В декабре 2015 года страны-члены ООН в целях борьбы с изменением климата и его негативными последствиями подписали в Париже соглашение, направленное на сокращение выбросов парниковых газов и ограничение повышения глобальной температуры в этом столетии до 2 градусов Цельсия.
Индустриально развитые страны, которые инициировали принятие документа, осознавали, что одним из наиболее эффективных путей для достижения поставленных целей является перевод генерирующих мощностей в энергетике с традиционных видов ископаемого топлива на экологически чистые носители.
В этом направлении высоко оценивается потенциал водородной энергии. Она не выделяет в атмосферу углекислый газ, который является основной причиной парникового эффекта. В процессе генерации энергии из водорода не образуются вредные вещества, что исключает нанесение ущерба окружающей среде и не ухудшает качество воздуха.
В пользу водорода говорит его высокая энергетическая эффективность. Она в 3 раза превышает аналогичный показатель для углеводородного топлива. Коэффициент полезного действия водородных электростанций достигает 65%, что считается достойным уровнем продуктивности для подобных устройств. КПД генерирующих мощностей, работающих на сжигании угля и газа, не превышают 35%. Уступают водороду и ВИЭ: солнечные панели – 20%, ветряные турбины – 40%.
Достоинство водородной энергетики связано также с практически неограниченными возможностями ее применения. Так, например, электротранспорт с экологической точки зрения сопоставим с машинами на водородных двигателях. Однако из-за низкой энергетической плотности электрическая тяга не приспособлена для авиации, морских и грузовых перевозок на большие расстояния. По этому параметру водород не имеет альтернативы. Не случайно Airbus, Boeing и «Объединенная авиационная компания» РФ разрабатывают водородные авиадвигатели, которые планируется запустить в серийное производство в 2033-2035 годах. Кроме того, в РФ Зеленодольский судостроительный завод в 2023 году приступил к строительству экспериментального прогулочного судна с мотором на водородном носителе.
Новый вид топлива безопасен в эксплуатации. При разгерметизации контейнеров из-за малого веса быстро улетучивается, что минимизирует риски взрывов или пожаров. Не токсичен. Утечка в атмосферу абсолютно безвредна для окружающей среды и здоровья людей.
Уникальны возможности водорода для долгосрочного хранения энергии. Нередки случаи, когда на солнечных, ветряных и иных «зеленых» станциях в силу благоприятных климатических условий вырабатывается избыточная электроэнергия. Обычно ее вынужденно реализуют сторонним потребителям по бросовым ценам. В специальных водородных комплексах создаются условия для ее аккумулирования и последующего применения в балансировании энергетической системы.
Перспективы водородной энергетики обширны. Однако в современный период в полной мере реализовать ее достоинства не удается из-за проблем с получением топлива. Водород – самый распространенный химический элемент. Однако в чистом виде в природе его почти нет. Процесс промышленного получения капиталоемкий и энергозатратный, требующий специального технологического оборудования. В настоящее время существует несколько способов производства водорода. Наиболее распространены:
- паровая конверсия (риформинг) природного газа и метана;
- газификация угля;
- электролиз воды.
Доля выработки водорода другими методами очень мала. Ежегодный выпуск энергоносителя составляет 76 миллионов тонн. 78% приходится на риформинг. Водород, полученный этим способом, называется «серым». Объемы экологичного топливного из угля («бурый») достигают 18%, а извлеченного из воды с использованием ВИЭ («зеленый») – 3%.
Для энергетики интересен «зеленый» водород. Производство других разновидностей связано с выбросами в атмосферу углекислого газа и иных токсичных веществ. При масштабировании водородной энергетики экологический аспект должен играть ключевую роль.
«Зеленый» водород – самый дорогой элемент во всем «семействе». Стоимость производства 1 кг превышает 10 американских долларов, что в 5 раз больше в сравнении с «серым» элементом. По мнению большинства экспертов, продуктивная работа электростанции возможна при цене топлива не выше 3,5 долларов США за килограмм. Высокая рентабельность и победа в конкурентной борьбе с другими источниками энергии достижимы при цене энергоносителя менее 2 долларов за килограмм.
К настоящему времени мировой рынок водородной энергетики еще не сформирован. Первых весомых результатов следует ожидать к 2030-2035 годам, когда ее доля в энергетическом балансе передовых держав приблизится к 15-20% (сейчас в странах ЕС 2%). Но массовые переводы ТЭС на водород планируются к 2050 году.
Наиболее четкую программу развития «зеленого» водорода имеет ЕС. Ставка сделана исключительно на этот вид теплоносителя. Исключается его производство с помощью ископаемого топлива или атомной энергии. Европейские эксперты убеждены, что данный вид энергии устранит проблему неравномерной выработки электричества на солнечных и ветровых станциях.
Европейцы намерены взять на себя роль лидера в выполнении Парижского соглашения. К 2030 году намечено производить 10 миллионов тонн «зеленого» водорода в год. Еще 10 миллионов тонн будут импортироваться. Главными зарубежными поставщиками станут Чили, Аргентина и Бразилия. Именно туда направляются крупные европейские инвестиционные потоки.
Внутри ЕС лидерство Испания, которая располагает самыми мощными солнечными и ветровыми электрическими станциями. По всей видимости, срана станет основным поставщиком нового вида энергоносителя в Старом Свете. Для этого предполагается использовать существующую инфраструктуру и построить новый трубопровод, который соединит 4 страны (Испанию, Португалию, Францию и ФРГ). К 2030 году его мощность составит 2 миллиона тонн.
В современный период больше всего водорода производится в США, Китае и Японии. Но речь идет о сером и буром водородах. Япония ограничена в возможностях выработки экологически чистого элемента из-за относительной слабой развитости ВИЭ. США не планируют форсировать события и к новой энергетике намерены подходить постепенно. Китай планирует довести долю водорода в энергетическом балансе до 50%.. Страна производит 33 миллиона тонн элемента. В течение 7 лет этот показатель будет доведен до 37 миллионов тонн Главный метод – газификация угля. Однако и «зеленой» энергетике уделяется большое внимание. В СУАР строится завод по выпуску 20 тысяч тонн топлива в год.
Амбициозные планы по выпуску «зеленого» водорода имеют Саудовская Аравия и ОАЭ, где уже реализуются проекты по строительству производственных объектов совместно с Японией, Китаем, ФРГ и другими странами ЕС.
Особую позицию занимает Россия. Основная ставка делается на «красный» или «оранжевый» водород, получаемый с помощью атомной энергии. Зарубежные эксперты убеждены, что энергетика РФ в будущем будет базироваться на АЭС. Водород будет использоваться в транспортной, жилищно-коммунальной, промышленной и некоторых других сферах.
