Электроэнергетика
Водород
Может ли водород действительно обеспечить энергией весь мир?
Водород - самый распространённый элемент во Вселенной, и он может изменить мир. Но добывать его на удивление сложно. Зелёный водород можно получать с помощью электролиза на энергии из возобновляемых источников. Он может хранить чистую энергию, питать грузовики, корабли и самолёты, а также помогать сокращать выбросы в важных отраслях, таких как производство стали. Но на пути к широкому использованию водорода стоят серьёзные проблемы с эффективностью и инфраструктурой.
(Иллюстрированное руководство скоро появится)
2,6общий
Как оценивается это решение
- Влияние4 / 5Может сократить выбросы в производстве стали и удобрений, а также в судоходстве, и долго хранить чистую энергию.
- Скорость2 / 5Сначала нужно построить производство, трубопроводы и инфраструктуру для хранения.
- Стоимость2 / 5Зелёный водород всё ещё стоит в несколько раз дороже ископаемого водорода.
- Зрелость2 / 5Электролизёры уже проверены, но зелёный водород пока производится в очень малых масштабах.
- Природа3 / 5При использовании чистый, но для производства нужно много энергии и воды.
Викторина
Вопрос 1 из 10
Какой процент атомов в звёздах составляет водород?
Счёт 0 / 10
Текст
Водород меняет правила игры. Он может преобразить планету, снабжая её зелёной энергией и помогая её накапливать. Его можно использовать для грузовиков, кораблей, самолётов и даже целых городов. Но чтобы водородная революция стала реальностью, человечеству нужно преодолеть несколько технических и экономических трудностей. Так что давай отправимся на атомный уровень и посмотрим, хватит ли водороду сил изменить мир!
Если бы ты открыл книгу о Вселенной, водород был бы уже в первой главе. Ведь это один из строительных блоков Вселенной. Он составляет 90 % атомов в звёздах [1-4], а на Земле водород - один из главных компонентов воды, растений и даже ДНК всего живого [4-7].
Это ещё и очень энергоёмкое топливо, поэтому NASA использует его для ракет, исследующих космос [8,9,10]. Ясно одно: водород уже помогает человечеству достигать новых высот. И самое лучшее - он вообще не производит CO2!
Так почему же это не главный источник энергии в мире? Ну, всё не так просто.
Водород сложно добыть из Земли в чистом виде, хотя природные залежи существуют [11-17]. Обычно он соединён с другими элементами и образует вещества. Например, соединяясь с кислородом, он образует воду, или H2O. Он также может соединяться с углеродом и образовывать ископаемый газ, также известный как метан, или CH4.
Поэтому, чтобы получить чистый водород, его нужно отделить от элементов, с которыми он соединён. Когда водород получают из воды, выделяется кислород. Когда его отделяют от ископаемого газа, выделяется углерод. Так что польза или вред водородного топлива для планеты зависят от того, как этот водород произведён.
Сейчас есть три основных способа производить водородное топливо, в зависимости от которых водород называют серым, голубым или зелёным: [18-21]
Сегодня большую часть водорода производят из ископаемого топлива [22-28], и самый распространённый вид - серый водород, получаемый из ископаемого газа. Но будь то газ, уголь или нефть, производство водорода из ископаемого топлива выбрасывает в атмосферу много CO2 [19,26,27,28]. Увы, на эти виды приходится больше 99 % всего производства водорода [23,24,28]. Ой!
На самом деле одно только производство серого водорода выбрасывает больше CO2, чем Великобритания и Австралия вместе [28,29]!
В последние годы развитие технологии, известной как улавливание и хранение углекислого газа, позволило электростанциям улавливать выбросы CO2 и хранить их под землёй [30,31,32]. Когда её сочетают с производством водорода, получается голубой водород [33,34].
Но хотя этот способ снижает выбросы CO2, сейчас при нём часто происходят утечки метана (CH4) [34-37], который за 20 лет может быть для атмосферы более чем в 80 раз хуже [38,39,40]. Одно исследование даже показало, что при неправильном подходе рост выбросов CH4 может быть настолько большим, что лучше было бы просто сжигать ископаемое топливо [35].
А вот что учёные действительно ищут - Эльдорадо чистой энергии - называется зелёный водород. Его получают из воды в химическом процессе, который называется электролизом: [41-45]
Представь большой бак с водой, или H2O. Чтобы получить водород, сначала нужно разорвать его связи с кислородом. Для этого электричество разрушает связи в молекулах воды, создавая драгоценный водородный газ. Просто!
Всё это можно питать возобновляемыми источниками энергии, например солнцем и ветром, с почти нулевыми выбросами [41-45].
Этот зелёный водород может изменить мир [21,28,43,44,45]. Такие отрасли, как нефтехимия и производство стали [44-47], на которые приходится примерно 3,6 % и 7,2 % мировых выбросов [48], начинают становиться чище благодаря зелёному водороду вместо ископаемого топлива. Некоторые страны вкладываются в него, чтобы декарбонизировать производство аммиака - вещества для удобрений, - что сократило бы ещё 1-2 % мировых выбросов [44-46,49-53].
Эксперты также изучают его применение в транспорте. Для машин это не в приоритете из-за успехов электромобилей, но для дальнобойных грузовиков, международных морских перевозок и самолётов дальнего радиуса действия приоритет выше. Они не могут работать на тяжёлых батареях, так что зелёный водород - отличная альтернатива [21,28,44,45,54].
Теоретически (и если его производят экологично), единственный прямой выброс от водородного топлива - вода. Эту воду даже используют в космических шаттлах NASA, где астронавты действительно её пьют! [55,56]
Так в чём подвох?
Ну, если просто сжигать водород, он может заставить азот в воздухе вступить в реакцию и образовать оксиды азота - вредные загрязнители воздуха [57-61].
Это всё равно чище, чем сжигать ископаемое топливо, но самый чистый вариант - вообще его не сжигать, а использовать водородный топливный элемент, который напрямую превращает химическую энергию водорода в электричество [62-65]. Это не только эффективнее, но и даёт ноль выбросов оксидов азота и, конечно, ноль CO2! [57-59,63-65]
Звучит неплохо, да? Так почему меньше 1 % производимого сегодня водорода - зелёный? [23,24,28] Почему не все переходят на эту экологичную версию?
Сейчас водород дорогой, и для его производства нужно много электричества [66-69]. Если бы ты хотел питать телефон зелёным водородом вместо того, чтобы напрямую заряжать его от возобновляемых источников энергии, тебе сначала пришлось бы превратить электричество из возобновляемых источников в водород, а потом с помощью топливного элемента снова превратить его в электричество. Так можно потерять до 70 % энергии, которую ты получил бы, если бы сразу заряжал телефон от солнечных панелей! [70,71,72]
Похоже, зелёный водород не так уж выгоден. Так зачем людям использовать его для питания домов и городов?
Ответ кроется в одном из самых сильных свойств водорода… Его способности хранить большие объёмы энергии для будущего использования.
Ветрякам нужен ветер, солнечным панелям нужен солнечный свет, поэтому в тёмные и безветренные дни часто приходится подключать газ и уголь, чтобы электричество не пропадало. Но есть идея позеленее:
Ты снабжаешь дома электричеством от возобновляемых источников через гибкую умную электросеть и строишь достаточно ветряных и солнечных электростанций, чтобы получать избыток энергии. Излишки можно направлять на заводы зелёного водорода, где их используют для производства водорода. Затем этот водород можно хранить и использовать для выработки электричества, когда солнце и ветер не справляются со спросом [73-76].
И это ещё не всё: водород можно в огромных количествах и надолго хранить под землёй - в старых шахтах, соляных кавернах или даже выработанных нефтяных и газовых месторождениях [77-80]. Значит, его можно использовать круглый год, даже в холодные зимние месяцы.
Это называется межсезонным накоплением энергии, и многие страны уже в него вкладываются [23,81,82,83]. Однажды оно может даже помочь избавиться от зависимости от ископаемого топлива. А ещё лучше то, что такие огромные запасы водорода дают странам больше энергетической независимости и уменьшают зависимость от импорта энергии, так что им не придётся полагаться на другие страны, чтобы свет не погас [84,85,86].
Но разве батареи не могут сделать то же самое?
Не совсем. Батареи, необходимые для хранения городского запаса энергии на недели или месяцы, обошлись бы гораздо, гораздо дороже [87-90]. А водород, наоборот, можно очень дёшево хранить в больших объёмах, и он мог бы решить эту проблему накопления энергии [91,92].
Так может ли водород помочь декарбонизировать планету? Ну, только если это зелёный водород, произведённый с помощью возобновляемых источников энергии [93], и только если его цена приемлема [66-69]. Для этого нужно расширять и обновлять инфраструктуру и разворачивать возобновляемые источники энергии в больших масштабах.
Но есть и хорошие новости! Энергия ветра и солнца теперь дешевле ископаемого топлива [27,94-97]. А благодаря недавним технологическим прорывам в электролизёрах цена производства зелёного водорода тоже быстро падает [98-102].
Так что, если человечество поддержит эту новую технологию, зелёный водород может стать одной из ярких звёзд, которых мы так ждали.
Экспертные консультанты
4
Хотим поблагодарить
Dr. Jennifer Johnstone-Hack
Университет Шеффилда
Факультет химической, материаловедческой и биологической инженерии
Dr. Adrien Chauvet
Университет Шеффилда
Школа математических и физических наук, Энергетический институт
Huazhang Tian
Университет Шеффилда
Центр передовой ресурсной эффективности
Colin Nolden
Университет Шеффилда
Институт энергетики
Другие видео
Ссылки: 20
Эти ресурсы не связаны с нами. Все ссылки здесь ведут на материалы на английском.
Обзор и производство
Водород: топливо будущего?The Economist
Правда о водородеDW Planet A
Как зелёный водород может положить конец эпохе ископаемого топливаTED
Может ли водород помочь миру достичь нулевых нетто-выбросов?Financial Times
Что такое зелёный водород и будет ли он питать будущее?CNBC
Правда о грязной проблеме водорода - зелёный водород: объясняемUndecided with Matt Ferrell
Как дешёвый водород может стать следующим чистым топливомBloomberg Originals
Голубой водород. Величайшая афера с ископаемым топливом в истории?Just Have A Think
Водород в промышленности
Транспорт на водороде
Водородное топливо для реактивных самолётов - это будущее авиации?Just Have a Think
Электрогрузовики или грузовики на водороде - кто победит?Just Have a Think
Правда о водородеReal Engineering
Водородные топливные элементы - наше ли это будущее?Just Have A Think
Как работают водородные топливные элементы?Reactions
Накопление энергии
Белый водород (природные месторождения)
Дополнительные материалы
Ссылки: 28
Эти ресурсы не связаны с нами. Все ссылки здесь ведут на материалы на английском.
Обзор и производство
- Что такое водород? - National Grid
- Цветовой спектр водорода - National Grid
- Основы водородного топлива - US Department of Energy
- Производство водорода - US Energy Information Administration (EIA)
- Использование водорода - US Energy Information Administration (EIA)
- Серый, голубой, зелёный - объясняем все цвета водорода - World Economic Forum
- Водород - MIT Climate Portal
Зелёный водород
- Производство водорода: электролиз - US Department of Energy
- Электролиз для производства зелёного водорода - Linde
- Зеленый водород - Stegra
- Насколько чист зелёный водород? - MIT Climate Portal
Водород в промышленности — зелёный аммиак
Водород в промышленности — зелёная сталь
Сгорание водородного топлива против топливных элементов
- Водородные двигатели внутреннего сгорания и водородные топливные элементы - Cummins Inc.
- Топливные элементы - US Department of Energy (see also Fuel Cells Fact Sheet)
Транспорт на водороде
- Водород в транспорте - US Environmental Protection Agency (EPA)
Накопление энергии с помощью водорода
- Пример - хранение зелёного водорода для защиты энергетической безопасности - RMI
- Долгосрочное хранение водорода - IRENA
- Межсезонное накопление энергии: путь к нулевым нетто-выбросам - Regen
- Что такое межсезонное накопление энергии и как оно может увеличить использование возобновляемых источников энергии - Privilege Finance (UK)
Накопление энергии с помощью водорода — инфраструктура и последствия
Подробные обзоры и отчёты
Белый водород (природные залежи)
- Природный водород: неиспользованное решение для декарбонизации? - Oxford University
Источники
Ссылки: 111
Все ссылки здесь ведут на материалы на английском.
- [1] Периодическая таблица элементов | Los Alamos National Laboratory
- [2] Сначала был водород | Nature Chemistry
- [3] Факты о водороде | Norwegian Hydrogen
- [4] Водород - информация об элементе, свойства и применение | Royal Society of Chemistry
- [5] Двойная спираль | Chemistry LibreTexts
- [6] Генетика | University of Houston
- [7] Открытие водородных связей в ДНК и переоценка двухцепочечной модели её структуры, предложенной Creeth в 1948 году | Biochemical Society Transactions
- [8] Использование водорода | US Energy Information Administration (EIA)
- [9] Ракетная лаборатория - закладывая водородную основу | NASA
- [10] Будет ли водород двигать аэрокосмическую отрасль будущего? | WHA-International
- [11] Поиск природного водорода: скрытый энергетический гигант или неуловимая мечта? | ACS Energy Letters
- [12] Накопление ресурсов природного водорода в континентальной коре | Nature Reviews Earth & Environment (Пресса: Учёные определили условия для поиска природного чистого водорода | University of Oxford; Скопления естественно встречающегося водорода в земной коре могут стать важным источником чистой энергии | Renewable Energy Magazine)
- [13] Природный водород - неиспользованное решение для декарбонизации? | Oxford Academic
- [14] Frontiers | Потенциал природного водорода в Квебеке (Канада): первый обзор | Frontiers in Geochemistry
- [15] Модельные прогнозы мировых ресурсов геологического водорода | Science Advances
- [16] Подземное открытие водорода во Франции вселяет надежду на чистую энергию | Hydrogen power | The Guardian
- [17] Наличие и перспективы добычи природного водорода: бразильский контекст | Energies
- [18] Экономика и экологичность разных цветов водорода | International Journal of Hydrogen Energy
- [19] Цвета водорода | The Belfer Center for Science and International Affairs
- [20] Методы производства водорода и его цвета | CIC energiGUNE
- [21] Политика в области зелёного водорода | IRENA (Зелёный водород: руководство по разработке политики | IRENA)
- [22] Ресурсы водорода | US Department of Energy
- [23] Global Hydrogen Review 2024 | IEA
- [24] Водород | IRENA
- [25] Закрепит ли голубой водород нашу зависимость от ископаемого топлива навсегда?: One Earth (В: Отопление домов водородом - почти несбыточная мечта? Обзор доказательств | Joule)
- [26] К определениям водорода на основе интенсивности его выбросов - Анализ | IEA
- [27] Развитие мирового рынка водорода: спектр цветов водорода | Fuel Cells Bulletin
- [28] Будущее водорода | IEA
- [29] Выбросы ПГ всех стран мира | EDGAR - The Emissions Database for Global Atmospheric Research
- [30] Улавливание, использование и хранение углекислого газа - энергетическая система | IEA
- [31] 20 лет улавливания и хранения углекислого газа - Анализ | IEA
- [32] Улавливание и хранение углекислого газа | IPCC
- [33] Голубой водород | Global CCS Institute
- [34] Голубой водород может стать источником зелёной энергии в период декарбонизации | International Journal of Hydrogen Energy
- [35] Насколько зелёный голубой водород? | Resource Sustainability and Energy Resilience
- [36] Риски водородной экономики для атмосферного метана | Nature Communications (см. Примечания*)
- [37] Голубой водород: не чистый, не низкоуглеродный, не решение | IEEFA (см. Примечания*)
- [38] Глава 7: энергетический баланс Земли, климатические обратные связи и чувствительность климата | IPCC
- [39] Метан и изменение климата - Methane Tracker 2021 - Анализ | IEA
- [40] Выбросы метана | Энергетика, изменение климата, окружающая среда | European Commission
- [41] Обзор технологий электролиза воды для производства зелёного водорода | Energy Reports
- [42] Краткий обзор систем производства зелёного водорода на основе солнечной и ветровой энергии: тенденции и стандартизация | International Journal of Hydrogen Energy
- [43] Производство водорода: электролиз | US Department of Energy
- [44] Стандарт зелёного водорода | Green Hydrogen Organisation (GH2)
- [45] Global Energy Perspective 2023: перспективы водорода | McKinsey
- [46] Потенциал водорода для химической промышленности | Deloitte
- [47] Возможности производства стали на основе зелёного водорода в мире вблизи качественных возобновляемых источников энергии и месторождений железной руды | Nature Communications
- [48] По секторам: откуда берутся мировые выбросы парниковых газов? | Our World in Data (По данным: Greenhouse Gas (GHG) Emissions | Climate Watch)
- [49] Аммиак: удобрение, топливо и накопитель энергии с нулевыми выбросами углерода | The Royal Society
- [50] Роль водорода и аммиака в достижении нулевых нетто-выбросов | The Royal Society
- [51] Сокращение выбросов ПГ с помощью зелёного аммиака и удобрений | McKinsey
- [52] Производство аммиака выбрасывает больше CO2, чем любая другая реакция по производству химикатов. Химики хотят это изменить | C&EN
- [53] Энергопотребление за жизненный цикл и выбросы парниковых газов при производстве аммиака из возобновляемых ресурсов и промышленных побочных продуктов | Green Chemistry
- [54] Раскрывая потенциал водорода для дальних грузоперевозок | McKinsey
- [55] Топливные элементы для космических научных задач | NASA
- [56] Топливный элемент, Apollo | National Air and Space Museum
- [57] Водородные двигатели внутреннего сгорания и водородные топливные элементы | Cummins Inc.
- [58] Центр данных об альтернативных видах топлива: основы водорода | US Department of Energy
- [59] Приводит ли использование водорода к выбросам загрязнителей воздуха, например оксидов азота? | US Department of Energy
- [60] Исследование рабочих характеристик и выбросов промышленной горелки с низкой закруткой при сжигании природного газа, метана, обогащённого водородом природного газа и водорода в качестве топлива | International Journal of Hydrogen Energy
- [61] Выбросы NOx от топливных смесей водорода и метана | GT Strategic Energy Institute
- [62] Каковы плюсы и минусы водородных топливных элементов? | TWI (см. также Что такое водородный топливный элемент и как он работает? | TWI)
- [63] Информационный бюллетень о топливных элементах | US Department of Energy (Топливные элементы | US Department of Energy)
- [64] Водород и топливные элементы: наука о топливных элементах | SEPUP
- [65] Автомобили с водородными топливными элементами и автомобили со сжиганием водорода: в чём разница? | sopp + sopp
- [66] Энергия из зелёного водорода будет дорогой даже в 2050 году | CRU Group
- [67] Зелёный водород: многомиллиардная энергетическая авантюра | Manhattan Institute
- [68] Стоимость зелёного водорода: что нужно, чтобы он стал конкурентоспособным | ET EnergyWorld
- [69] Совершая прорыв: политика в области зелёного водорода и стоимость технологий | IRENA
- [70] Зелёный водород | EECA
- [71] Реальность за взрывным ажиотажем вокруг зелёного водорода | Greentech Media (архив)
- [72] Пять причин беспокоиться о зелёном водороде | Clean Energy Group
- [73] Непостоянная возобновляемая энергия: единственный источник водорода будущего? | International Journal of Hydrogen Energy
- [74] Накопление энергии в виде водорода: новое решение проблемы нестабильности возобновляемых источников энергии | Renewable Energy World
- [75] Крупномасштабное накопление электроэнергии | The Royal Society (см. Примечания*)
- [76] Хранение водорода: обеспечение энергетических потребностей Великобритании | Hydrogen UK (см. Примечания*)
- [77] Соляные каверны: ключ к хранению водорода? | Polytechnique Insights (см. Примечания*)
- [78] Возможное применение ВИЭ и подземного хранения H2 в заброшенных шахтах | Materials Proceedings (см. Примечания*)
- [79] Обзор подземного хранения водорода в истощённых газовых месторождениях: особенности разных механизмов взаимодействия горных пород и флюидов и их влияние на надёжность процесса | Fuel (см. Примечания*)
- [80] Хранение водорода | Statera Energy (см. Примечания*)
- [81] Долгосрочное хранение водорода | IRENA (см. Примечания*)
- [82] Межсезонное накопление энергии: путь к нулевым нетто-выбросам | Regen (см. Примечания*)
- [83] Передовое хранение чистой энергии | US Department of Energy (см. Примечания*)
- [84] Зелёный водород и меняющееся понятие энергетической безопасности: вызовы и сравнения | Renewable Energy (см. Примечания*)
- [85] Комментарий: водород может помочь укрепить энергетическую безопасность | The Engineer
- [86] Разбор случая - хранение зелёного водорода для защиты энергетической безопасности | RMI
- [87] Будущее накопления энергии: водород против лития | SENZA
- [88] Оценка роли водорода в решениях для накопления энергии | EE Times
- [89] Почему нельзя полагаться на батареи для очистки электросети: причина стоимостью 2,5 трлн $ | MIT Technology Review
- [90] За пределами 4-часовых литий-ионных батарей: вызовы и возможности для накопления энергии большой продолжительности | NLR (NREL)
- [91] Динамическое моделирование накопления энергии сжатого газа для компенсации непостоянства энергии ветра из возобновляемых источников | International Journal of Hydrogen Energy
- [92] Оценка мощности и анализ затрат на геологическое хранение водорода: разбор случая в регионе Intermountain-West, США | International Journal of Hydrogen Energy
- [93] За радугой: почему понимание углеродной интенсивности всей цепочки создания стоимости важнее цвета водорода | Wood Mackenzie
- [94] Солнечная энергия теперь - «самое дешёвое электричество в истории», подтверждает IEA | CarbonBrief (Пресс-релиз World Energy Outlook 2020 | IEA)
- [95] Lazard LCOE+ (июнь 2025)
- [96] Прогнозы технологий на основе данных и энергетический переход | Joule
- [97] Конкурентоспособность возобновляемых источников растёт всё быстрее, несмотря на рост затрат | IRENA (Пресс-релиз Renewable power generation costs in 2022 | IRENA)
- [98] Снижение стоимости зелёного водорода | IRENA
- [99] Анализ будущей стоимости зелёного водорода | PwC
- [100] Зелёный водород станет дешевле серого к концу десятилетия | BloombergNEF
- [101] Эксперты объясняют, почему стоимость зелёного водорода снизилась и будет снижаться дальше | S&P Global Market Intelligence
- [102] Реальная стоимость солнечного водорода | Приведённая стоимость водорода в Европе, 2021-2050 | Bozen-Bolzano Institutional Archive (см. Примечания*)
Примечания
4
Косвенные воздействия выбросов водородного газа на атмосферу
Непреднамеренные выбросы газообразного водорода происходят, когда водород случайно попадает в атмосферу при производстве, хранении, транспортировке или использовании. Это может случиться из-за утечек в трубопроводах, клапанах, резервуарах для хранения или во время промышленных процессов. Водород - очень маленькая и лёгкая молекула, поэтому он особенно легко просачивается даже через крошечные дефекты в системах герметизации.
Попав в атмосферу, газообразный водород косвенно влияет на изменение климата, меняя баланс парниковых газов. Один из главных механизмов - его взаимодействие с гидроксильными радикалами (OH), важными для атмосферных реакций и процессов. Водород реагирует с OH, уменьшая их доступность. Поскольку OH отвечает за расщепление метана (CH4) - мощного парникового газа, - их истощение продлевает время жизни метана в атмосфере, усиливая его эффект потепления. Методы производства водорода - например, паровой риформинг метана для получения голубого водорода - тоже могут приводить к утечкам метана, что усугубляет проблему.
Помимо влияния на метан, водород также влияет на образование тропосферного озона, вторичного парникового газа. Водород способствует образованию озона, участвуя в химических реакциях при наличии оксидов азота (NOₓ). Обычно эти реакции происходят в нижних слоях атмосферы, где солнечный свет запускает сложную цепочку фотохимических процессов. Избыток озона действует как парниковый газ, удерживает тепло и способствует глобальному потеплению. Однако озон также загрязняет воздух и вредит здоровью людей и экосистемам.
Таким образом, непреднамеренные выбросы водорода, хотя сами они не являются прямым парниковым газом, косвенно усиливают изменение климата, влияя на метан и озон. Оба эти газа также имеют гораздо более высокий потенциал глобального потепления (ПГП), чем углекислый газ (CO2).
Дополнительные источники:
- Многомодельная оценка потенциала глобального потепления водорода | Nature Communications
- Реакция гидроксильных радикалов (OH) на метеорологические воздействия и значение для баланса метана | Geophysical Research Letters
- Усиленное окисление атмосферы на пути к углеродной нейтральности снижает климатическое воздействие метана | Nature Communications
Оксиды азота при сжигании водорода
ИСПРАВЛЕНИЕ: В фильме говорится «закись азота, мощный парниковый газ», но правильный термин - оксиды азота (NOx). К ним относятся оксид азота и диоксид азота, которые могут образовываться, когда азот и кислород в воздухе реагируют при высоких температурах, возникающих при сжигании водорода. Это вредные загрязнители воздуха, которые ухудшают его качество и способствуют образованию приземного озона, но сами они не являются парниковыми газами.
Закись азота (N₂O) - другое соединение и мощный парниковый газ. Она не является главным загрязнителем, связанным со сжиганием водорода, хотя при особых условиях обнаруживались очень малые количества. В одном исследовании котла на 100 % водороде N₂O обнаруживали главным образом при работе на высокой мощности A. Топливные элементы не используют сжигание и поэтому не производят связанный со сжиганием NOx в месте использования [57-61,63-65].
Использование зеленого водорода в умной электросети вместе с другими возобновляемыми источниками энергии
Когда выработка электроэнергии из возобновляемых источников, например ветра или солнца, превышает спрос электросети или её пропускную способность, часть потенциальной электроэнергии остаётся неиспользованной. Такое ограничение производства электроэнергии из возобновляемых источников называется «ограничением выработки», и электроэнергия, которую не используют из-за этого ограничения, часто пропадает впустую. В умной электросети этот избыток электроэнергии можно гибко направлять на питание систем электролиза, которые производят зелёный водород. Умная электросеть обеспечивает оптимальное использование возобновляемых источников энергии, отслеживая выработку и спрос в реальном времени и автоматически направляя на электролизные установки электроэнергию, которая иначе осталась бы неиспользованной из-за ограничения выработки, а не тратя её впустую. После производства зелёный водород можно хранить в резервуарах под давлением, подземных соляных кавернах или других долгосрочных хранилищах. Когда спрос в электросети резко растёт или выработка электроэнергии из возобновляемых источников падает (например, при слабом ветре или ночью), сохранённый водород можно снова превратить в электричество с помощью топливных элементов или турбин. Такая интеграция не только позволяет максимально использовать электроэнергию из возобновляемых источников энергии, но и даёт стабильный, управляемый источник энергии для балансировки электросети в течение долгого времени.
Дополнительные источники:
- Использование лишней энергии для расщепления воды может помочь водороду стать важной частью будущего чистой энергетики | Idaho National Laboratory
- Потенциал водорода для уменьшения ограничений выработки электроэнергии из возобновляемых источников в Шотландии | climatexchange
- Производство водорода за счёт избыточной выработки возобновляемых источников энергии | Блог об энергетике и природных ресурсах | Holland & Knight
График прогнозируемой стоимости электролизеров
На графике показан прогноз капитальных затрат (CAPEX) на электролизёры до 2050 года в евро (€) за киловатт (кВт) мощности электролизёра, основанный на графике на рисунке 4 из [102]. На этом графике прогнозируются CAPEX систем электролиза при трёх разных сценариях роста объёмов: «К 2050 году установленная мощность, как ожидается, составит 1 ТВтel, 5 ТВтel или 17 ТВтel. Первые два сценария основаны на сценариях Международного агентства по возобновляемой энергии (IRENA) [98], а последний потребовался бы для полностью (на 100 %) устойчивой системы энергетики и промышленности к 2050 году». Такой огромный рост мощности электролизёров, по прогнозам, возможен, и есть данные, что «большинство изученных европейских регионов обладают достаточно высоким техническим потенциалом, чтобы самостоятельно обеспечивать себя с помощью возобновляемых источников энергии» B. Линия на графике основана на результатах прогнозного базового сценария (5 ТВтel) и показывает, что цена производства зелёного водорода не только может снизиться, но и, как ожидается, снизится.



















