Второе открытие водорода

Наши дети будут жить на спасенной нами планете

Участились засухи и наводнения, тают льды, на месте лесов появляются пустыни, исчезают целые виды животных и растений… Климат меняется, планете грозят голод и новые войны. Обратима ли эта ситуация? В мире ищут решение проблемы. Один из путей – уменьшение углеродного следа. Это означает отказ от использования невозобновляемых источников энергии в пользу возобновляемых.

Оставляя углеродный след

В нынешнем мире углеродный след неизбежен: его оставляет едущий по улице автомобиль, выбрасывающая в небо облако пара котельная, даже пекущийся в чьей-то кухне пирог… При существующих технологиях, использующих невозобновляемые источники энергии, нельзя решить проблему кардинально. А делать это так или иначе придётся не только из-за загрязнения окружающей среды: запасы природного газа иссякнут через каких-нибудь 40-50 лет.

Для справки

Углеродный след – это совокупность парниковых газов, которые вызывают изменение климатических условий в результате человеческой деятельности. Его увеличению способствует работа промышленного и аграрного секторов, жизнь и деятельность каждого человека на Земле. Выделяющиеся газы приводят к усилению парникового эффекта. К ним, в частности, относятся углекислый газ (СО2), метан…

Да, в «углеродном» завтра нас ждёт неприглядное будущее. Поэтому «декарбонизация» – ключевое слово в мировой энергетике. Учёные, общественность и правительства развитых стран давно бьют тревогу. Так, Парижское соглашение, принятое 12 декабря 2015 года, призвано регулировать меры по снижению углекислого газа в атмосфере. В том же году многие государства уже сделали соответствующие декларации: обязались к 2030 г. ограничить выбросы на 25-40% (от уровня 1990 г. или даже 2005 г.). А Германия и Великобритания пошли ещё дальше : они считают возможным сократить выбросы парниковых газов на 80-100% к 2050 г.

Элемент №1

Природному газу и нефтепродуктам давно подыскивают преемника. На эту роль очень подходит первый элемент таблицы Менделеева – водород, самый лёгкий газ. В конце XIX - начале XX века водородом заполняли воздушные щары. Тогда никому бы не пришло в голову, что он в состоянии заменить природный газ и нефтепродукты.

На его стороне целый ряд преимуществ. Вот только несколько из них. Это самый распространенный элемент во Вселенной, ему не грозит опасность иссякнуть: его количество постоянно возобновляется. Свойства Н2 давно и хорошо изучены, он несёт в себе гораздо меньше рисков, чем, скажем, пропан, метан, бензин. Теплота сгорания водорода составляет 120 МДж/кг. Метан (невозобновляемый энергоресурс, пока лидирующий по этому показателю среди своих собратьев) оказывается далеко позади со своими 56 МДж/кг. Но это ещё далеко не всё. Так, при сгорании водорода образуется только водяной пар. Пожалуй, сегодня это самое экологически чистое топливо. Кстати, биотопливо, аммиак или кокосовый газ, тоже отнесённые к «зелёным» энергоресурсам, при сжигании выдают целый коктейль вредных веществ. Словом, если в процессе участвует водород – прощайте, выхлопные газы!

В мире давно оценили все достоинства водорода, но сегодня он словно переживает второе открытие. Правительства разных стран финансируют научно-исследовательские работы, чтобы «элемент №1», как можно скорее, занял своё место на рынке.

Наметился решительный переход мировой энергетики к низкоуглеродному будущему. Пионером на этом пути была Япония. Она приняла «водородную стратегию» ещё в 2017 году. Другие развитые страны тоже не стали медлить: в 2019 году такие стратегии появились у Южной Кореи и Австралии, в 2020-м – у ряда европейских стран: Нидерландов, Франции, Португалии, Великобритании... 12 октября 2020 года к ним присоединилась Россия.

Серый и зелёный

Да, водород – не новый газ. Он использовался и до сих пор, но весьма ограниченно, зато в будущее уже входит как «новый энергоноситель» – экологически чистый, доступный и дешёвый.

Конечно, далеко не все согласятся, что водород способен сделать такую карьеру. Почему он до сих пор был недооценён? Энергоноситель настолько дёшев и толерантен к окружающей среде, насколько дёшев и толерантен источник его производства.

До сих пор это был так называемый «серый водород», получаемый из природного газа (то есть, ископаемого топлива, запасы которого ограничены).

Неиссякаемый источник водорода – вода. Её электролиз – простой и экологически чистый процесс, но пока довольно энергозатратный. Себестоимость экологичного «зелёного» водорода, полученного таким образом, до сих пор была высока. Но время идёт, появляются новые технологии и материалы, увеличиваются масштабы производства. Теперь «зелёный водород» стал значительно доступнее. Кстати, в своё время такой же путь прошли и солнечные электростанции. Первые были дороги, но спустя десятилетие они уже не нуждались в значительной государственной поддержке. Себестоимость производимой на них «солнечной» энергии снизилась, она стала конкурентоспособной.

Теперь очередь за водородом. Чем он дешевле – тем шире сфера его применения: от космоса до бытовых нужд. Н2 с успехом замещает природный газ и нефтепродукты, не оставляя при этом углеродный след.

Водород против нефти

«Элемент №1» становится всё популярнее и на транспорте. Уже работают на водороде легковые автомобили, малый грузовой транспорт, скутеры и велосипеды. Им заправляют лёгкие самолёты. С 2018 года в Германии курсируют пригородные водородные поезда. В Великобритании тоже опробован водородный экспресс. Здесь вообще планируют заменить этим видом транспорта прежние «грязные» дизельные локомотивы к 2040 году. В Германии, США, Японии и Южной Корее существуют программы поддержки водородного транспорта, и он развивается быстро и успешно. Так, Hyundai Motor Company вкладывает значительные средства в водородные технологии. Первый автомобиль на водородных элементах ix35 корейцы показали ещё в 2013 году. А с 2015 года началось серийное производство. Продажи серийного водородного автомобиля Toyota Mirai стартовали 15 декабря 2014 года

На водород растёт спрос в промышленности: пока его используют как основу для производства синтетических газов.

Первый элемент может быть использован в электроэнергетике: она станет водородной. Таким же будет и отопление. Напомним, сейчас ТЭЦ и котельные находятся в десятке антилидеров, такой значительный углеродный след они оставляют.

Чем ещё хорош водород? Для его транспортировки нет необходимости специально создавать трубопроводную систему. Используют обычные газопроводы, подмешивая к природному газу водород. Кстати, специалисты «Газпром экспорта» считают, что в современных трубопроводах типа «Северного потока» содержание водорода может достигать 70%. На севере Великобритании уже опробуется подобный проект Н21 North of England, который, по прогнозам, снизит выбросы углекислого газа на 20 млн. тонн в год. А для масштабной европейской газотранспортной системы подмешивание даже 20% водорода, по данным МЭА, снизит выбросы углекислого газа на 60 млн тонн в год (7%).)

Существует немало вариантов хранилищ водорода – от соляных пещер до резервуаров высокого давления. На помощь пришли также криогенные технологии, которые позволяют создавать запасы сжиженного охлаждённого водорода.

Светлое низкоуглеродное будущее

Каждый год мир уже потребляет 55 млн тонн водорода. Н2 успешно конкурирует с традиционными энергоносителями. В недалёком будущем Япония и Южная Корея вообще откажутся от углеродного топлива. Во Франции, Великобритании, России и ряде других государств собираются производить собственный водород, а Германия намеревается ежегодно инвестировать 100 млн евро в исследование водородных технологий. Специалисты считают, что можно говорить о зарождении новой отрасли.

Вероятно, по стопам этих государств пойдут и другие развитые страны. Это доказывает активно развивающаяся международная водородная инфраструктура. Возникли уникальные партнёрские торговые связи, связывающие не только страны, но и континенты. Вот только один пример: Австралия экспортирует водород в Сингапур, Японию, Южную Корею, а оттуда в Европу и США.

Второе открытие водорода подарило нам шанс спасти планету, на которой будут жить наши дети. Главное, успеть запрыгнуть в «водородный экспресс», который уже набирает ход.

Автор: Катрук Валерий