В останні роки країни світу просувають розвиток водневої енергетики з безпрецедентною швидкістю. Згідно зі звітом, спільно опублікованим Міжнародною комісією з водневої енергетики та McKinsey, понад 30 країн та регіонів опублікували дорожню карту розвитку водневої енергетики, а глобальні інвестиції в проекти водневої енергетики досягнуть 300 мільярдів доларів США до 2030 року.
Воднева енергія – це енергія, що вивільняється воднем у процесі фізичних та хімічних змін. Водень і кисень можна спалювати для отримання теплової енергії, а також перетворювати на електрику за допомогою паливних елементів. Водень має не тільки широкий спектр джерел, але й переваги доброї теплопровідності, чистоти та нетоксичності, а також високої теплотворної здатності на одиницю маси. Тепловміст водню при тій самій масі приблизно втричі перевищує теплотворну здатність бензину. Він є важливою сировиною для нафтохімічної промисловості та енергетичним паливом для аерокосмічних ракет. Зі зростаючими закликами до боротьби зі зміною клімату та досягнення вуглецевої нейтральності очікується, що воднева енергетика змінить енергетичну систему людства.
Воднева енергетика є популярною не лише через нульові викиди вуглецю в процесі її вивільнення, але й тому, що водень можна використовувати як носій енергії, щоб компенсувати волатильність та уривчастість відновлюваної енергії та сприяти її широкомасштабному розвитку. Наприклад, технологія «перетворення електроенергії на газ», яку просуває уряд Німеччини, спрямована на виробництво водню для зберігання чистої електроенергії, такої як енергія вітру та сонця, яку неможливо використати вчасно, та для транспортування водню на великі відстані для подальшого ефективного використання. Окрім газоподібного стану, водень також може перебувати у рідкому або твердому гідридному стані, що має різні режими зберігання та транспортування. Як рідкісна «сполучна» енергія, воднева енергетика може не лише реалізувати гнучке перетворення між електроенергією та воднем, але й побудувати «міст» для реалізації взаємозв'язку електроенергії, тепла, холоду та навіть твердого, газового та рідкого палива, щоб побудувати більш чисту та ефективну енергетичну систему.
Різні форми водневої енергії мають численні сценарії застосування. До кінця 2020 року світова частка власників транспортних засобів на водневих паливних елементах зросте на 38% порівняно з попереднім роком. Масштабне застосування водневої енергії поступово поширюється з автомобільної галузі на інші галузі, такі як транспорт, будівництво та промисловість. Застосовуючи її до залізничного транспорту та суден, воднева енергія може зменшити залежність перевезень на далекі відстані та великих вантажів від традиційних видів нафти та газу. Наприклад, на початку минулого року Toyota розробила та поставила першу партію систем водневих паливних елементів для морських суден. Застосовувана для розподіленої генерації, воднева енергія може постачати електроенергію та тепло для житлових та комерційних будівель. Воднева енергія також може безпосередньо забезпечувати ефективну сировину, відновники та високоякісні джерела тепла для нафтохімічної, чорної металургії, металургії та інших хімічних галузей промисловості, ефективно зменшуючи викиди вуглецю.
Однак, як вид вторинної енергії, водневу енергію нелегко отримати. Водень в основному існує у воді та викопному паливі у вигляді сполук на Землі. Більшість існуючих технологій виробництва водню залежать від викопного палива та не можуть уникнути викидів вуглецю. Наразі технологія виробництва водню з відновлюваних джерел енергії поступово розвивається, і водень з нульовим викидом вуглецю можна отримати шляхом виробництва електроенергії з відновлюваних джерел енергії та електролізу води. Вчені також досліджують нові технології виробництва водню, такі як сонячний фотоліз води для виробництва водню та біомаси для виробництва водню. Очікується, що ядерна технологія виробництва водню, розроблена Інститутом ядерної енергії та нових енергетичних технологій Університету Цінхуа, розпочне демонстрацію через 10 років. Крім того, ланцюг водневої промисловості також включає зберігання, транспортування, наповнення, застосування та інші ланки, які також стикаються з технічними труднощами та обмеженнями вартості. Взявши за приклад зберігання та транспортування, водень має низьку щільність і легко витікає за нормальних температур і тиску. Тривалий контакт зі сталлю призведе до «водневого окрихчення» та пошкодження останньої. Зберігання та транспортування набагато складніші, ніж вугілля, нафта та природний газ.
Наразі в багатьох країнах повним ходом йдуть дослідження всіх аспектів нового водню, і технічні труднощі потрібно подолати. З постійним розширенням масштабів виробництва водневої енергії, її зберігання та транспортування, вартість водневої енергії також має значний потенціал для зниження. Дослідження показують, що загальна вартість ланцюжка водневої енергетики, як очікується, знизиться вдвічі до 2030 року. Ми очікуємо, що водневе суспільство прискориться.
Час публікації: 30 березня 2021 р.