Сторонники зеленого водорода говорят, что это топливо может сыграть важную роль в обезуглероживании трудно электрифицируемых секторов экономики, таких как дальнемагистральные перевозки, авиация и тяжелое производство.
Саудовская Аравия строит футуристический город Неом в пустыне на берегу Красного моря. Город стоимостью 500 миллиардов долларов с летающими такси и роботами-помощниками строится с нуля и станет домом для миллиона человек. И какой энергетический продукт будет использоваться как для питания этого города, так и для продажи миру? Не масло. Саудовцы разрабатывают что-то под названием «зеленый водород» - безуглеродное топливо, получаемое из воды с использованием возобновляемой электроэнергии для отделения молекул водорода от молекул кислорода.
Этим летом крупная американская газовая компания Air Products & Chemicals объявила, что в рамках Neom последние четыре года строит завод по производству зеленого водорода в Саудовской Аравии. Завод питается от 4 гигаватт от ветряных и солнечных электростанций, разбросанных по пустыне. Он претендует на звание крупнейшего в мире проекта по зеленому водороду, и в планах еще несколько заводов в Саудовской Аравии.
Зеленый водород? Не только саудовцы верят, что это следующее большое событие в энергетическом будущем. В то время как в Соединенных Штатах это топливо почти не встречается на радарах, во всем мире идет лихорадка зеленого водорода, и многие компании, инвесторы, правительства и защитники окружающей среды считают, что это источник энергии, который может помочь положить конец господству ископаемого топлива и замедлить траектория глобального потепления.
«Это очень многообещающе», - сказала Рэйчел Фахри, энергетический аналитик Совета по защите природных ресурсов. Такие эксперты, как Фахри, говорят, что в то время как ветровая и солнечная энергия могут обеспечить электроэнергией дома и электромобили, зеленый водород может стать идеальным источником энергии для энергоемких отраслей, таких как производство бетона и стали, а также для части транспортного сектора. которые труднее электрифицировать. «Последние 15 процентов экономики трудно очистить - авиация, судоходство, производство, междугородние перевозки», - сказал Фахри в интервью. «Зеленый водород может сделать это».
Европа, экономика которой обременена высокими ценами на энергию и сильно зависит от российского природного газа, осваивает экологически чистый водород, предоставляя финансирование для строительства электролизных заводов и другой водородной инфраструктуры. Германия выделила наибольшую долю своих фондов стимулирования чистой энергетики на зеленый водород.«Это недостающая часть головоломки для полностью обезуглероженной экономики», - написала Европейская комиссия в июльском стратегическом документе.
Германия выделила наибольшую долю своих фондов стимулирования чистой энергии на зеленый водород.
Потенциал водорода как источника топлива рекламировался на протяжении десятилетий, но технология так и не была реализована в значительных масштабах - и, по мнению скептиков, на то были веские причины. Они утверждают, что широкое внедрение технологий зеленого водорода столкнулось с серьезными препятствиями, в первую очередь из-за того, что водородное топливо нуждается в возобновляемой энергии, чтобы быть зеленым, что потребует массового расширения возобновляемой генерации для питания электролизных заводов, которые расщепляют воду на водород и кислород. Зеленый водород также трудно хранить и транспортировать без трубопровода. И прямо сейчас в некоторых странах, таких как США, водород намного дороже, чем другие виды топлива, такие как природный газ.
Хотя у него есть преимущества, по словам Майкла Либрайха, аналитика Bloomberg New Energy Finance в Соединенном Королевстве и скептика зеленого водорода, «у него есть столь же впечатляющий список недостатков».
«Этого не происходит в природе, поэтому для его разделения требуется энергия», - написал Либрайх в паре недавних эссе для BloombergNEF. «Для его хранения требуется сжатие до 700-кратного атмосферного давления, охлаждение до 253 градусов по Цельсию. Он несет четверть энергии на единицу объема природного газа.
Несмотря на эти проблемы, писал Либрайх, зеленый водород по-прежнему «держит воображение техно-оптимистов, как тиски».
Бен Галлахер, энергетический аналитик компании Wood McKenzie, изучающий зеленый водород, сказал, что это топливо настолько новое, что его будущее остается неясным. «Никто не имеет ни малейшего представления о том, что здесь происходит», - сказал он. «На данный момент это предположения. Сейчас трудно рассматривать это как новое масло. Однако оно может составлять важную часть общего топливного баланса».
Водород - самое распространенное химическое вещество во Вселенной. Два атома водорода в паре с атомом кислорода создают воду. Однако сам по себе водород представляет собой газ без запаха и вкуса, а также очень горючий. Водород, полученный из метана - обычно из природного газа, а также из угля и биомассы - был впервые получен во время Второй мировой войны в Германии, у которой нет месторождений нефти. Но CO2 выбрасывается при производстве водорода из метана, поэтому это небезопасно для климата; водород, произведенный таким образом, известен как серый водород.
Зеленый цвет - новичок в водородном блоке, и поскольку он производится с использованием возобновляемых источников энергии, он не содержит CO2. Более того, использование возобновляемых источников энергии для создания топлива может помочь решить проблему перебоев в работе, от которой страдают ветровая и солнечная энергия, и, таким образом, это эффективное хранение. Весной и осенью, когда спрос на возобновляемые источники энергии низок, избыточное электричество можно использовать для питания электролиза, необходимого для расщепления молекул водорода и кислорода. Затем водород можно хранить или отправлять по трубопроводу.
Последние 15 процентов экономики трудно очистить - авиация, судоходство, производство, междугородние перевозки. Зеленый водород может сделать это.
Такие преимущества подпитывают растущий интерес к глобальному зеленому водороду. В Европе, на Ближнем Востоке и в Азии все больше стран и компаний используют это высококачественное топливо. США отстают, потому что другие виды энергии, такие как природный газ, намного дешевле, но в настоящее время реализуется несколько новых проектов, в том числе электростанция на зеленом водороде в Юте, которая заменит две стареющие угольные электростанции и будет производить электроэнергию для южной Калифорнии.
В Японии недалеко от Фукисимы открылась новая фабрика по производству экологически чистого водорода, одна из крупнейших в мире. Это преднамеренно символическое место, учитывая близость станции к месту ядерной катастрофы 2011 года. Он будет использоваться для питания топливных элементов как в транспортных средствах, так и на стационарных объектах. Энергетический консорциум в Австралии только что объявил о планах построить проект под названием «Азиатский центр возобновляемой энергии» в Пилбаре, который будет использовать 1743 больших ветряных турбины и 30 квадратных миль солнечных панелей для запуска электролизного завода мощностью 26 гигаватт, который будет производить зеленый водород для отправить в Сингапур.
Поскольку Европа активизирует свои усилия по декарбонизации, она тоже делает большие ставки на топливо. Европейский союз только что разработал стратегию крупномасштабной экспансии зеленого водорода, хотя официально она еще не принята. Но в свой план экологически чистой энергии на 550 миллиардов долларов ЕС включает средства на новые электролизеры зеленого водорода, а также на технологии транспортировки и хранения топлива. «Крупномасштабное развертывание чистого водорода быстрыми темпами является ключевым для ЕС в достижении его высоких климатических амбиций», - написала Европейская комиссия.
Ближний Восток, где самая дешевая ветровая и солнечная энергия в мире, стремится стать крупным игроком на рынке зеленого водорода. «В Саудовской Аравии смехотворно дешевая возобновляемая энергия», - сказал Томас Кох Бланк, руководитель программы «Прорывные технологии» Института Роки-Маунтин. "Солнце светит довольно надежно каждый день, а ветер дует довольно надежно каждую ночь. Трудно превзойти."
По оценкам BloombergNEF, для производства достаточного количества зеленого водорода для удовлетворения четверти мировых потребностей в энергии потребуется больше электроэнергии, чем сейчас вырабатывается в мире из всех источников, а также инвестиции в размере 11 триллионов долларов в производство и хранение. Вот почему сейчас основное внимание уделяется 15 процентам экономики, чьи энергетические потребности не могут быть легко обеспечены за счет энергии ветра и солнца, например, тяжелое производство, междугородние грузовые перевозки и топливо для грузовых судов и самолетов..
Энергетическая плотность зеленого водорода в три раза выше, чем у реактивного топлива, что делает его многообещающей технологией нулевого уровня выбросов для самолетов. Но Airbus, европейский производитель самолетов, недавно опубликовал заявление, в котором говорится, что необходимо решить серьезные проблемы, в том числе безопасное хранение водорода в самолетах, отсутствие водородной инфраструктуры в аэропортах и стоимость. Эксперты говорят, что для решения этих проблем потребуются новые технологии. Тем не менее, Airbus считает, что зеленый водород сыграет важную роль в обезуглероживании воздушного транспорта.
«Конкурентоспособное по цене зеленое водородное и межотраслевое партнерство будет обязательным для воплощения в реальность полетов с нулевым уровнем выбросов», - сказал Глен Ллевеллин, вице-президент Airbus Aircraft с нулевым уровнем выбросов. По его словам, к 2035 году могут начать летать водородные самолеты.
В США, где цены на энергоносители низкие, зеленый водород стоит примерно в три раза дороже, чем природный газ, хотя в этой цене не учитывается ущерб окружающей среде, причиняемый ископаемым топливом. Однако цена зеленого водорода падает. Ожидается, что через 10 лет зеленый водород будет сопоставим по стоимости с природным газом в США.
Основной движущей силой развития зеленого водорода в США является агрессивное стремление Калифорнии к углеродно-нейтральному будущему. Департамент водных ресурсов и энергетики Лос-Анджелеса, например, помогает финансировать строительство экологически чистой электростанции на водородном топливе в штате Юта. Выход в онлайн запланирован на 2025 год.
Компания под названием SGH2 недавно объявила, что построит крупный завод по производству зеленого водорода в южной Калифорнии. Однако вместо электролиза будет использоваться газификация отходов, которая нагревает многие виды отходов до высоких температур, которые превращают их в молекулярные соединения. Затем эти молекулы связываются с водородом, и SGH2 утверждает, что может производить зеленый водород дешевле, чем с помощью электролиза.
Власти Калифорнии также рассматривают зеленый водород как альтернативу ископаемому топливу для дизельных автомобилей. В 2009 году штат принял стандарт низкоуглеродного топлива для продвижения электромобилей и автомобилей на водороде. В прошлом месяце группа представителей большегрузных транспортных средств и представителей энергетической отрасли сформировала Водородный альянс западных штатов, чтобы добиться быстрого развертывания технологии и инфраструктуры на водородных топливных элементах для замены дизельных грузовиков, автобусов, локомотивов и самолетов.
Цена на зеленый водород падает. Ожидается, что через 10 лет зеленый водород будет сопоставим по стоимости с природным газом в США.
«Водородные топливные элементы обеспечат будущее мобильности с нулевым уровнем выбросов в этих тяжелых, трудно электрифицируемых секторах», - сказала Роксана Бекемохаммади, исполнительный директор Водородного альянса западных штатов. «Этот факт неоспорим. Этот новый альянс существует для того, чтобы правительство и промышленность могли эффективно работать вместе, чтобы ускорить наступление этой революции».
Ранее в этом году Министерство энергетики США объявило об инвестициях в размере 100 миллионов долларов США для помощи в разработке больших и доступных электролизеров и создании новых технологий топливных элементов для магистральных грузовиков.
В Австралии Университет Нового Южного Уэльса в партнерстве с глобальной инженерной фирмой GHD создал домашнюю систему под названием LAVO, которая использует солнечную энергию для производства и хранения зеленого водорода в домашних системах. Водород снова преобразуется в электричество по мере необходимости.
Все эти разработки, по словам Бланка из Института Роки-Маунтин, являются «действительно хорошими новостями. Зеленый водород имеет большой потенциал для решения многих проблем, которые не дают людям спать по ночам, потому что проблема изменения климата кажется неразрешимой».