Новости

Сможем ли мы разгадать загадку водорода

Есть реальная надежда на то, что водород сможет декарбонизировать многие части экономики, недоступные электрификации

(World Economic Forum) — Европейский стимул Covid Green Recovery, и планы по чистой энергии включают акцент на производстве водорода с помощью возобновляемых источников энергии. Но серьезные проблемы остаются.

Мы еще не знаем, как по доступной цене транспортировать, распространять и хранить водород. Таким образом, водород не может полностью реализовать свой потенциал.

Физические свойства водорода затрудняют транспортировку и хранение. Даже когда мы доводим водород до криогенных температур, жидкий водород имеет жалкие 25% от объемной плотности энергии бензина. Газообразный водород ещё хуже — всего 10% от объемной плотности энергии бензина при разумном давлении. Следовательно, если мы будем перевозить водород в контейнерах, то столкнемся с некоторыми проблемами.

Сжатый водород

Можно хранить сжатый водород в контейнере, а затем транспортировать его. Но из-за низкой плотности водорода потребуются очень большие емкости. А при хранении любого сжатого газа нет экономии на масштабе — масса баллона пропорциональна количеству хранимого газа. Поэтому для хранения большого количества водорода понадобится объемная и тяжелая емкость.

Цифры ужасающие. Даже при использовании дорогих сверхпрочных материалов для контейнера, таких как композиты с углеродным волокном, водородное топливо составляет лишь жалкие 5% от общего веса контейнера. Это не дешево, мало и не легко. Это является недостатком для сжатого водорода в наземных транспортных средствах и является проблемой для авиации, поскольку самолеты должны быть легкими и маленькими, чтобы снизить лобовое сопротивление для экономии топлива.

Даже в океаническом судоходстве, которое менее чувствительно к весу, увеличенный объем сжатого водородного топлива был бы разрушительным. Сегодня на обычном дизельном судне примерно 4% объема хранится под топливом. Но со сжатым водородом размер топлива будет занимать 40% объема хранилища корабля, что повлияет на способность корабля перевозить грузы.

Криогенный жидкий водород

Можно хранить сжиженный водород в контейнере, а затем транспортировать его. Это устранит необходимость в дорогих тяжелых контейнерах, способных выдержать повышенное давление. Но водород становится жидким только при -250˚C. Такие низкие температуры и дороги, и трудны в поддержании, так как необходимо постоянно выпаривать водород, чтобы остальное оставалось прохладным.

При хранении как сжатого, так и сжиженного водорода также возникают дополнительные потери энергии на сжатие или охлаждение газа. Кроме того, для обоих требуется специализированное оборудование, первоначальная стоимость которого сдерживает внедрение. Действительно, стоимость водородной заправочной станции, до 10 раз больше, чем стоимость станции для быстрой зарядки электромобилей, препятствует широкому распространению автомобилей с водородным двигателем.

Читайте и другие НОВОСТИ О ВОДОРОДЕ:  Linde и Snam совместно развивают проекты по чистому водороду в Европе и крупнейшая водородная станция в Нормандии

Водородные трубопроводы

Можно пропустить контейнеры и распределять водород по трубопроводам. Это самый дешевый метод в долгосрочной перспективе. Но стоимость развитой системы водородных трубопроводов должна разделяться многими пользователями, и это будет дорого, учитывая, что пользователей водорода вначале немного.

На строительство специальной системы трубопроводов распределения водорода могут потребоваться триллионы долларов. Например, группа немецких операторов трубопроводов недавно обнародовала план строительства к 2030 году водородной сети протяженностью 1200 км стоимостью 660 миллионов евро на основе преобразованных газопроводов. Это согласуется с эмпирическим правилом, согласно которому для прокладки пригородных газопроводов требуется 1 миллион долларов на километр. Но 1200 км — это унизительно, если учесть, что только в Германии протяженность сети природного газа составляет 530 000 км. В США имеется в общей сложности около 4,5 миллиона километров газопроводов для передачи и распределения газа, по которым газ доставляется до домов людей.

Одно из возможных сокращений — переоборудование трубопроводов природного газа для распределения чистого водорода. Но водород вступает в реакцию и делает хрупкими многие компоненты трубопроводов, такие как железо, сталь и сварные швы. Кроме того, водород — мельчайшая молекула, поэтому он просачивается через обычные трубы, что приводит к потерям и угрозе безопасности. И сегодня не хватает доступного оборудования для сжатия водорода для трубопроводного транспорта. Сейчас прилагаются усилия для решения этих фундаментальных проблем.

Накопление водорода

Было бы легче, если бы мы пока игнорировали транспортировку, и просто хранили водород. Хорошая новость заключается в том, что есть недорогие варианты, которые работают в больших масштабах, например, соляные и каменные пещеры. Но они географически ограничены. По словам Bloomberg New Energy Finance: «Если бы водород сегодня заменил природный газ в мировой экономике, необходимо было бы построить в три-четыре раза больше инфраструктуры для хранения, стоимостью 637 миллиардов долларов к 2050 году, чтобы обеспечить тот же уровень энергетической безопасности». Хранение большого количества водорода — одна из серьезных проблем и необходимое условие устойчивой водородной экономики.

На этот раз может быть иначе

Несмотря на эти проблемы, в водород очень стоит инвестировать. На электричество приходится лишь треть антропогенных выбросов углерода, и водород по-прежнему остается одним из лучших вариантов декарбонизации других секторов экономики. Смягчение последствий изменения климата слишком важно для, чтобы не испробовать все возможные пути.

Читайте и другие НОВОСТИ О ВОДОРОДЕ:  Применение и хранение водорода

Резкое падение стоимости возобновляемой электроэнергии позволяет делать ставку на производство водорода без выбросов CO2 по цене, которая может быть конкурентоспособной в ближайшее десятилетие. Простое решение проблемы производства водорода с нулевым выбросом CO2 представляет невероятную возможность; водород уже используется в качестве промышленного сырья. Для одноразового использования, такого как нефтехимический завод, водород с нулевым содержанием CO2, производимый поблизости, снижает потребность в транспортировке, распределении или хранении. Простая замена существующего серого водорода в промышленности зеленым водородом позволит сэкономить 800 миллионов тонн CO2 в год. Что касается более широкого распределения водорода для достижения частичной декарбонизации в ближайшем будущем, до 20% водорода по объему может быть смешано с природным газом и отправлено через текущую инфраструктуру газопровода без значительных изменений. Все это хорошее начало.

Лица, определяющие политику, и частный сектор не должны игнорировать проблемы передачи, распределения и хранения водорода. Такие усилия охватывают широкий спектр исследований и разработок; как, например, работа над классом материалов, называемых гидридами металлов, которые являются многообещающими в качестве новой среды для хранения водорода. Также предпринимаются попытки превратить водород в аммиак или метанол, который легче транспортировать, а затем либо использовать производную молекулу в качестве топлива, либо преобразовать ее обратно в водород в пункте назначения. Наконец, предпринимаются попытки разрубить гордиев узел, и полностью обойти необходимость перемещать водород на большие расстояния за счет распределенного производства водорода.

Такие инновации во всей цепочке поставок и распределения водорода будут необходимы, если водород будет играть важную роль в декарбонизации всей экономики, сообщает Tony Pan на сайте World Economic Forum.

По материалам: weforum.org

Читайте также: 
На заре водородной экономики
Китай должен вывести свою водородную игру на новый уровень
RWE Inks занимается поставками BioMCN и Evonik
Honeywell приобретает активы производителя водородных топливных элементов у дочерней компании Ballard
Long Ridge сотрудничает с New Fortress Energy и GE Power

Поделиться:
Теги

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

один × 4 =

Back to top button
RussiaEnglish
Close
Close
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять
Политика конфиденциальности