Енергетика майбутнього: боротьба зеленого та синього водню

У тому, що майбутнє світової енергетики за воднем – екологічно чистим енергоносієм, який має витіснити вуглецеве паливо, вже мало хто сумнівається.

Тепер інтрига тільки одна: який саме водень переможе під час всесвітньої декарбонізації – синій чи зелений.

Чому водень?.

Традиційно в світі як енергоносії використовуються горючі корисні копалини: нафта, природний газ, вугілля, менше – торф.

Усе це – вуглецеве паливо, за використання якого виділяється вуглекислий газ CO2, другий за поширеністю парниковий газ.

На першому місці – водяна пара, на третьому – метан.

Інтерес до водню як до альтернативного джерела енергії в останні десятиліття спровокований двома обставинами.

По-перше, запаси викопного палива обмежені і, за різними даними, будуть вичерпані через 60–80 років.

Підвищення температури поверхні Землі з кінця XIX століття.

По-друге, використання вуглецевого палива призводить до забруднення навколишнього середовища і є однією з причин глобального потепління.

Використання водню (Н2) призводить до нульових забруднень, на виході – тільки енергія і вода.

А виснажити запаси водню дуже складно: це найпоширеніший хімічний елемент, на нього припадає 74% усієї речовини у Всесвіті, а на Землі він входить до складу води, якою покрито дві третини поверхні планети.

Які недоліки у водневого палива?.

Попри свою простоту та поширеність, у вільній формі водень на Землі не зустрічається: через свою легку вагу він або піднімається у верхні шари атмосфери, або вступає e зв’язок з іншими хімічними елементами.

З тим же киснем, у результаті чого виходить Н2О.

Тож, на відміну від корисних копалин, водень не є готовим до використання джерелом енергії: для того щоб отримати Н2 у чистому вигляді, необхідно спочатку певну кількість енергії витратити.

Енергію цю до останнього часу масово можна було отримати, застосовуючи теплові, атомні і гідроелектростанції.

У першому випадку виходить якось дивно: отримуючи екологічно чисте паливо, ми витрачаємо паливо екологічно нечисте і забруднюємо атмосферу.

Перспективи розвитку атомної енергетики останнім часом теж під питанням.

Вона ніби й чиста, але є, як це відомо українцям, великі нюанси.

Що таке зелений водень?.

Зелений водень – це Н2, отриманий за допомогою альтернативних джерел електроенергії.

Останнім часом у всьому світі активно розвиваються відновлювані джерела енергії.

В енергетичні системи різних країн інтегрується все більше вітрових і сонячних установок, використовується енергія припливів.

Собівартість зеленої електроенергії знижується, а її використання для виробництва екологічно чистого енергоносія в умовах глобального потепління, з точки зору іміджу, виглядає дуже привабливо.

Зелений водень абсолютно, на всі 100%, екологічний.

Для його приготування потрібна лише вода, електроенергія і електролізер – спеціальний пристрій для розщеплення речовини на складові частини.

Якщо у процесі електролізу пропускати електричний струм через воду, відбувається її поділ на складові елементи, у результаті чого отримують водень і кисень.

Схематичне зображення осередку для електролізу.

Що таке синій водень?.

Синій водень виробляється з викопного вуглецевого палива.

Зокрема, з природного газу, основну частину якого (70–98%) становить метан – CH4.

Він же становить більшу частину рудничного газу, що виділяється в кам’яновугільних копальнях.

Найбільш поширеним і недорогим методом отримання синього водню є паровий риформінг (від англ.

to reform – переробляти, поліпшувати).

Під час реакції води і метану за високих температур виділяється велика кількість водню.

Синій водень передбачається виробляти за допомогою технологій уловлювання та зберігання вуглецю (CCS, Сarbon capture and storage).

Етапи технології уловлювання та зберігання вуглецю.

Концепція CCS досить проста: вуглекислий газ, що виділяється під час реакції, треба вловлювати на місці, не допускаючи потрапляння його в атмосферу.

Потім – транспортування до місця зберігання і довгострокова ізоляція.

Є кілька варіантів: закачувати вуглекислий газ або в нафтові свердловини, або в підземні сховища, підготовлені в соляних копальнях.

А можна ще використовувати дно океанів і морів.

Які недоліки у синього водню?.

Головним недоліком є те, що побічним продуктом виробництва синього водню є вуглекислий газ, що надходить в атмосферу так само, як і у разі спалювання викопного палива.

«CCS не є технологією з «нульовими викидами», – пояснює Грем Кулі, глава британської компанії з виробництва електролізерів ITM Power.

– Неможливо вловити всі викиди вуглекислого газу під час створення водню з метану або вугілля.

А зберігання уловленого СО2 в нафтових свердловинах – це підвищення їх ефективності, це третинний метод нафтовидобутку.

Тобто в результаті – виробництво ще більшої кількості вуглекислого газу».

Поки що простіше заплатити за викиди, ніж використовувати дорогі технології.

На сьогодні вартість технології CCS перевищує витрати на оплату викидів вуглекислого газу згідно з Кіотським протоколом.

Чому поки не обійтися без синього водню?.

У всьому світі говорять, що в найближчі десятиліття знадобиться дуже багато водню, він буде потрібен скрізь, але зелена енергетика поки не зможе задовольнити потреби в необхідних обсягах.

Тому крім зеленого необхідний і синій водень.

Навіть у нещодавно ухваленій концепції водневої стратегії ФРН (яка має на увазі до 2050 року повний перехід на зелений водень) зазначено, що вироблений з викопного палива водень повинен буде відігравати свою роль «з економічних причин».

Тобто електроенергії з альтернативних джерел, на відміну від звичайної води, поки недостатньо.

Але головне – у синього водню є могутні прихильники.

Це передусім великі сировинні компанії, які й надалі хочуть видобувати корисні копалини: а чим їм, власне, тоді ще займатися?.

Друга зацікавлена сторона – інфраструктурні компанії, які хочуть модернізувати і розширювати мережі трубопроводів.

Для них синій водень – взагалі знахідка: одна труба під природний газ, інша під водень, третя під CO2.

Одним словом, для великого бізнесу синій водень набагато цікавіший за зелений.

Що буде далі?.

Найближчим часом на нас чекає паралельне використання зеленого та синього водню.

Однак головне все-таки відбулося: процес декарбонізації світового енергетичного сектора успішно триває.

Андрій Кузьмін, для «Главкома».