Промышленности нужен водород

40% глобальных выбросов парниковых газов приходится на «труднодоступные» отрасли промышленности, такие как промышленная переработка и транспорт. Электрификации не достаточно. Эти сектора также нуждаются в водороде, утверждают Патрик Моллой и Лианн Баронетт из Института Роки Маунтин. Производство водорода уже хорошо налажено и растет. Но это в основном для химической промышленности, которая никогда не подразумевала, что она «зеленая»: конечно, только 4% текущего производства водорода производится электролизом, работающим на возобновляемых источниках энергии. Остальное создано с использованием ископаемого топлива. Авторы утверждают, что для достижения полного переходного потенциала необходимо наращивание зеленого водорода, так как к 2050 году рост спроса на альтернативную энергию увеличится в четыре раза. Хоть «зеленый» водород по-прежнему дорог и труден для масштабирования, это та же самая критика, которая когда-то была направлена ​​на ветер и солнечную энергию, критика теперь оказалась недальновидной.

Водород — это новый продукт в области низкоуглеродных альтернатив, применяемых в области мобильности, промышленной переработки и транспортировки тяжелых грузов. Он также может использоваться для обеспечения электричеством и теплом, а также может быть смешан с природным газом, чтобы помочь декарбонизировать существующие сети природного газа. Но даже с этими возможностями по всему миру — от корпоративных офисов до отраслевых презентаций — часто можно услышать рефрен: это слишком дорого и не будет масштабироваться. (Интересно, что такая же репутация у солнечной фотоэлектрической системы была десятилетие назад.)

Из-за неправильного представления о водороде появляется возможность развеять некоторые распространенные мифы об этой новой технологии.

Переход будет смесью альтернативных видов топлива и электрификации

Когда дело доходит до технологических изменений, большинство людей воспринимает это как игру в рулетку, в которой победитель получает все: AC против DC, QWERTY против Dvorak, VHS против Beta. Дискуссия вокруг «зеленых» вариантов для низкоуглеродной мобильности, а также грузов, тяжелой промышленности и перемещения материалов ничем не отличается. Общее мнение состоит в том, что выигрыш будет исходить либо от электрификации, либо от инновационных видов топлива, но не от обоих. Это все равно, что оказаться на необитаемом острове и выбирать между водой или едой, когда единственный выживаемый вариант — найти оба. Окончательное решение для транспорта с низким содержанием углерода, скорее всего, будет сочетать варианты на основе электричества и топлива .

В то время как электрификация и топливо, как и водород, имеют свои собственные проблемы, они оба должны играть важную роль. Когда электричество от низкоуглеродной генерации заменяет ископаемое топливо, мы можем добиться значительного сокращения выбросов CO2  . С его нулевым углеродным потенциалом и той ролью, которую он может играть в повышении спроса на возобновляемую энергию, водород играет важную роль в нашем переходе к энергии и является ключевым дополнением к электрификации.

Водород уже пользуется высоким спросом и растет

Новый интерес к водороду появился в секторах мобильности, грузоперевозок, судоходства, энергетики и промышленной переработки, поскольку они стараются двигаться в сторону обезуглероженного будущего. Однако существует большой спрос, связанный с переработкой и производством аммиака, а также в качестве сырья для промышленных химических процессов. Развитие рынка водорода отражает потенциал для распределенного производства и необходимость в гибкости нашего транспортного комплекса. Например, автобусы с водородными топливными элементами обычно имеют дальность действия  около 500 км по сравнению с 200 км  для электрических автобусов. С этим диапазоном водород обладает потенциалом обезуглерожить сельский транспорт и предложить решение для бесперебойного обслуживания.

Производство водорода увеличилось с примерно с  40 миллионов тонн в 2005 году до примерно 60 миллионов тонн  сегодня. В 2017 году мировой рынок производства водорода оценивался в 103 миллиарда долларов, и ожидается, что  к 2026 году он достигнет 207 миллиардов долларов, что предполагает совокупный годовой темп роста в 8,1 процента или рынок около 121 миллиона тонн. Учитывая эти ожидания роста, Комиссия по передаче энергии (ETC) предполагает, что к 2050 году рынок может составить  около 425–650 миллионов тонн в год.

Труднодоступные промышленные сектора

В каком бы направлении ни развивался рынок водорода в следующем десятилетии, усиливающееся давление в труднодоступных промышленных секторах предполагает необходимость тщательного изучения того, какая доля промышленных выбросов связана с перемещение материалов и изделий на площадке и за ее пределами. Например, в среднем около 60 процентов энергии, используемой на карьере, связано с перемещением материалов на площадке. Промышленные выбросы, производимые на месте, составляют  28 процентов мировых выбросов. Еще 16 процентов занимаются перемещением материалов за пределы площадки, более известным как грузовые перевозки. Если водород будет частью решения, то этот товар будет намного больше нынешних 60 миллионов тонн в год.

Зеленый водород: электролиз на основе возобновляемых источников энергии

Существует четыре основных источника коммерческого производства водорода, три из которых требуют использования ископаемого топлива: паровая конверсия метана (SMR), окисление и газификация. Четвертый источник — электролиз, который разделяет воду на составляющие ее элементы (водород и кислород) с помощью электричества. Когда это электричество вырабатывается за счет возобновляемых ресурсов, у вас может быть нулевой углерод-зеленый водород. Это единственное неископаемое топливо для производства водорода. Процесс SMR, который выделяет CO2 , требует значительного нагрева для химического отделения водорода от молекул метана. Когда выбросы этого процесса не улавливаются, его называют серым водородом. Когда улавливание и хранение углерода (или улавливание, утилизация и хранение углерода) присоединяется к объекту, оно называется голубым водородом. В дополнение к SMR, водород также может быть синтезирован из нефти путем частичного окисления или из угля путем газификации.

Но только 4% мирового производства водорода является «зеленым»

CO2,  выбрасываемый как побочный продукт производства водорода SMR,  составляет приблизительно 6% выбросов парниковых газов на нефтеперерабатывающих заводах в Соединенных Штатах и ​​до 25% выбросов парниковых газов от отдельного нефтеперерабатывающего завода. По источникам, водород через природный газ составляет 48 процентов мирового производства, в то время как добыча на основе нефти составляет примерно 30 процентов, а уголь — 18 процентов. Зеленый водород, производимый в процессе электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, в настоящее время составляет всего 4 процента мирового производства .

Подавляющее большинство производства водорода сегодня попадает в категорию серого водорода, поскольку текущее производство зависит от ископаемого топлива и разделяет водород и углеродные элементы. Технологии улавливания углерода могут сократить выбросы углерода на  71–92 процента,  но технология все еще находится на начальной стадии развития. Существуют также опасения относительно места для хранения, необходимого для захваченного углерода. Нынешнее движение направлено на масштабирование развития зеленого водорода и отход от водорода на основе SMR. Преимущество этого перехода заключается в увеличении спроса на более быстрое внедрение возобновляемых источников энергии в некоторых из лучших регионов возобновляемых источников энергии в Соединенных Штатах.

Декарбонизация промышленных цепочек создания стоимости

В последние несколько лет мы все больше внимания уделяем необходимости поддержки развития сектора возобновляемых источников энергии за счет устойчивой добычи меди, лития, алюминия, кобальта, никеля и других полезных ископаемых. Это важнейшие минералы в развитии всего, от проводки, передачи и распределения до солнечных батарей, ветряных турбин и аккумуляторов. Чтобы полностью обезуглеродить их, необходимо сосредоточиться на добывающей деятельности, транспортировке материалов, переработке и очистке полезных ископаемых. Водород может играть динамическую роль в этих усилиях. Например, его можно использовать для предоставления масштабируемого ресурса для питания самосвалов на месте или для обеспечения отказоустойчивой выработки электроэнергии для шахтных процессов. Либо из топливных элементов, либо через турбины. Водород также может быть использован как часть процесса нагрева посредством сжигания или использования топливных элементов с высокой теплоотдачей. При переработке полезных ископаемых водород может заменить коксующийся уголь в процессе производства стали, чтобы уменьшить железную руду.

Использование свернутой солнечной энергии/ветра для получения зеленого водорода

Это может также работать на  сокращенной возобновляемой энергии. Создание электролизера, подключенного к комбинации возобновляемой генерации и батареи, может дать вам большую емкость для захвата пиковой генерации и перехода к часам пиковой нагрузки. Преобразование сокращенной энергии в водород в определенное время в течение дня дает перспективу либо использовать водород позднее для обеспечения вызываемого энергоресурса, либо использовать существующую инфраструктуру природного газа в качестве средства получения большего количества возобновляемой энергии для конечных пользователей.

Это меню вариантов, а не решающее положение, поскольку различные рыночные условия, доступ или конечные пользователи изменят потенциальные решения, которые водород может предоставить в развитии возобновляемых источников энергии. Эти дополнительные параметры помогают усилить потребность в широкомасштабном развертывании возобновляемых источников энергии и обеспечивают дополнительную цепь, с помощью которой возобновляемые источники энергии могут достигать конечных пользователей.

Неизбежная правда: это случится 

Труднодоступные отрасли промышленности составляют 40 процентов глобальных выбросов парниковых газов. Этим секторам необходим комплексный подход к декарбонизации, и они нуждаются в нем сейчас. Им нужна электрификация, но им также нужна чистая молекулярная энергия. Это не взаимоисключающие усилия, но при правильной структуре они могут работать согласованно, чтобы способствовать быстрым переменам, которые необходимы. Путь к расширению использования зеленого водорода потребует существенного наращивания наших возобновляемых источников энергии по всему земному шару и понимания того, что для достижения этих целей еще предстоит сражаться.

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ