Водородная энергетика россии и европы: перспективы рынка на $700 млрд

Перспективы водородной энергетики

Разрабатываются действующие методы существенного понижения себестоимости таких установок. К ним относятся технологии получения дешевой или даже бесплатной электроэнергии. Можно подобрать более качественные катализаторы для химической реакции. Они давно известны и используются в топливных водородных блоках для автомобилей. Но снова всё упирается в чрезмерно высокую себестоимость.

Широко известны современные сварочные аппараты с интегрированными водородными реакторами. Стоимость топлива не имеет особого значения. Также отпадает необходимость решения проблемы транспортировки увесистых баллонов. Все устройство спокойно помещается в легкий ящик небольшого размера.

Наука давно продвинулась вперёд. Возможность совершенствования техники для обустройства жизни сегодня доступна человечеству, как никогда прежде. Достаточно просто найти подходящую информацию. Не все источники альтернативной энергии доведены сегодня до массового производства. Но эти технологии настолько элементарны и просты, что любому человеку под силу собрать водородный генератор для отопления частного дома своими руками у себя в гараже и использовать для обеспечения собственного благополучия.

Вопрос полного вытеснения водородом всех видов ископаемого топлива в мировой энергетике (и, соответственно, в экономике) в настоящее время приобретает стратегический характер

Если прогнозы экспертов о значительных успехах новой глобальной тенденции в перспективе ближайших пятнадцати лет, и абсолютных – к рубежу 2040 – 2050 годов, верны, это означает фундаментальное преобразование всей мировой экономики.

Так, например, по данным ОПЕК за 2018 год, совокупная мировая экономика на все цели потребляла 98,7 млн баррелей нефти в сутки. В том числе, 44,4 млн бар. приходилось на нужды автотранспорта, 13,4 млн – расходовала нефтехимия, 12,8 млн – уходило в промышленность, 6,5 млн – в авиацию, 4,9 млн – в электроэнергетику, 4,1 млн – в морской транспорт, 1,8 млн – в ж/д и другие виды транспорта и 10,8 млн барр. расходовалось на прочие нужды.

Согласно прогнозам сторонников «нового энергоперехода» все перечисленные составляющие, за исключением нефтехимии и, вероятно, прочих нужд, будут успешно заменены на водород. Это означает падение мирового спроса на «черное золото» на 76%, что обернется крахом нефтедобывающей отрасли и обрушением экономик всех стран, критично завязанных на нефтяных доходах.

Аналогичным образом выглядят перспективы угля, объем потребления которого предполагается сократить до нуля, и природного газа, из 3,918 трлн куб.м. мирового потребления которого (данные Rystad Energy по итогам 2020 года) более 65% также приходится на выработку электроэнергии (24% в общей объеме мировой электрогенерации) и обеспечения населения теплом.

С другой стороны, в своих планах и прогнозах апологеты «тотальной водородной энергетики» явным образом игнорируют очевидные факты и, местами, даже законы физики. Львиную долю их выкладок составляют ожидания, основанные в большинстве своем не на объективных фактах, а на соображениях популистского и политического характера, зачастую смешанные до полной неразличимости.

Таким образом возникает необходимость проведения комплексного структурного анализа вопроса реальных перспектив водородной энергетики и их влияния на долгосрочную политико-экономическую стратегию Российской Федерации.

Водородное домашнее отопление

Собрать генератор водорода для хорошего домашнего отопления – задумка, может быть не мифическая, но откровенно очень нерентабельная. Для того чтобы получить нужный объём водорода под домашнюю теплогенерирующую установку, понадобится не только мощная электролизная установка, но еще существенный объём электроэнергии.

Компенсация затраченного электричества полученным дома водородом видится процессом нерациональным.

Все таки, попытки решить задачу, как выполнить водородный домашний генератор собственными руками, не останавливаются. И вот пример одного из пыточных вариантов:

Готовится герметическая надёжная ёмкость.
Выполняются трубчатые или пластинчатые электроды.
Собирается схема управления рабочим напряжением и током.
Выполняются добавочные модули для рабочей станции.
Выбираются сопутствующие предметы (шланги, провода, крепёж).

Естественно, понадобится инструментальный комплект, включая необходимое оборудование, к примеру, осциллограф и частотомер. Укомплектовавшись всем нужным, приступаем конкретно к изготовлению водородной отопительной установки для дома.

Проектная реализация собственными руками

Изначально понадобится выполнить ячейку генерации водорода. Топливная ячейка имеет размеры и габариты немного поменьше внутренних размеров ширины и длины корпуса генератора. По высоте размер блока с электродами составляет 2/3 высоты ключевого корпуса.

Ячейку можно создать из текстолита или акрилового стекла (толщина стены 5-7 мм). Для этого режуться по размеру пять текстолитовых пластин. Из них склеивается (эпоксидным клеем) прямоугольник, часть находящаяся внизу которого остаётся открытой.

На верхней стороне прямоугольника сверлятся необходимое кол-во очень маленьких отверстий под хвостовики электродных пластин, одно небольшое отверстие для датчика уровня, плюс одно отверстие диаметром 10-15 мм для выхода водорода.

В середине прямоугольника размещаются платины электродов, контактные хвостовики которых выводят через отверстия верхней пластины за пределы ячейки. Ставится измеритель водного уровня на отметке 80% наполнения ячейки. Все переходы в текстолитовой пластине (не считая выхода водорода) заливают эпоксидным клеем.

Отверстие выхода водорода необходимо оборудовать соединительным эелементом с резьбой – зафиксировать его механически, используя уплотнение либо же вклеить. Собранная ячейка генерации водорода размещается в середине главного корпуса устройства и по периметру вверху тщательно герметизируется (снова же можно задействовать смолу на эпоксидной основе).

Но прежде чем заложить ячейку в середину, корпус генератора необходимо приготовить:

выполнить подвод для воды в области днища;
сделать крышку находящуюся сверху с крепежом;
выбрать надёжный уплотнительный материал;
расположить на крышке электрический клеммник;
расположить на крышке водородный коллектор.

В результате должен выйдет отчасти готовый к действию водородный генератор после того, как:

Топливная ячейка загружена в корпус.
Электроды подключены на клеммнике крышки.
Патрубок для соединения выхода водорода соединён с водородным коллектором.
Крышка размещена на корпус через уплотнитель и закреплена.

Остается только присоединить воду и добавочные модули.

Дополнения к водородному генератору

Рукодельное устройство для получения водорода нужно дополнить вспомогательными модулями. К примеру, модулем водоподачи, который практично соединяется с датчиком уровня, установленным в середине генератора. В лаконичном виде такой модуль предоставлен насосом для воды и контроллером управления. Насос управляется контроллером по сигналу датчика, в зависимости от водного уровня в середине топливной ячейки.

По существу, лучше всего также иметь устройство, которое регулирует частоту электротока и уровень напряжения, подаваемых на клеммы рабочих электродов топливной ячейки. Как минимум, электрический модуль должен снабжаться стабилизатором электрического напряжения и защитой от перегрузки по току.

Водородный коллектор, в простейшем его виде, смотрится как трубка, где размещается вентиль, прибор для определения величины давления, клапан обратный. От коллектора забор водорода выполняется через клапан обратный и практически уже подается к потребителю.

Но В практических условиях все не так просто. Водород — взрывоопасный газ, имеющий большую температуру сгорания. Благодаря этому просто взять и закачать водород в систему котла отопления в качестве топлива – так выполнить не выйдет.

Memento mori — пару слов о технике безопасности

Водород — горючий взрывоопасный газ. При этом не обладающий запахом, определить его утечку без специального оборудования невозможно. Обращение со столь опасным видом топлива требует особых мер безопасности. Необходимо периодически осуществлять проверку герметичности трубопроводов, накопительных резервуаров, исправность запорной арматуры. Генератор H2 — не такой простой прибор, как может показаться из коротких видеороликов. Это потенциальная бомба, которая может разнести ваш дом. Переоборудовать газовый под водородный котел отопления своими руками — также опасно.

Самодельный водородный котел отопления, кое-как переделанный из старого дровяного и генератор водорода для отопления дома, собранный на коленке и небезопасный. Авторы ролика говорят о необычайной эффективности установки, не называя никаких цифр и предлагая заказать у них аналогичную по сходной цене

Особенности получения водорода, на котором работает генератор

При всех своих многочисленных достоинствах, водород имеет существенный недостаток – он встречается в природе только в виде химических соединений. Для получения чистого вещества нужно найти дешевый и эффективный способ его извлечения. Наиболее доступный источник водорода – обычная вода, где вещество находится в окисленном виде. После многолетних поисков и опытов удалось найти техническое решение для расщепления воды методом электролиза. Специальные устройства – электролизеры – сегодня применяются в ходе газосварочных работ, где воздействие на металл осуществляется с помощью горячей газовой смеси.

Принцип действия сварочного аппарата наглядно иллюстрирует эффективность и высокую теплоотдачу водорода. На металлические пластины устройства, погруженные в воду, подается электрический ток. Реакция электролиза расщепляет воду на кислород и чистый водород с паром. Последний отделяют от чистого вещества в сепараторе, после чего газ поступает на сжигание. Выделяемая тепловая энергия с легкостью разрезает даже твердый металлический сплав.

Главное условие бесперебойной работы электролизера – постоянное пополнение запасов воды для последующего хода процесса электролиза. Специальный датчик замеряет ее уровень, давая сигнал на впрыск дополнительного объема по мере уменьшения рабочего запаса жидкости. Чтобы избежать резкого возрастания давления и возгорания устройства, в конструкции предусмотрены аварийный выключатель и дополнительный клапан для избыточного давления. Исключить случайное воспламенение водорода в случае его обратного хода позволяет наличие специального клапана, направляющего газ только в одну сторону.

Закон сохранения энергии ↑

Всё в природе взаимосвязано. Если куда-то что-то прибыло, значит, откуда-то убыло. Эта народная мудрость упрощённо, но в целом верно описывает закон сохранения энергии. Водород, сгорая, выделяет тепловую энергию. Но, чтобы получить газ методом электролиза, придётся затратить некоторое количество электроэнергии. Которая, в свою очередь, по большей части получается за счёт генерации тепла при сжигании других видов топлива. И если брать чистую тепловую энергию, необходимую для получения электричества и ту энергию, которую даст при сгорании водород, даже на самых продвинутых установках получаются двукратные потери. Половину денег мы буквально выбрасываем. И это только эксплуатационные затраты, но ведь следует учесть и стоимость весьма недешёвого оборудования.

Проект ветро-водородного дирижабля AeromodellerII. Картинку бельгийские инженеры нарисовали красивую, остаётся подкрепить её конкретными экономически оправданными технологиями

По данным исследовательской лаборатории INEEL, на промышленных генераторах водорода США себестоимость одного килограмма водорода составила:

Электролиз от промышленной электросети — 6,5 usd.
Электролиз от ветрогенераторов — 9 usd.
Фотоэлектролиз от солярных устройств — 20 usd.
Производство из биомассы — 5,5 usd.
Конверсия природного газа и угля — 2,5 usd.
Высокотемпературный электролиз на атомных электростанциях — 2,3 usd. Это наименее дорогой способ и наиболее далёкий от домашних условий.

Причём, даже самый лучший генератор водорода в домашних условиях будет заметно уступать промышленному в эффективности. С такими ценами нет никаких оснований говорить о сколь-нибудь серьёзной конкуренции водородного топлива по сравнению не только с дешёвым природным газом, но и с дорогим электроотоплением, дизельным топливом и даже тепловыми насосами.

Энергия из морских волн

В апреле 2021 года британская компания Mocean Energy представила Blue X — прототип установки, которая будет преобразовывать кинетическую энергию морских волн в электричество.

Установка Blue X

(Фото: Mocean Energy)

Принцип работы такой: установку помещают на поверхность воды, она качается на волнах и приводит в движение шарнир посередине. Тот в свою очередь запускает генератор, который вырабатывает электроэнергию и по кабелям перенаправляет ее на сушу.

Как это применять: по оценкам Mocean Energy, если использовать хотя бы 1% всей доступной энергии волн в мире, можно обеспечить электричеством 50 млн зданий. Для сравнения: в России насчитывается около 14 млн жилых домов.

Где еще будут использовать водород?

Важнейший элемент стратегий — это «энергетическая» реформа ЖКХ. В Великобритании первопроходцем станет Лидс: там энергоснабжение будет полностью водородным. А согласно плану H21 North of England газовые сети и транспортное оборудование английского севера также переведут под водород. Водородное отопление 4 млн жилых домов и предприятий снизит выбросы СО2 на 20 млн тонн, хотя и обойдутся в огромную сумму — 30 млрд долларов.

И хотя в стратегиях промышленность и сельское хозяйство практически не упоминаются, ассоциации отраслевых игроков тоже участвуют в выработке «водородного будущего». Предполагается, что уже в 2030 году 10% аммиака для удобрений будет получено «зеленым» способом с помощью электролизеров. В современных домнах во время плавки уже используется сингаз, на 55-58% состоящий из водорода. В ближайшем будущем практически все крупнейшие игроки, от Швеции и ФРГ, до США и Бразилии планируют довести долю водорода до 90% и выше, чтобы по максимуму отказаться от кокса. Эти меры позволят снизить на 10-11% выбросы углерода в атмосферу.

Вместе со странами стратегии пишут и многочисленные производители оборудования для ВИЭ. По одной из них у побережья Нидерландов предлагается соорудить гигаваттные оффшорные ветростанции, напрямую завязанные с электролизным производством водорода. Полученную электроэнергию предлагается распределить по всей Европе в зависимости от локального производства водорода. А чтобы сэкономить потребление энергии, стратегия предлагает подключить солнечный и сырьевой потенциал стран Северной Африки. Углеводороды перерабатывались бы в водород прямо на месте, после чего по новым водородным трубопроводам поступали в Европу. Фактически, ЕС получали бы сырьевой придаток к своей «зелёной» энергетики.

России пока ещё далеко до настолько проработанных программ. Основной упор в современной стратегии делается на экспорт водорода на наиболее перспективные рынки, например японский. В то же время, в энергобюллетенях Аналитического центра при правительстве РФ подчеркивается, что использование водородного топлива позволит снизить на треть энергопотребление на удаленных и малозаселенных территориях. Можно сказать, что сочетание ВИЭ и водорода здесь будет выигрышной стратегией.

Пульт управления производством в операторной установке производства водорода на площадке «Новойл» филиала «Башнефть-Уфанефтехим» ПАО АНК “Башнефть”. Фото: Кирилл Каллиников / Фотохост БРИКС/ШОС

Но многое будет зависеть от стоимости производства водорода, которая зависит от технологии получения. Так, стоимость электролиза 1 кг водорода на ветростанции — 4 доллара, с помощью солнечных панелей — 7 долларов. А вот газификация углеводородов и паровая конверсия метана пока обходится всего в 1,5-2,5 доллара.

Соблюдение мер безопасности

Поэтому во время его изготовления, монтирования и работы обязательно нужно соблюдение как общих, так и специальных мер безопасности.

Специальные меры включают следующие пункты:

следует контролировать концентрацию смеси водорода с кислородом, в целях недопущения взрыва;
если уровень жидкости не просматривается в смотровом окне водородного генератора, то его использовать нельзя;
во время выполнения ремонта нужно удостовериться, что в конечной точке системы полностью отсутствует водород;
противопоказано использование открытого огня, электрических нагревательных приборов и переносных ламп напряжением более 12 вольт рядом с электролизером;
во время работы с электролитом следует себя обезопасить, используя средства защиты (спецодежда, перчатки и очки).

Деятельность правительств[править | править код]

Правительства различных стран приняли планы развития водородной энергетики. Например:

Южная Кореяправить | править код

Министерство Коммерции, Индустрии и Экономики Ю.Кореи в году приняло план строительства водородной экономики к году. Цель – производить на топливных элементах 22% всей энергии и 23% электричества, потребляемого частным сектором. Если цели плана будут выполнены, Ю.Корея будет производить из водорода 8% ВВП страны к году. Будет создан миллион новых рабочих мест, выбросы CO₂ сократятся на 20%.

Индияправить | править код

В Индии создан Индийский Национальный Комитет Водородной Энергетики. В году комитет разработал «Национальный План Водородной Энергетики». Планом предусмотрены инвестиции в размере 250 млрд. рупий ($5,6 млрд.) до года. Из них 10 млрд. рупий будет выделено на исследования и демонстрационные проекты, а 240 млрд.рупий на строительство инфраструктуры по производству, транспортировке, хранению водорода. Планом поставлена цель — к году вывести на дороги страны 1 миллион автотранспортных средств, работающих на водороде. Также к году будет построено 1000 МВт. водородных электростанций.

СШАправить | править код

Департамент Энергетики США (DOE) в январе года принял план развития водородной энергетики «Roadmap on Manufacturing R&D for the Hydrogen Economy». Планом предусмотрено:

К году – первичное рыночное проникновение водорода;
К году – коммерческая доступность;
К году – реализация водородной энергетики.

8 августа г. Сенат США принял Energy Policy Act of 2005. Законом предусмотрено выделение более $3 млрд. на различные водородные проекты. И $1,25 млрд. на строительство новых атомных реакторов, производящих электроэнергию и водород.

Команды поддержки

Не стоит забывать, Тесла и Тойота не единственные кто участвует в зелёной транспортной революции. Но сказать, что мировые производители жестко разделились на два лагеря нельзя. Многие присутствуют и там и там. Кроме Toyota делают ставку на водород Honda и Nissan, корейская Hyundai, немецкие Daimler, BMW и Volkswagen. Водородная Honda FCX, как уже говорилось, пойдёт в серию в текущем году. Свои концепты автомобилей на водородных топливных ячейках демонстрировали и другие производители. Но в отличие от двух японских компаний остальные предпочитают инвестировать в развитие сети водородных заправок, и пока не спешат запускать в серию свои концепты.

В стане производителей электромобилей кроме Tesla производители автомобилей со всех континентов – GM,Volvo, Nissan и другие. Учитывая более широкую сеть зарядок запускать в серию электрокары можно с меньшим риском. Тот же Hyundai, не покидая лагеря водородников, в марте текущего года представил электрический хэтчбек IONIQ. Новые серийные электромобили появляются все чаще. В конце года пойдет в серию Chevrolet Bolt EV. BMW выпускает свой ситикар i3 уже с 2013 года, а в этом году должен появится и i1. Не стоит забывать и об электрической версии кроссовера RAV4, разрабатывавшегося когда-то Toyota совместно с Tesla, может быть она и вернётся к электрокарам в целях диверсификации.

Добавим сюда и «новые» автомобильные компании Apple с проектом «Titan» и LeECO представившую в апреле концепт своего первого электрокара LeSEE – их автомобили электрические. Но учитывая «вес» автопроизводителей с той и другой стороны, а так же то, что некоторые делают ставку на оба вида «топлива» здесь приоритет кому-либо отдавать рано.

Toyota –3:3– Tesla

Возможно ли самостоятельное создание водородного генератора?

Лучше не рисковать, т. к. подобный процесс связан не только с необходимостью знания тонкостей техники и химии, но также требует должного соблюдения правил безопасности. Зато монтаж оборудования своими руками возможен. Для этого достаточно соблюдать инструкцию и не допускать самодеятельности.

Обогрев любого дома должен обеспечивать не только комфортное проживание человека, но и экологическую чистоту окружающей среды. Это достигается за счет того, что после сгорания водорода не образуется никаких вредных соединений.

https://youtube.com/watch?v=Hh_a-v081rk

В западных странах отопление с помощью водородных генераторов получило широкое признание и экономическое обоснование. Если подобный метод приживется и в России – это значительно повысит эффективность обогрева с минимальными затратами на ресурсы.

Немного теории

Необходимо отметить, что резонансное разложение воды в газ Брауна – отнюдь не миф, а реальный химический процесс, призванный выделять газообразное горючее из воды. Этот газ получил свое имя в честь изобретателя, который первым попытался вывести эту технологию за рамки экспериментов. Другое название, бытующее в интернете – гремучий газ (гипотетическая формула ННО).

Вода, чью химическую формулу (Н2О) знают даже дети, — это водород, который полностью окислен. По отдельности данные химические элементы весьма активны, водород хорошо горит и считается энергоносителем, а кислород поддерживает горение. Вот почему расщепить воду, чья цена – копейки, на столь полезные составляющие стало очень популярной идеей.

В результате трудами разных людей на свет появился генератор для получения газа – электролизер. Глубоко не вдаваясь в тонкости процесса, отметим, что вышеозначенный аппарат методом электролиза выделяет из воды газ Брауна, а точнее, смесь кислорода с водородом. Для этого через погруженные в емкость с водой электроды пропускается ток оптимальной частоты. Полученный газ скапливается под водяным затвором и при достижении определенного давления выходит по трубке наружу и может быть использован в разных целях.

Советы специалистов

Они объясняют это тем, что электролизер для авто имеет сложную и небезопасную систему устройств.

Заниматься изготовлением таких агрегатов нужно, применяя специальные материалы и реагенты.

Примите к сведению: в случае самостоятельного установления электролизера, который был изготовлен своими руками, рекомендуется строгое исключение возможности, когда газ попадает в камеру сгорания при заглушенном двигателе. Во время отключения двигателя, обязательно должен автоматически отключиться водородный генератор от сети электрического питания автомобиля.

Если все-таки решили самостоятельно изготовить автомобильный гидролизер, то обязательно следует оснастить его барботером – это специальный водяной клапан. При его использовании значительно повысится безопасность при вождении автомобиля.

Преимущества генератора

Генератор для получения газа Брауна имеет довольно простое устройство и понятный принцип действия. Несмотря на это, его использование даёт ряд весомых преимуществ:

Вода, необходимая для его работы, доступна практически в неограниченном объёме.
Выработка газа является безотходной. Образующийся в процессе электролиза конденсат превращается в жидкость, которая служит сырьём для образования новой порции топлива.
Выделяющийся пар увлажняет воздух в помещении.
При распаде воды не образуется веществ, негативно влияющих на самочувствие человека.

Прибор, генерирующий газ из воды, используют не только в домашних отопительных системах. Его успешно применяют для получения водородного автомобильного топлива и для сварки металла. Некоторые западноевропейские предприятия, внедрившие на своём производстве такие устройства, смогли отказаться от фильтров и систем очищения воздуха, поскольку процесс плавления и сварки металлов стал более безопасным и экологичным.

Единственным существенным недостатком выработки газа Брауна являются высокие энергозатраты. Количество затраченной электроэнергии в разы превышает объём получаемого тепла. В настоящее время специалисты ведут работы по снижению затрат и повышению КПД генерирующего прибора.

Область использования генератора водорода

H2 — это современный энергоноситель, который активно используется во многих промышленных сферах. Вот лишь некоторые:

выработка хлористого водорода (‎HC)l;
выработка горючего для ракетных установок;
изготовление аммиака;
обработка металла и резка по нему;
разработка удобрений для дачных участков;
синтез азотной кислоты;
создание метилового спирта;
пищевая промышленность;
производство соляной кислоты;
создание систем «теплый пол».

Кроме того, HHO стал весьма полезен и в быту, правда, с оговорками. Прежде всего, его используют для автономных систем отопления. Кроме того, газ Брауна добавляют в бензин, пытаясь обмануть двигатель и сэкономить на топливе.

В обоих случаях есть свои особенности. Так, при организации домашнего обогрева нужно учесть, что температура горения HHO на порядок выше, чем у метана. В связи с этим необходимо приобрести специальный недешевый котел с термостойким соплом. В противном случае, владелец и его дом будут в немалой опасности.

Что касается применения генератора в машине, то порой система может сработать – если её сконструировали верно. Но идеальные параметры или коэффициент прироста мощности найти практически нереально. Кроме того, не совсем понятно, насколько снизится срок службы двигателя, а уж его замена влетит «в копеечку».

Светлое будущее грязного продукта

Резкое снижение выбросов СО2 в атмосферу, подразумеваемое Парижским соглашением, зависит от глобального перехода к «зелёной» энергетике. По оценкам WRI (Института мировых ресурсов) на транспорт приходится 15,9% мировых выбросов, на промышленность — 18%, строительство и ЖКХ дают 20,4%

Это значит, что необходимо не только внедрение возобновляемых источников энергии, важно перевести все эти отрасли на энергоресурсы с низкой долей углерода. Без этого снизить антропогенные выбросы вдвое к 2050 году не получится

Водород — это просто идеальное решение этой проблемы. Результат его сгорания — пар, то есть вода. Более того, самый перспективный получения водорода — электролиз воды. А это создаёт нечто наподобие замкнутого цикла, когда ресурсы газа будут восполняться при его потреблении. Никакой другой «зеленый» энергоресурс не дает такой возможности. Биотопливо, коксовый газ, аммиак — все при сжигании выбрасывают в атмосферу целый букет парниковых газов.

Есть только одна загвоздка: в отличие от нефти или газа, больших запасов водорода в естественных условиях просто нет. Водород сейчас — это результат переработки углеводородов со всем скопом сопутствующих проблем. Самым популярным методом получения этого газа остается паровая конверсия метана (95% получаемого водорода). При этом в атмосферу выбрасывается огромное количество углерода. Оставшиеся 5% приходятся в основном на не менее грязный риформинг нефти и нефтепродуктов. Небольшую долю процента составляют электролиз воды — самый массовый из «зелёных» методов получения водорода — и лабораторные биореакторы.

Такое соотношение не устраивает большинство стран, включившихся в водородную гонку. Поэтому стратегии достижения «безуглеродного» будущего нацелены на получение водорода максимально «зелёным» способом.

В каком виде транспортировать водород

Проблема подготовки водорода для транспортировки решается по-разному: H2 сжимают, сжижают, смешивают с другими веществами. У каждого из этих вариантов свои преимущества и недостатки, а оптимальное решение зависит от географии поставок, расстояния, объёма и вида водорода для потребителя.

В любом агрегатном состоянии (кроме твёрдого, конечно) водород можно пустить по имеющимся газовым трубам, что однозначно дешевле, чем строить новую инфраструктуру. Первый кандидат — газовые сети. В мире насчитывается 3 млн километров газопроводов и 400 млрд кубометров подземных хранилищ метана. Но с этим есть технические проблемы:

у водорода низкая плотность энергии, и объёмы (или время) его поставки через газопровод придётся увеличить;
водород очень горюч на воздухе, поэтому чтобы снизить риски, придётся менять оборудование по всей цепочке поставок;
не всякая инфраструктура для, например, метана подойдёт водороду; особенно это касается потребительских котлов, бойлеров и т. п. (об этом подробнее ниже);
потребителям нужен разный газ (одним только чистый водород, другим — смесь), а технологии выделения чистого водорода из полученной смеси повысят конечную стоимость газа на $0,3-0,4 за кг.

В итоге наряду с газообразным водородом нам придётся производить его сжиженные и смешанные версии.

Как и природный газ, водород сжижается. Но проблема в том, что для этого H2 нужно охладить до -253 °C . Если представить, что для охлаждения используется часть самой поставки H2, то на сжижение уйдёт 25-35% её массы.

Такая же операция над природным газом требует только 10% массы. Есть и другой вариант: водород смешивается с другими веществами для перевозки в жидком виде. Главные претенденты на роль «попутчиков» H2 — упомянутый выше аммиак и жидкие органические носители водорода (Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC), к примеру, метилциклогексан (C7H14). Чтобы смешать водород с аммиаком, нужно 7-18% энергии из объёма поставки. Столько же водорода теряется, когда он выделяется из этой смеси. Но аммиак сжижается при температуре -33 °C и содержит в 1,7 раза больше водорода на кубометр, поэтому аммиачно-водородную смесь транспортировать дешевле, чем чистый водород.

Схожим образом водород можно включить в жидкий органический носитель. На конверсию и реконверсию при этом уйдёт 35-40% водорода, хотя объёмы поставок эти издержки покрывают.

Что представляет первый элемент периодической системы

Водород является наиболее распространенным компонентом в нашей Солнечной системе и имеет около 75% массы и более 90% всех атомов. Наше Солнце и большие газовые планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун состоят в основном из этого газа. На Земле этот газ встречается гораздо реже. Его доля в общем весе Земли составляет только около 0,12%. Хотя водород чаще встречается в земной коре, его практически нет в чистом виде. Он почти всегда химически связан и наиболее частым соединением является вода.

Водород — самый маленький и легкий атом. Как чрезвычайно легкий газ, он был использован для наполнения газовых баллонов дирижаблей жесткой формы как Цеппелины, в течение первой половины девятнадцатого века. Катастрофа в Гинденбурге в США в 1937 году, где предположительно произошел электростатический заряд который вызвал возгорание, положил трагический конец перспективам использования водорода в дирижаблях.

Основное применение водорода сегодня находится в химической промышленности. В качестве источника энергия водорода в настоящее время широко используется, в основном, в авиационном и космическом секторе.

Водород как источник энергии используется для привода реактивных двигателей самолетов.

В космических полетах жидкий водород используется в качестве ракетного топлива. Например, запуск космического челнока потребляет около 1,4 млн литров жидкого водорода весом более 100 тонн создавая температуру горения до 3200° C.

Выводы

Преимущества примерно равны недостаткам, поэтому перспектива использования водородной энергетики в будущем неоднозначна. Никто не может заявить со 100-процентной уверенностью, что будет в дальнейшем. Учёные разделились на два лагеря.

Первые утверждают, что в ближайшем будущем энергетика на природном материале станет популярной и найдёт своих клиентов. Сейчас найден дешёвый аналог добычи водорода – из воды. Осталось лишь создать устройства, с помощью которого будет осуществляться получение. Этот вопрос легко решаем, и инженеры уже ищут, чем ответить на такую задачу.

Второй лагерь учёных говорит, что использовать водород как элемент для энергетики нельзя. При его распространении мир будет на грани катастрофы. Водород – взрывоопасный элемент. Никто не знает, что можно ожидать от него в следующий момент. Как поведёт себя сам элемент при такой добыче.

Чёткого мнения нет ни в первом случае, ни во втором. Все разговоры учёных строятся лишь на догадках и гипотезах, которые пока не нашли своего практического подтверждения.