В последние годы страны по всему миру развивают водородную энергетику с беспрецедентной скоростью. Согласно совместному отчету Международной водородной энергетической комиссии и компании McKinsey, более 30 стран и регионов разработали дорожные карты развития водородной энергетики, а глобальные инвестиции в водородные энергетические проекты к 2030 году достигнут 300 миллиардов долларов США.
Водородная энергия — это энергия, выделяемая водородом в процессе физических и химических изменений. Водород и кислород могут сжигаться для получения тепловой энергии, а также могут преобразовываться в электричество с помощью топливных элементов. Водород не только имеет широкий спектр источников, но и обладает преимуществами хорошей теплопроводности, чистоты и нетоксичности, а также высокой теплоемкости на единицу массы. Теплоемкость водорода при той же массе примерно в три раза выше, чем у бензина. Это важное сырье для нефтехимической промышленности и топливо для ракет в аэрокосмической отрасли. В условиях растущих призывов к борьбе с изменением климата и достижению углеродной нейтральности водородная энергия, как ожидается, изменит энергетическую систему человечества.
Водородная энергия предпочтительна не только из-за нулевых выбросов углерода в процессе производства, но и потому, что водород может использоваться в качестве накопителя энергии, компенсируя нестабильность и прерывистость возобновляемых источников энергии и способствуя их масштабному развитию. Например, технология «электричество в газ», продвигаемая правительством Германии, предполагает производство водорода для хранения чистой электроэнергии, такой как энергия ветра и солнца, которая не может быть использована вовремя, а также для транспортировки водорода на большие расстояния для дальнейшего эффективного использования. Помимо газообразного состояния, водород может также существовать в виде жидкого или твердого гидрида, что обеспечивает различные способы хранения и транспортировки. Как редкий «соединяющий» источник энергии, водородная энергия позволяет не только осуществлять гибкое преобразование между электричеством и водородом, но и создавать «мост» для взаимосвязи электричества, тепла, холода и даже твердого, газообразного и жидкого топлива, тем самым формируя более чистую и эффективную энергетическую систему.
Различные формы водородной энергии имеют множество сценариев применения. К концу 2020 года глобальное владение автомобилями на водородных топливных элементах увеличится на 38% по сравнению с предыдущим годом. Широкомасштабное применение водородной энергии постепенно расширяется из автомобильной отрасли в другие области, такие как транспорт, строительство и промышленность. При применении в железнодорожном транспорте и судостроении водородная энергия может снизить зависимость междугородних и крупногабаритных перевозок от традиционных видов топлива — нефти и газа. Например, в начале прошлого года Toyota разработала и поставила первую партию водородных топливных элементов для морских судов. Применительно к распределенной генерации водородная энергия может обеспечивать электроэнергией и теплом жилые и коммерческие здания. Водородная энергия также может напрямую обеспечивать эффективным сырьем, восстановителями и высококачественными источниками тепла для нефтехимической, металлургической и других химических отраслей промышленности, эффективно сокращая выбросы углекислого газа.
Однако, как вид вторичной энергии, водород получить непросто. Водород в основном существует в виде соединений в воде и ископаемом топливе на Земле. Большинство существующих технологий производства водорода основаны на использовании ископаемого топлива и не позволяют избежать выбросов углерода. В настоящее время технология производства водорода из возобновляемых источников энергии постепенно совершенствуется, и водород с нулевым выбросом углерода может быть получен с помощью генерации электроэнергии из возобновляемых источников и электролиза воды. Ученые также изучают новые технологии производства водорода, такие как солнечный фотолиз воды для получения водорода и производство водорода из биомассы. Ожидается, что ядерная технология производства водорода, разработанная Институтом ядерной энергетики и новых энергетических технологий Университета Цинхуа, начнет демонстрироваться через 10 лет. Кроме того, цепочка водородной промышленности включает в себя хранение, транспортировку, заправку, применение и другие звенья, которые также сталкиваются с техническими проблемами и ограничениями по стоимости. Взяв в качестве примера хранение и транспортировку, следует отметить, что водород имеет низкую плотность и легко протекает при нормальной температуре и давлении. Длительный контакт со сталью вызывает «водородное охрупчивание» и повреждение стали. Хранение и транспортировка намного сложнее, чем хранение и транспортировка угля, нефти и природного газа.
В настоящее время во многих странах полным ходом идут исследования в области водорода по всем направлениям, и технические трудности преодолеваются на каждом этапе. С непрерывным расширением масштабов производства, хранения и транспортировки водородной энергии, стоимость водородной энергии также имеет большой потенциал для снижения. Исследования показывают, что общая стоимость цепочки поставок водородной энергетики, как ожидается, снизится вдвое к 2030 году. Мы ожидаем, что развитие водородного общества ускорится.
Дата публикации: 30 марта 2021 г.