W ostatnich latach kraje na całym świecie promują rozwój energetyki wodorowej w niespotykanym dotąd tempie. Według raportu opublikowanego wspólnie przez Międzynarodową Komisję Energii Wodorowej i McKinsey, ponad 30 krajów i regionów opublikowało plan rozwoju energetyki wodorowej, a globalne inwestycje w projekty wodorowe osiągną 300 miliardów dolarów do 2030 roku.
Energia wodoru to energia uwalniana przez wodór w procesach przemian fizycznych i chemicznych. Wodór i tlen można spalać w celu wytworzenia energii cieplnej, a także przetwarzać na energię elektryczną za pomocą ogniw paliwowych. Wodór ma nie tylko szeroki zakres źródeł, ale także zalety dobrego przewodzenia ciepła, czystości i nietoksyczności oraz wysokiej wartości ciepła na jednostkę masy. Zawartość ciepła w wodorze przy tej samej masie jest około trzykrotnie większa niż w benzynie. Jest on ważnym surowcem dla przemysłu petrochemicznego i paliwem napędowym dla rakiet kosmicznych. W związku z rosnącym zapotrzebowaniem na walkę ze zmianami klimatu i osiągnięcie neutralności węglowej, oczekuje się, że energia wodorowa zmieni ludzki system energetyczny.
Energia wodorowa jest preferowana nie tylko ze względu na zerową emisję dwutlenku węgla w procesie uwalniania, ale także dlatego, że wodór może być wykorzystywany jako nośnik energii, kompensując zmienność i niestabilność energii odnawialnej oraz promując jej rozwój na dużą skalę. Na przykład technologia „energii elektrycznej w gaz” promowana przez rząd niemiecki ma na celu produkcję wodoru do magazynowania czystej energii elektrycznej, takiej jak energia wiatrowa i słoneczna, której nie można wykorzystać w krótkim czasie, a także do transportu wodoru na duże odległości w celu dalszego efektywnego wykorzystania. Oprócz stanu gazowego wodór może również występować w postaci ciekłego lub stałego wodoru, który ma wiele sposobów magazynowania i transportu. Jako rzadka energia „substancji sprzęgającej”, energia wodorowa może nie tylko realizować elastyczną konwersję między energią elektryczną a wodorem, ale także budować „most” umożliwiający wzajemne połączenie energii elektrycznej, ciepła, chłodu, a nawet paliw stałych, gazowych i ciekłych, co pozwala na stworzenie bardziej czystego i wydajnego systemu energetycznego.
Różne formy energii wodorowej mają wiele scenariuszy zastosowania. Do końca 2020 roku globalna liczba pojazdów z ogniwami paliwowymi wodorowymi wzrośnie o 38% w porównaniu z rokiem poprzednim. Zastosowanie energii wodorowej na szeroką skalę stopniowo rozszerza się z branży motoryzacyjnej na inne sektory, takie jak transport, budownictwo i przemysł. W transporcie kolejowym i morskim energia wodorowa może zmniejszyć zależność transportu dalekobieżnego i wysokoobciążonego od tradycyjnych paliw ropopochodnych i gazowych. Na przykład, na początku ubiegłego roku Toyota opracowała i dostarczyła pierwszą partię systemów ogniw paliwowych wodorowych dla statków morskich. Zastosowana w rozproszonej generacji, energia wodorowa może dostarczać energię elektryczną i ciepło do budynków mieszkalnych i komercyjnych. Energia wodorowa może również bezpośrednio dostarczać wydajne surowce, reduktory i wysokiej jakości źródła ciepła dla przemysłu petrochemicznego, hutnictwa żelaza i stali, metalurgii i innych gałęzi przemysłu chemicznego, skutecznie redukując emisję dwutlenku węgla.
Jednak, jako rodzaj energii wtórnej, energia wodorowa nie jest łatwa do uzyskania. Wodór występuje głównie w wodzie i paliwach kopalnych w postaci związków chemicznych na Ziemi. Większość istniejących technologii produkcji wodoru opiera się na energii kopalnej i nie pozwala uniknąć emisji dwutlenku węgla. Obecnie technologia produkcji wodoru z odnawialnych źródeł energii stopniowo się rozwija, a wodór o zerowej emisji dwutlenku węgla można wytwarzać z odnawialnych źródeł energii i elektrolizy wody. Naukowcy badają również nowe technologie produkcji wodoru, takie jak fotoliza słoneczna wody w celu produkcji wodoru i biomasy w celu produkcji wodoru. Oczekuje się, że technologia produkcji wodoru jądrowego opracowana przez Instytut Energii Jądrowej i Nowych Technologii Energetycznych Uniwersytetu Tsinghua rozpocznie demonstrację za 10 lat. Ponadto łańcuch przemysłu wodorowego obejmuje również magazynowanie, transport, napełnianie, zastosowanie i inne ogniwa, które również borykają się z wyzwaniami technicznymi i ograniczeniami kosztowymi. Biorąc za przykład magazynowanie i transport, wodór ma niską gęstość i łatwo wycieka w normalnych warunkach temperatury i ciśnienia. Długotrwały kontakt ze stalą spowoduje „kruchość wodorową” i jej uszkodzenie. Przechowywanie i transport są znacznie trudniejsze niż w przypadku węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego.
Obecnie w wielu krajach trwają intensywne badania nad nowym wodorem, a trudności techniczne są przezwyciężane. Wraz z ciągłym wzrostem skali produkcji energii wodorowej oraz infrastruktury magazynowania i transportu, koszty energii wodorowej również mają duże możliwości spadku. Badania pokazują, że całkowity koszt sektora energetycznego wodorowego ma spaść o połowę do 2030 roku. Spodziewamy się, że społeczeństwo wodorowe przyspieszy.
Czas publikacji: 30 marca 2021 r.