Зеленый водород что это такое простыми
«Зеленый» водород – энергия будущего
Что могут дать эти 450 000 тонн водорода? Расчет, проведенный McKinsey для Handelsblatt, говорит о том, что этого достаточно для:
Цель Германии по «зеленому» водороду на 2030 год, мягко говоря, скромна и она никак не позволит стране выйти в лидеры в этой технологии: Германия опоздала на эту вечеринку, тем более что выделенных инвестиций для этого недостаточно. Россия планирует к 2024 году построить целую водородную промышленность и экспортировать в ЕС газ по своей трубе «Северный поток-2». ЕС также опубликовал свою стратегию в июле 2020 года. По словам генерального директора Windeurope Джайлза Диксона:
«Мы не можем все электрифицировать: отдельные промышленные процессы и тяжелый транспорт должны будут перейти на газ. И лучшим решением является возобновляемый водород. Он абсолютно чист. И его цена будет вполне доступна, учитывая нынешнюю невысокую стоимость возобновляемых источников энергии».
Что из себя представляет «зеленый» водород?
Водород – это бесцветный газ, однако для его описания существует множество красочных терминов. Вокруг нас, в атмосфере и окружающей среде, водорода много, но его использование в промышленных целях – это совсем другая история. В зависимости от того, как используется водород, он помечается:
«Зеленый» водород – это водород без выбросов. Крайне важно для достижения целей по выбросам углекислого газа, сформулированных в Парижском соглашении, удерживать рост глобальных температур значительно ниже 2°C.
Все, что нужно для производства «зеленого» водорода, это вода, большой электролизер и обильное снабжение электроэнергией из возобновляемых источников, таких как ветер, солнце или водоемы. Единственным выбросом в результате этого процесса будет углекислый газ, выделяемый при производстве необходимой инфраструктуры (сталь, кабели, машины и т.д.).
На долю «зеленого» водорода в настоящее время приходится менее 1% мирового производства водорода. Тем не менее, с более крупными электролизерами и более высокими инвестициями объемы зеленых водородных проектов вырастут в ближайшие годы.
Почему так важен «зеленый» водород?
ВИЭ являются чистым источником электроэнергии. Однако не все завязано на электричестве. Сталелитейная и бетонная промышленность опираются на тепло, а сжигание «зеленого» водорода – отличный способ обезуглероживания необходимой энергии. Водород также используется в промышленности. В настоящее время основным источником водорода является природный газ — «зеленый» водород может стать промышленным водородом, который только в США составляет 10 миллионов метрических тонн.
У Германии есть проблема с энергосистемой. В солнечные ветреные дни солнечные парки и ветряные турбины на севере производят больше электроэнергии, чем может потребить северная часть страны. Из-за этого Германия вынуждена продавать излишки электроэнергии соседним странам себе в убыток. Это означает, что она платит соседним государствам за то, чтобы те забирали у нее излишки энергии.
Зеленый водород – отличная среда для хранения энергии. Избыток электроэнергии из возобновляемых источников можно хранить в виде водорода, а затем сжигать для выработки электроэнергии, когда это необходимо.
С какими проблемами сопряжена концепция перехода на «зеленый» водород?
Главная проблема, стоящая перед движением, продвигающим идею «зеленого» водорода, это стоимость.
Производство одного килограмма «зеленого» водорода обходится в сумму от 3,0 до 7,5 долларов США по сравнению с 0,9 – 3,2 доллара США за килограмм при производстве с использованием паровой метановой конверсии. Однако ожидается, что цена электролизеров может упасть вдвое к 2040 году, что является хорошей перспективой для данной технологии.
Водород имеет более низкую энергетическую плотность на единицу объема, чем природный газ. Это означает, что для удовлетворения того же спроса на энергию необходимо транспортировать более щедрое количество водорода по сравнению с природным газом. Однако перепрофилирование существующих газопроводов может быть использовано для удешевления транспортировки водорода. Водород, как и природный газ, горюч и легковоспламеняем: в прошлом году в Норвегии взорвалась водородная заправочная станция.
Вывод
На «зеленом» водороде могут работать транспортные средства и крупные отрасли промышленности. Им можно отапливать квартиры и дома, а также можно сжигать его для получения электроэнергии. «Зеленый» водород – это отличная среда для хранения энергии из возобновляемых источников (при отличных граничных условиях), которую можно сжигать всякий раз, когда это необходимо для производства требуемой энергии.
«Зеленый» водород это не единственная панацея от климатического кризиса. Правительства и организации должны работать сообща, чтобы поддержать цели, которые мы поставили перед собой; многие страны уже приняли Закон о нулевом уровне вредных выбросов, чтобы прийти к нулевым показателям к 2050 году.
Итак, что же такое зеленый водород?
Компании и отраслевые группы часто объединяются для продвижения своей продукции. Но более чем необычным был шаг, предпринятый в прошлом месяце 10 крупными европейскими энергетическими компаниями и двумя континентальными ведущими промышленными организациями в области возобновляемой энергии, которые объединились, чтобы начать кампанию, рекламирующую продукт, который ни один из них на самом деле не продает.
Этот продукт является возобновляемым или «зеленым» водородом. И хотя сегодня он не является главным для компаний (Enel, EDP, BayWa и др.) или отраслевых групп (SolarPower Europe и WindEurope), все они видят, что зеленый водород играет жизненно важную роль в достижении глубокой декарбонизации энергосистемы.
Интерес к зеленому водороду стремительно растет среди крупных нефтегазовых компаний. Европа планирует сделать водород большой частью своего пакета «Зеленых сделок» на триллион долларов, а общенациональная стратегия «зеленого водорода» в ЕС должна быть опубликована в июле.
Что такое зеленый водород? Введение в цветовую палитру водорода
Для бесцветного газа водород упоминается в очень красочных терминах.
Согласно номенклатуре, используемой исследовательской фирмой Wood Mackenzie, большая часть газа, который уже широко используется в качестве промышленного химического вещества, либо коричневого цвета, если он производится путем газификации угля или лигнита; или серый, если он производится путем паровой конверсии метана, который обычно использует природный газ в качестве исходного сырья. Ни один из этих процессов не является абсолютно безопасным с точки зрения выбросов углерода.
Предположительно более чистый вариант известен как голубой водород, где газ получают путем паровой конверсии метана, а выбросы сокращаются за счет улавливания и хранения углерода. Этот процесс может примерно вдвое сократить количество выброса углерода, но он все еще далек от безуглеродного производства.
Более свежим оттенком в палитре производства водорода является бирюзовый. Этот получается путем разложения метана на водород и твердый углерод с помощью процесса, называемого пиролизом. Бирюзовый водород с точки зрения выбросов может показаться с относительно низким уровнем выброса углерода, потому что углерод может быть либо захоронен, либо использован для промышленных процессов, таких как производство стали или производство батарей, поэтому он не попадает в атмосферу.
Как получают зеленый водород?
При электролизе все, что вам нужно для производства большого количества водорода, это вода, большой электролизер и огромные запасы электричества.
Если электричество поступает от возобновляемых источников, таких как ветер, солнечная или гидроэнергия, тогда водород, по сути, зеленый; единственные выбросы углерода — это те, которые включены в инфраструктуру генерации.
В настоящее время проблема заключается в том, что крупных электролизеров не хватает, а большие запасы возобновляемой электроэнергии все еще получают по значительной цене.
По сравнению с более налаженными производственными процессами, электролиз очень дорог, поэтому рынок электролизеров небольшой.
И хотя производство возобновляемой энергии в настоящее время достаточно велико, чтобы вызвать проблемы в Калифорнии и с энергосистемой в Германии, перепроизводство является относительно недавним явлением. Большинство энергетических рынков по-прежнему нуждаются в большом количестве возобновляемых источников энергии для обслуживания энергосистемы.
Как его хранить и использовать?
Теоретически, есть много полезных вещей, которые вы можете сделать с зеленым водородом. Вы можете добавить его к природному газу и сжигать его на теплоэлектростанциях или в центральных теплоцентралях. Вы можете использовать его в качестве исходного продукта для других энергоносителей, от аммиака до синтетических углеводородов, или для непосредственного питания топливных элементов в автомобилях и на судах.
Начнем с того, что его можно использовать просто для замены промышленного водорода, который производится каждый год из природного газа и который составляет около 10 миллионов метрических тонн только в США.
Основная проблема удовлетворения всех этих потенциальных рынков заключается в получении зеленого водорода там, где он необходим. Хранить и транспортировать легковоспламеняющийся газ не просто; он занимает большой объем и имеет свойство портить стальные трубы и сварные швы, делая их хрупкими и непригодными.
Из-за этого для транспортировки большого количества водорода потребуются специальные дорогостоящие трубопроводы, которые будут создавать давление для газа, или охлаждать газ до жидкости. Эти два последних процесса являются энергоемкими и могут привести к еще большему снижению эффективности использования «зеленого» водорода (см. ниже).
Почему зеленый водород вдруг стал таким важным?
Одним из путей к почти полной декарбонизации является электрификация всей энергетической системы и использование чистой возобновляемой энергии. Но электрифицировать всю энергетическую систему было бы сложно или, по крайней мере, намного дороже, чем комбинировать генерацию энергии от возобновляемых источников с низкоуглеродистым топливом. Зеленый водород является одним из нескольких потенциальных низкоуглеродистых видов топлива, которые могут заменить современные углеводородные ископаемые.
Сторонники зеленого водорода указывают, что водород уже широко используется в промышленности, поэтому технические проблемы, связанные с хранением и транспортировкой, вряд ли будут непреодолимыми. Кроме того, газ потенциально очень разносторонний, и его можно применять в самых разных областях: от отопления и длительного хранения энергии до транспортировки.
Возможность применения зеленого водорода в широком диапазоне означает, что существует соответственно большое количество компаний, которые могли бы извлечь выгоду из растущей экономики водородного топлива. Из них, пожалуй, наиболее значительными являются нефтегазовые компании, которые все чаще сталкиваются с призывами сократить производство топлива из ископаемых ресурсов.
Несколько крупных нефтяных компаний входят в число игроков, борющихся за поул-позицию в разработке зеленого водорода. Например, Shell Nederland в мае подтвердила, что объединила свои усилия с энергетической компанией Eneco, чтобы подать заявку на мощности в последнем голландском тендере на оффшорные ветряные электростанции, чтобы создать рекордный водородный кластер в Нидерландах. Несколько дней спустя, разработчик в области солнечных установок Lightsource BP сообщил, что он рассматривает возможность разработки австралийской экологически чистой водородной установки, мощностью 1,5 гигаватт и работающей на ветровой и солнечной энергии.
Интерес крупных нефтяных компаний к зеленому водороду может иметь решающее значение в получении топлива до его коммерческой жизнеспособности. Сокращение затрат на производство экологически чистого водорода потребует огромных инвестиций и огромных масштабов, что дает уникальные возможности нефтяным компаниям.
Сколько стоит зеленый водород?
Зеленый водород сегодня все еще дорог в производстве. В отчете, опубликованном в прошлом году (с использованием данных за 2018 год), Международное энергетическое агентство оценило стоимость одного килограмма зеленого водорода в 3–7,50 долл. США по сравнению с 0,90–3,20 долл. США при производстве с использованием паровой конверсии метана.
Сокращение стоимости электролизеров будет иметь решающее значение для снижения цены на зеленый водород, но это потребует времени и масштабов. В прошлом году МЭА заявило, что стоимость электролизера к 2040 году может снизиться вдвое от приблизительно 840 долларов в текущий период.
Экономическое обоснование для зеленого водорода требует очень большого количества дешевой электроэнергии от возобновляемых источников, потому что при электролизе теряется изрядное его количество. По данным Shell, КПД электролизеров варьируется от 60 до 80 процентов. Проблема эффективности усугубляется тем фактом, что для ряда из его применений может потребоваться дополнительный зеленый водород для питания топливного элемента, что приводит к дальнейшим потерям.
Некоторые наблюдатели предполагают, что производство зеленого водорода может привести к поглощению избыточных мощностей крупных центров производства энергии из возобновляемых источников, таких как морские ветряные электростанции в Европе. Однако, учитывая все еще высокую стоимость электролизеров, сомнительно, что разработчики проектов по экологически чистому водороду захотят оставить свои электролизеры бездействующими до тех пор, пока цены на энергию из возобновляемых источников энергии не упадут ниже определенного уровня.
Скорее всего, как уже рассматривали Lightsource BP и Shell, разработчики построят заводы по производству экологически чистого водорода с выделенными активами по производству энергии из возобновляемых источников в местах с высокими ресурсами.
Сколько производится зеленого водорода?
Не так много, по большому счету. По данным Wood Mackenzie, в настоящее время на долю зеленого водорода приходится менее 1 процента общего годового производства водорода.
Но WoodMac прогнозирует рост производства в ближайшие годы. За пять месяцев, предшествовавших апрелю 2020 года, объем проектов, связанных с использованием зеленого водородного электролизера, увеличился почти втрое, до 8,2 гигаватт. Этот всплеск был вызван главным образом увеличением масштабных размещений электролизеров, из которых 17 проектов с мощностью 100 мегаватт или более.
И дело не только в том, что разрабатывается больше проектов по количеству. К 2027 году средний размер электролизных систем, вероятно, превысит 600 мегаватт, сообщает WoodMac.
Кто возглавляет разработку зеленого водорода?
Зеленый водород, похоже, сейчас у всех на уме, по крайней мере, 10 стран ищут газ для своей будущей энергетической безопасности и возможного экспорта. Последней из стран, присоединившихся к этому процессу, стала Португалия, которая в мае обнародовала национальную водородную стратегию до 2030 года, которая, как сообщается, будет стоить 7 миллиардов евро (7,7 миллиардов долларов).
Наряду с нефтегазовыми фирмами, разработчики возобновляемой энергии рассматривают зеленый водород как развивающийся рынок, а лидер по оффшорному ветру Ørsted в прошлом месяце объявил о начале первого крупного проекта, нацеленного исключительно на транспортный сектор.
Помимо громких имен, множество небольших компаний также надеются ухватить свой кусок от растущего «пирога» зеленого водорода. Для таких компаний, как ITM Power, не так хорошо известных сегодня, такой кусок однажды может стать огромным, если зеленый водород вырастет до ожидаемых размеров и оправдает их надежды.
А как насчет автомобилей на водородном топливе?
О да! Неотразимая Toyota Mirai усилила надежду, что автомобили с водородными топливными элементами могут соперничать с электромобилями, заменившими двигатель внутреннего сгорания. Но по мере роста рынка электромобилей перспектива того, что водород станет им серьезным конкурентом, исчезла из виду, по крайней мере, в сегменте пассажирских автомобилей.
На дорогах США сегодня насчитывается около 7600 автомобилей на водородных топливных элементах по сравнению с проданными в США только в прошлом году более чем 326400 электромобилями.
Тем не менее, эксперты все еще ожидают, что водород сыграет свою роль в освобождении от углерода определенных сегментов транспортных средств, среди которых выигрышными будут вилочные погрузчики и тяжелые грузовики.
Зеленый водород
Зеленый водород стал одной из основных опор Фонда восстановления ЕС. Некоторые средства станут крупнейшим пакетом стимулов, когда-либо финансировавшимся из бюджета ЕС, с общим экономическим вливанием 1.8 триллиона евро, используемым для восстановления Европы после COVID-19. Энергетический переход является одной из осей этого восстановления, из которых 30% бюджета выделяется на изменение климата. Вот где водород зеленый он начинает приобретать статус, привлекая все больший и больший интерес и помещая его в общественные дебаты в качестве одного из основных столпов экономической декарбонизации. Но что такое зеленый водород?
В этой статье мы расскажем вам, что такое зеленый водород, каковы его характеристики и важность.
Что такое зеленый водород
Потенциал водорода в борьбе с изменением климата заключается в его способности заменять ископаемое топливо в приложениях, где декарбонизация является более сложной, например, в морском и воздушном транспорте или в некоторых промышленных процессах. Более того, имеет большой потенциал в качестве сезонной системы хранения энергии (долгосрочное), которое может долго накапливать энергию, а затем использовать ее по требованию.
Происхождение и типы водорода
На самом деле, процесс производства зеленого водорода совсем несложен: при электролизе просто используется электрический ток, чтобы расщепить воду (H2O) на кислород (O2) и водород (H2). Настоящая проблема заключается в том, чтобы быть конкурентоспособными, для чего требуется много дешевой возобновляемой электроэнергии (которая более или менее фиксирована), а также эффективная и масштабируемая технология электролизных ячеек.
Использование зеленого водорода
Вместо этого используйте коричневый и серый водород. Первым шагом должна стать замена всего ископаемого водорода, используемого в настоящее время в промышленности, использование разработанных технологий и снижение затрат. Задача немалая: глобальный спрос на водород для производства электроэнергии будет потреблять 3.600 ТВтч, что больше, чем общее годовое производство электроэнергии в ЕС. Вот основные области применения зеленого водорода:
Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о зеленом водороде и его применениях.
Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.
Что такое “зелёный водород” и какой водород бывает вообще?
Почему водород?
Несмотря на ряд преимуществ альтернативной возобновляемой энергетики, главным её минусом является зависимость от конкретных погодных условий. В результате, делать точные прогнозы по выработке электроэнергии для коррекции графика нагрузок энергосистемы и менять режим работы электростанций, работающих в базовой части графика нагрузок, достаточно проблематично. Электроэнергию, полученную в результате преобразования энергии ветра или солнца, эффективнее было бы где-то накапливать.
Современные энергосистемы работают по принципу постоянного баланса генерации и потребления. Для снижения влияния неравномерности графика нагрузок энергосистемы ряд станций переводится в режим работы по “пиковой” части графика нагрузок. Там где мощности “пиковых” электростанций не хватает, строятся электростанции, способные накапливать излишки этой самой мощности. Широкое распространение из станций этого типа получили гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Однако, предпринимаются попытки строительство аккумулирующих станций, действие которых основано на совершенно различных принципах работы.
Достаточно мощным ВИЭ трудно встроиться в этот баланс.
Использование аккумуляторов для целей накопления электроэнергии ВИЭ не идёт ни в какое сравнение с водородом.
Термин “Зелёный водород”
При переходе на зелёную энергетику и на водород, как на топливо будущего, важно, каким образом этот водород получен. Согласитесь, какая польза для экологии будет, если для производства водорода использовать мощности угольных электростанций?
Применение зелёного водорода
Изначально, применение водорода предполагалось в первую очередь на транспорте, как замена классического топлива для двигателей внутреннего сгорания, получаемого из нефти.
Однако, переход на безуглеродную экономику предполагает его более широкого применение, начиная от транспортной инфраструктуры, заканчивая тяжёлой промышленностью и энергетикой.
Современные разработки в области безопасного использования водорода в топливных элементах на транспорте позволяют, при должном подходе и дальнейшем развитии технической базы, полностью отказаться от классического ископаемого топлива без потери удобства от использования, в отличии от тех же электромобилей, где помимо существующих проблем с временем заправки и стоимостью батарей, есть ещё ряд проблем экологического характера, связанных как раз с аккумуляторами.
Водород может применяться в качестве основного топлива в тяжёлой промышленности, например, металлургии и машиностроении.
Применение водорода возможно на тепловых электростанциях как в качестве самостоятельного топлива, так и в качестве “добавки” к топливу ископаемому, для уменьшения углеродного следа.
Существует ряд технологий, которые позволяют смешивать природный газ с водородом, благодаря чему использовать ископаемое топливо можно более экономично, при этом, нет необходимости в замене основной газораспределительной инфраструктуры или даже частичной модернизации газового оборудования на стороне потребителей.
Виды водорода по общепринятой классификации
Так как потребности в водородном топливе будут расти с некоторым опережением его производства при помощи возобновляемых источников энергии, на ранних этапах водородного перехода, существует необходимость в восполнении дефицита водорода с применением классических технологий.
Не вся классическая энергетика одинаково вредна для экологии. Так, например, гидроэлектростанции так же относятся к возобновляемым источникам электроэнергии, поэтому произведённый с применением их энергии водород будет считаться зелёным. Водород, произведённый с применением энергии угольных электростанций самый вредный, у электростанций на природном газе влияние на экологию меньше, ещё меньше на экологию (доказано!) влияет атомная энергетика.
Однако, водород классифицируют не по типам электростанций, чьей энергией был произведен электролиз.
Многими экспертами в области водородной энергетики была принята так называемая цветовая классификация водорода по типам производства.
Зелёный водород
Собственно, это тот самый водород, который произведён при помощи электролиза воды, с использованием электроэнергии от любых возобновляемых источников энергии. Характеризуется в первую очередь тем, что при его производстве отсутствует так называемый углеродный след, а остальные экологические издержки сведены до минимума.
Оранжевый (или желтый) водород
Этот водород тоже получается методом электролиза воды, однако, в качестве источника электроэнергии для обеспечения процесса выступает атомная электростанция. Общепринято, что атомная энергетика не оставляет углеродного следа, но, при этом, создаёт тепловое загрязнение окружающей среди и требует утилизации радиоактивных отходов. Плюс ко всему, существует риск техногенной аварии, которая может привести к серьёзным последствиям для экологии.
Бирюзовый водород
Водород, получаемый разложением метана на водород и твердый углерод методом пиролиза. Производство бирюзового водорода дает относительно низкий уровень выброса углерода. Сам углерод получается не в виде СО2, а в практически чистом виде, и может быть либо захоронен, либо использован как сырьё для промышленности. Выбросов в атмосферу нет.
Серый водород
Этот водород производят при помощи паровой конверсии метана, где исходным сырьем является природный газ. Этот процесс можно легко организовать на практике, но в ходе химической реакции выделяется углекислый газ в тех же объемах, что и при сгорании природного газа, плюс расходы энергии на конверсию.
Голубой водород
При получении голубого водорода применяется метод паровой конверсии метана, однако, при условии что углерод улавливается. Данный метод дает примерно двукратное сокращение выбросов углерода.
Коричневый водород
Европейская классификация водорода по способу производства
Электролизный водород
Возобновляемый водород
Этот термин равнозначен термину “зелёный водород”, который использовался в энергетическом сообществе Европы ранее.
Чистый водород
Так же в документах фигурирует термин Clean hydrogen, который является равнозначным термину “Возобновляемый водород”.
Ископаемый водород
Fossil-based hydrogen – это водород, произведенный из ископаемого топлива по классической технологии.
Ископаемый водород с улавливанием углерода
Низкоуглеродный водород
В публикации могут быть некоторые неточности в части описания процесса производства для конкретного типа водорода. Однако, надо учитывать тот факт, что сам текст энергетической стратегии Европейского Союза содержит подобные неточности, и с точки зрения научного подхода требует уточнений. В процессе поступления новых материалов по данной теме публикация будет дополнена или изменена должным образом. Надо понимать, что многие описываемые в публикации данные имеют отношение к устоявшейся терминологии в европейском энергетическом сообществе и, в некотором смысле, носят скорее оценочный характер.