако в ходе химической реакции выделяется углекислота, причем в тех же объемах, что и при сгорании природного газа (также расходуется энергия на конверсию).
Коричневый (бурый) водород
Для получения коричневого водорода в качестве исходного сырья используется бурый уголь.
Далее с помощью газификации бурого угля образуется синтез-газ (сингаз): смесь углекислого газа (CO2), окиси углерода (CO), водорода, метана и этилена, а также небольшое количество других газов.
Первые 2 из этих газов бесполезны в производстве электроэнергии.
Это делает процесс очень неэкологичным по сравнению с другими методами.
Водород: эпоха возрождения?
Климатические амбиции крупнейших экономик мира на пути к низкоуглеродной энергетике заставили их снова обратиться в сторону самого легкого и самого распространенного элемента на земле — водорода. По мнению международных экспертов, водород, который имеет двухсотлетнюю историю использования, именно по причине экологической чистоты наконец имеет шансы на успех.
«Хотя за последние 50 лет водород пережил несколько волн интереса, ни одна из них не привела к устойчивому росту инвестиций и более широкому внедрению в энергетических системах. Тем не менее, недавний акцент на декарбонизацию и расширение масштабов и ускоренный рост низкоуглеродных технологий, таких как возобновляемые источники энергии, вызвал новую волну интереса к свойствам и расширению цепочки поставок водорода», — пишет в своем обзоре Goldman Sachs (GS).
Водород содержит в 2,5 раза больше энергии на единицу массы по сравнению с природным газом и бензином, но его очень низкий вес подразумевает гораздо более низкую плотность энергии на единицу объема в его газообразной форме в условиях окружающей среды.
«Водород обладает рядом ценных свойств, два из которых делают его уникальным в эпоху изменения климата:
— отмечают эксперты GS.
Зеленый, серый, бурый и голубой водород
В настоящее время производится около 70 млн тонн водорода, но лишь менее 2% производится экологически чистым способом — путем электролиза воды, когда вода разлагается на свои составляющие — водород и кислород — после подачи электрического тока. Если электроэнергия производится с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ) — это «зеленый» водород, что является конечной целью экологически ответственных стран.
Однако, как водится, это наиболее дорогостоящий способ, и сейчас водород производится в основном из ископаемых источников энергии, в частности, из природного газа путем его риформинга — это «серый» водород (75%), поскольку нежелательным продуктом является СО2.
Остальной объем водорода производится путем газификации угля и называется «бурым» водородом.
По данным Международного энергетического агентства (МЭА), около 6% мирового производства газа и 2% угля используется для производства водорода, что приводит к существенным выбросам парниковых газов.
Аналитики Wood Mackenzie подсчитали, что в 2017 году на мировое производство водорода приходилось больше ежегодных выбросов CO2 и других парниковых газов, чем на всю Германию и мировую судоходную отрасль — 830 млн т в год.
На пути к «зеленому» водороду выделяется понятие «голубого» водорода: если при производстве «серого» или «бурого» будут улавливаться парниковые газы за счет систем CCS (carbon capture systems).
Где используется водород
С 1975 года спрос на водород увеличился более чем в три раза — с 18 до чуть более 70 млн т в год, из них около половины — 38 млн т — потребляется в нефтепереработке, около 32 млн т — в химической промышленности для производства аммиака, еще 4 млн т потребляют другие отрасли, в частности, при производстве метанола и стали, подсчитало МЭА.
Эксперты отмечают, что водород может «обезуглеродить» ряд секторов, где это представлялось сложным осуществить, включая перевозки на дальние расстояния, химическую промышленность, а также производство чугуна и стали.
Как пишет GS, ключевые характеристики водорода (малый вес и высокая энергия на единицу массы, короткое время дозаправки, нулевые прямые выбросы при использовании возобновляемых источников энергии) делают его привлекательным кандидатом в качестве транспортного топлива.
На сегодняшний день сжатый водород используется для автомобильного транспорта (включая легковые автомобили, а также автобусы, грузовики и поезда), при этом на легковые автомобили приходится подавляющее большинство используемых электромобилей на топливных элементах. Япония, США, ЕС и Южная Корея лидируют по уровню парка FCEV, но многие другие страны недавно также установили цели по внедрению водорода в транспортном секторе.
«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»,
Количество FCEV в мире почти удвоилось до 25210 единиц в конце 2019 года, при этом было продано 12350 новых автомобилей — почти вдвое больше, чем в 2018 году. По состоянию на конец 2019 года во всем мире работало 470 водородных заправочных станций, что на 20% больше, чем в 2018 году.
Железнодорожная отрасль уже является лидером в европейском энергетическом переходе, генерируя только 0,1% общих выбросов парниковых газов, однако водородные поезда помогут дополнительно снизить выбросы и уровень шума. Первые коммерческие поезда были представлены в 2016 году компанией Alstom, а в 2018 году они введены в эксплуатацию в Германии. Хотя они все еще находятся на ранней стадии разработки и, по данным Alstom, их первоначальные затраты на 25% выше, экологический, технический и экономический профиль делает водородные поезда привлекательными для замены парка с дизельными двигателями, считают эксперты GS.
При использовании для бытового и промышленного отопления водород можно добавлять в существующие газопроводы с наибольшим потенциалом использования 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.
Добавление до 20% водорода в газораспределительную сеть требует минимальных или потенциально нулевых модификаций сетевой инфраструктуры или бытовых приборов конечного пользователя, отмечает МЭА.
Проект GRHYD во Франции, который начал подмешивать 6% водорода в сеть природного газа в 2018 году, уже достиг 20% в объемном выражении в 2019 году, демонстрируя техническую осуществимость этого подхода.
Закачка водорода в магистральные газопроводы является более сложной задачей из-за несовместимости материалов при высоких давлениях и более низкого допуска по концентрации водорода в смеси, которую могут принять промышленные пользователи. Однако в рамках некоторых пилотных экспериментов изучается возможность впрыска водорода в такие газопроводы, а проект, разработанный Snam в Италии, уже продемонстрировал возможность подмешивания водорода в объеме до 10%.
На промышленных предприятиях по переработке нефти, производству аммиака, метанола и стали «зеленый» или «голубой» водород может использоваться в качестве топлива (обеспечивая высокотемпературное тепло, требуемое на промышленных предприятиях) или как сырье, помогая сделать соответствующие производства экологически чистыми. Одним из ключевых промышленных применений чистого водорода, которое в последнее время привлекло внимание промышленности, является производство углеродистой стали с нулевым содержанием углерода. В настоящее время осуществляется ряд проектов по развитию этих процессов и продвижению к коммерциализации.
В производстве электроэнергии водород является одним из ведущих вариантов 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.
Сколько стоит водородная экономика
Основной статьей затрат при производстве «серого» водорода является стоимость сырья — от 45% до 75% себестоимости, считает МЭА.
При этом, если добавить в схему использование уловителей СО2, затраты вырастают примерно на 50%:
Конечно же, доля сырья в себестоимости для стран, импортирующих газ, выше, чем в странах-производителях.
Согласно отраслевым исследованиям, использование технологий улавливания выбросов при производстве водорода может снизить их на 90%. В настоящее время по всему миру работает 20 крупных объектов CCS (в основном в США, Канаде и Норвегии) с общей мощностью, превышающей 35 млн тонн в год.
Наиболее широко применяемой и зрелой технологией является щелочной электролиз, характеризующийся относительно низкими капитальными затратами на электролизер (менее дорогие, поскольку обычно используется меньше драгоценных металлов по сравнению с другими технологиями электролиза, и с относительно высокой эффективностью, обычно варьирующейся от 55% до 70%).
Эксперты полагают, что «голубой» водород, вероятно, будет в ближайшей и среднесрочной перспективе основным проводником низкоуглеродной энергетики, пока «зеленый» водород не достигнет паритета затрат.
Аналитики МЭА отмечают, что в связи со снижением затрат на возобновляемую электроэнергию, в частности, солнечную энергию и энергию ветра, интерес к электролитическому водороду растет, и в последние годы было реализовано несколько демонстрационных проектов.
Если бы весь водород производился бы сейчас путем электролиза, это привело бы к потребности в электроэнергии в 3600 ТВт*ч, что превышает годовую выработку электроэнергии в Европейском Союзе, подсчитали аналитики агентства.
При снижении затрат на солнечную и ветровую генерацию строительство электролизеров в местах с отличными условиями для возобновляемых ресурсов может стать недорогим вариантом поставки водорода даже с учетом затрат на передачу и распределение при транспортировке водорода из удаленных мест, где используются возобновляемые источники энергии.
Согласно исследованию Wood Mackenzie, к 2040 году затраты на экологически чистый водород упадут на 64%. Так, считают эксперты, с учетом заявленных за последние десять месяцев проектов по «зеленому» водороду, объемы будут достаточно большими и достаточно стабильными, чтобы можно было масштабировать зарождающийся рынок.
«В среднем, к 2040 году затраты на производство зеленого водорода будут равны затратам на водород, вырабатываемый из ископаемого топлива. В некоторых странах, таких как Германия, это произойдет к 2030 году.
Учитывая масштаб, который мы наблюдали до сих пор, 2020-е годы, вероятно, станут десятилетием водорода»,
— отмечают аналитики WoodMac.
В то же время росту конкурентоспособности «зеленого» водорода будет способствовать и рост цен на ископаемые виды топлива. В то время как в 2020 году «серый» водород является самым дешевым водородом, за исключением Китая, Wood Mackenzie ожидает, что к 2040 году затраты на него вырастут на 82%, в основном, из-за роста цен на газ. В Саудовской Аравии и США «серый» водород по-прежнему будет самым дешевым водородом до 2040 года, считают они.
Стоимость «голубого» водорода к 2040 году вырастет, по мнению WoodMac, на 59%. «Успех „голубого“ водорода связан с успехом технологии CCS, которая страдает от высоких затрат и отмены проектов. Как и в случае с „серым“ водородом, прогнозируемый профиль затрат в значительной степени определяется ценами на природный газ», — считают они.
Решение за политиками
«Даже с учетом множества проблем, которые ждут зарождающийся рынок экологически чистого водорода, мы твердо уверены, что в ближайшее время возникнет какая-то форма низкоуглеродной водородной экономики. Учитывая степень четкой политики, корпоративной и социальной поддержки, которая процветала в 2020 году, зеленый водород будет успешно масштабироваться и обеспечивать значительное снижение производственных затрат», — уверены в WoodMac.
«В 2019 году водородные технологии продолжали развиваться, что вызвало большой интерес у политиков. Это был рекордный год для ввода в эксплуатацию электролизных мощностей, и на ближайшие годы было сделано несколько важных заявлений», — полагают аналитики МЭА.
В 2020 году производство низкоуглеродного водорода, как ожидается, составит около 0,46 млн т, уже анонсированы проекты, которые позволят к 2023 году производить 1,45 млн т, а к 2030 году стоит задачу увеличить производство до 7,92 млн т в год, отмечают в агентстве.
Европейский Союз летом текущего года заявил о намерении отказаться от использования ископаемых источников топлив к 2050 году и использовать декарбонизированные газы.
Европа является крупнейшим потребителем российских нефти и газа — основных источников пополнения российского бюджета.
Значит, России придется искать новые пути к своему традиционному партнеру.
«Газпром» уже пытается застолбить для себя нишу в производстве водорода, принимая участие в общественных дискуссиях, проведенных Европейской комиссией по проекту водородной стратегии. «Те предложения, которые мы высказали, — применение пиролиза метана для производства низкоуглеводного водорода — также включены в уже опубликованную стратегию ЕС. И водород, произведенный из природного газа, обладает как экономическими, так и экологическими преимуществами. То есть он может быть произведен без выбросов СО2», — сказал начальник отдела департамента 623 «Газпрома» Константин Романов.
По его словам, сейчас из природного газа в Европе производится более 8 млн тонн водорода в год, и на это используется более 30 млрд кубометров газа. Тогда как по планам ЕС предполагается производить лишь 1 млн тонн водорода с использованием электролиза воды.
«Мы ведем с европейскими партнерами дискуссии, переговоры о реализации пилотных водородных проектов в Европе, в том числе стратегия позволяет использовать и грантовую систему, механизмы грантов Еврокомиссии для развития пиролиза. Мы считаем, что природный газ по-прежнему останется важным источником для водорода и в целом для ЕС», — заключил Романов.
Светлана Кристалинская
Водород — новое светлое будущее энергетики?
Развитые страны постепенно отказываются от ископаемого топлива. На смену ему должны прийти экологически чистые источники энергии. Такой альтернативой наряду с электричеством становится водород. Как будет выглядеть водородное будущее и чем «зелёный» водород отличается от «серого» и «синего», рассказывает Фарид Мамедов.
Немецкая фирма «Пауль Вюрт» 12 марта 2020 года анонсировала строительство в Роттердаме электролитической установки по производству «зелёного» водорода. Установку уже успели испытать и признали годной к запуску в промышленное производство. К 2024 году она должна проработать 16 тысяч часов и произвести 960 тонн газа. Гораздо важней, что в атмосферу не попадет 8 тысяч тонн углерода — именно столько выбрасывается при производстве такого количества водорода.
Да, сейчас водород — это грязное производство. На каждый полученный килограмм водорода выбрасывается от 9 до 10 кг углерода. Такой водород получил название «серого». При этом элемент необходим для производства удобрений, используется в металлургическом производстве и химической промышленности. Сейчас мировое производство водорода составляет чуть более 70 млн тонн в год. Его углеродный след составляет более полумиллиарда тонн CO2.
Светлое будущее грязного продукта
Резкое снижение выбросов СО2 в атмосферу, подразумеваемое Парижским соглашением, зависит от глобального перехода к «зелёной» энергетике. По оценкам WRI (Института мировых ресурсов) на транспорт приходится 15,9% мировых выбросов, на промышленность — 18%, строительство и ЖКХ дают 20,4%. Это значит, что необходимо не только внедрение возобновляемых источников энергии, важно перевести все эти отрасли на энергоресурсы с низкой долей углерода. Без этого снизить антропогенные выбросы вдвое к 2050 году не получится.
Водород — это просто идеальное решение этой проблемы. Результат его сгорания — пар, то есть вода. Более того, самый перспективный получения водорода — электролиз воды. А это создаёт нечто наподобие замкнутого цикла, когда ресурсы газа будут восполняться при его потреблении. Никакой другой «зеленый» энергоресурс не дает такой возможности. Биотопливо, коксовый газ, аммиак — все при сжигании выбрасывают в атмосферу целый букет парниковых газов.
Есть только одна загвоздка: в отличие от нефти или газа, больших запасов водорода в естественных условиях просто нет. Водород сейчас — это результат переработки углеводородов со всем скопом сопутствующих проблем. Самым популярным методом получения этого газа остается паровая конверсия метана (95% получаемого водорода). При этом в атмосферу выбрасывается огромное количество углерода. Оставшиеся 5% приходятся в основном на не менее грязный риформинг нефти и нефтепродуктов. Небольшую долю процента составляют электролиз воды — самый массовый из «зелёных» методов получения водорода — и лабораторные биореакторы.
Такое соотношение не устраивает большинство стран, включившихся в водородную гонку. Поэтому стратегии достижения «безуглеродного» будущего нацелены на получение водорода максимально «зелёным» способом.
Цель — водород
Первой страной, которая сформулировала «водородную стратегию» стала Япония в 2017 году. За ней последовали и другие развитые страны. В 2019 году стратегии появились у Южной Кореи и Австралии, в 2020 году сразу у нескольких стран ЕС, от Голландии и Великобритании до Португалии и Франции. А 12 октября 2020 к этому списку стран присоединилась и Россия.
Так как с ходу перейти к «зелёной» энергетике не получится, программы предусматривают промежуточные меры. В первую очередь, это использование для перевозки и хранения водорода газовой инфраструктуры. Например, добавление 20% водорода к природному газу приведет к снижению выбросов СО2 на 7%.
Другой целью стал транспорт. В норвежской стратегии подчеркивается, что число электромобилей и автомобилей с водородными топливными ячейками должно достигнуть 50 тысяч к 2024 году. Их покупка не облагается НДС, а владельцы не обязаны платить транспортный налог до 2023 года. А Нидерланды планируют в ближайшие пару десятилетий перевести весь общественный транспорт на «водородную» тягу. Помимо этого, разрабатываются многочисленные варианты турбин, работающих на смеси природного газа и/или водорода. По такому же пути идут и другие страны, включая Германию.
Водородный транспорт
При этом у некоторых участников водородной гонки уже есть инфраструктура для водородного транспорта. Французская компания Air Liquide, один из лидеров рынка переработки газа, уже успела установить по всему миру более 120 водородных заправочных станций. Концерн Тойота еще в 2013 году выпустил на рынок водородную модель — «Мираи». В Токио, Лондоне уже давно ходят автобусы на водородных топливных элементах. Скоро к нем должен присоединиться Эдинбург.
В Германии в 2018 году стали регулярно ходить пригородные водородные поезда. Фирма Alstom, которая их выпускала, получила заказ на 27 машин. В Великобритании в 2019 году запустили экспериментальный водородный экспресс. К 2040 году в стране собираются полностью избавиться от парка дизельных локомотивов.
К 2030 году Китай, Южная Корея, Япония и штат Калифорния должны будут выпустить 4,6 млн автомобилей на водородном топливе. Одновременно с производством машин планируется и инфраструктура для них. Только в Калифорнии и Нидерландах будет построено по тысяче водородных заправок.
Несмотря на то, что Россия присоединилась к гонке сравнительно поздно, в 2019 году Росатом и «Трансмашхолдинг» тоже решили запустить производство водородных поездов. РЖД планировало тестировать их на Сахалине. А летом 2020 года в подмосковной Черноголовке наконец открылась первая в стране водородная заправка. За счет этих «первых шагов» в будущем нам пророчат взрывной рост водородного транспорта.
Водородная заправка в Черноголовке. Фото: Олег Егоров / vk.com
Где еще будут использовать водород?
Важнейший элемент стратегий — это «энергетическая» реформа ЖКХ. В Великобритании первопроходцем станет Лидс: там энергоснабжение будет полностью водородным. А согласно плану H21 North of England газовые сети и транспортное оборудование английского севера также переведут под водород. Водородное отопление 4 млн жилых домов и предприятий снизит выбросы СО2 на 20 млн тонн, хотя и обойдутся в огромную сумму — 30 млрд долларов.
И хотя в стратегиях промышленность и сельское хозяйство практически не упоминаются, ассоциации отраслевых игроков тоже участвуют в выработке «водородного будущего». Предполагается, что уже в 2030 году 10% аммиака для удобрений будет получено «зеленым» способом с помощью электролизеров. В современных домнах во время плавки уже используется сингаз, на 55-58% состоящий из водорода. В ближайшем будущем практически все крупнейшие игроки, от Швеции и ФРГ, до США и Бразилии планируют довести долю водорода до 90% и выше, чтобы по максимуму отказаться от кокса. Эти меры позволят снизить на 10-11% выбросы углерода в атмосферу.
Вместе со странами стратегии пишут и многочисленные производители оборудования для ВИЭ. По одной из них у побережья Нидерландов предлагается соорудить гигаваттные оффшорные ветростанции, напрямую завязанные с электролизным производством водорода. Полученную электроэнергию предлагается распределить по всей Европе в зависимости от локального производства водорода. А чтобы сэкономить потребление энергии, стратегия предлагает подключить солнечный и сырьевой потенциал стран Северной Африки. Углеводороды перерабатывались бы в водород прямо на месте, после чего по новым водородным трубопроводам поступали в Европу. Фактически, ЕС получали бы сырьевой придаток к своей «зелёной» энергетики.
России пока ещё далеко до настолько проработанных программ. Основной упор в современной стратегии делается на экспорт водорода на наиболее перспективные рынки, например японский. В то же время, в энергобюллетенях Аналитического центра при правительстве РФ подчеркивается, что использование водородного топлива позволит снизить на треть энергопотребление на удаленных и малозаселенных территориях. Можно сказать, что сочетание ВИЭ и водорода здесь будет выигрышной стратегией.
Пульт управления производством в операторной установке производства водорода на площадке «Новойл» филиала «Башнефть-Уфанефтехим» ПАО АНК “Башнефть”. Фото: Кирилл Каллиников / Фотохост БРИКС/ШОС
Но многое будет зависеть от стоимости производства водорода, которая зависит от технологии получения. Так, стоимость электролиза 1 кг водорода на ветростанции — 4 доллара, с помощью солнечных панелей — 7 долларов. А вот газификация углеводородов и паровая конверсия метана пока обходится всего в 1,5-2,5 доллара.
От серого к синему, желтому и зеленому
Современные «серые» методы получения водорода отрабатывались десятилетиями. Тут даже вопроса не стоит о снижении выбросов углерода — дело в удобстве производства и энергоэффективности.
Как промежуточную меру перехода к безуглеродным способам получения водорода, предлагается дополнить «серый» водород технологией захвата и захоронения углерода (CCS). Такой водород называют «синим». Проблема в том, что технологии CCS совершенно не отработаны. Захваченный углерод предлагают закачивать под землю. Сейчас эти технологии в основном используются для добычи нефти: в обедневшую скважину закачивают СО2, чтобы увеличить добычу. Но, во-первых, «зеленая» энергетика должна увести человечество от постоянной добычи углеводородов, а не увеличить её. А во-вторых, потребности нефтяной промышленности просто не предполагают использование 500 млн тонн углерода.
Гораздо перспективней выглядит получение с помощью АЭС «жёлтого» водорода. Во-первых, в этом случае у нас под рукой есть и пар, и избыток электроэнергии. А во-вторых, электролиз Н2 не даст дополнительных выбросов СО2 в атмосферу. В США из-за понижения расценок на кВт/ч, выработанных с помощью ВИЭ, получение водорода на АЭС уже признано стратегией спасения этой отрасли энергетики. С 2019 года местное Минэнерго выделяет крупные гранты на эксперименты в этой области.
В эту ядерно-водородную гонку потихоньку включаются все ядерные державы. Во Франции и Великобритании крупнейшие операторы и владельцы АЭС также рассматривают вопрос производства «жёлтого» водорода. В России Росатом планирует к 2030 году создать атомную электротехнологическую станцию (АЭТС) производства водорода. Так же в планах у компании создание целой сети ядерно-водородных комплексов на базе уже имеющихся АЭС.
Однако наиболее перспективным считается использование возобновляемых источников для создания дешевого и действительно «зелёного» водорода. На это опираются большинство стратегий перехода к «безуглеродному миру». Насколько все серьезно, говорит проект с сооружением самого большого в мире завода по производству водорода в Саудовской Аравии на базе солнечной электростанции. И это только начало.
Биоводород: отходы превращаются в топливо
Наиболее «хардкорным» способом безотходного производства водорода являются… водоросли. Эксперименты с биореакторами на их основе ведутся уже не первое десятилетие, но результаты пока что не внушают оптимизма.
Сотрудники лаборатории отдела разработки биотехнологических процессов компании Biocad в Санкт-Петербурге занимаются моделированием биотехнологических процессов в биореакторах. Фото: Михаил Киреев / РИА Новости
Потенциально биореакторы способны работать на мусорных и пищевых отходах, тем самым совмещая переработку с получением «чистой» энергии. Лабораторные опыты показывают, что идеальным является двухстадийный процесс: стадия «темной ферментации», когда органика разлагается водорослями под малым воздействием солнечного излучения, и стадия фотоферментации, когда то же самое происходит при «нормальном» излучении. Для каждой стадии нужны свои виды водорослей. Поэтому реактор должен быть мультистадийным. Но пока на каждый килограмм сырья выход в лучшем случае составляет несколько десятков граммов водорода. Водоросли генетически модифицируют, чтобы усилить процессы ферментации, в сырье вводят кислоты и сахара, что удорожает биоректор, но прорыва нет. Увы, сложности биосистем и их «капризность», когда каждый реактор оказывается нетиповым, пока никак не поддаются химикам.
Так что пока наиболее выгодным с точки зрения экологии и технологических затрат остается получение водорода с помощью ВИЭ и АЭС. Это уже готовые технологии, а значит, «зеленый» водород перестал быть экзотической нишей. В ближайшие 15-20 лет мы можем оказаться в «водородном мире». И кто не успеет забраться в этот экспресс, рискует надолго оказаться в аутсайдерах.