Водородът има потенциала да осигури чиста енергия за транспорта и

Водородът има капацитета да обезпечи чиста сила за превоза и други браншове
(снимка: CC0 Public Domain)

Напоследък много се приказва за зелен водород. Новоизбраният американски президент даде обещание да употребява сила от възобновими източници за производството на зелен водород, който да коства по-малко от природния газ. Европейският съюз дава обещание да влага 430 милиарда $ в зелен водород до 2030 година, с цел да спомогне за реализиране на задачите на своята „ Зелена договорка ”. Чили, Япония, Германия, Италия, Саудитска Арабия и Австралия вършат огромни вложения в зелен водород. Защо ни е необходим той?

Понятието зелен водород отбелязва процеса на произвеждане на водород като гориво посредством потребление на възобновима сила вместо изкопаеми горива. Водородът има капацитета да обезпечи чиста сила за производството, превоза и други браншове – и единственият му непряк артикул е… вода.

Във вселената има повече водород от който и да е различен детайл – изчислено е, че почти 90% от всички атоми са водород, отбелязва Techxplore. Но водородните атоми не съществуват в природата независимо. Те нормално са свързани с други субстанции. За да се добие водород, атомите би трябвало да бъдат отделени от тези на другите детайли, с които имат връзка – да вземем за пример от вода, от растения или от изкопаеми горива. Начинът на това обособяване дефинира устойчивостта на водородната сила.

По-голямата част от потребления сега водород се получава посредством развой на преправка на изкопаеми горива – най-много метан. Използва се технология на работа с пара при висока температура. Водородът се отделя, като има и странични артикули – въглероден окис и малко количество въглероден диоксид. Други изкопаеми горива като пропан, бензин и въглища също могат да се употребяват за приемане на водород по тази технология. Този способ на произвеждане се назовава „ сив водород ”, защото отделя нездравословни излъчвания: по 830 милиона тона CO2 излъчвания всяка година.

Когато въглеродният диоксид, получен от процеса на преработката на метана с пара, се улавя и съхранява, създаденият водород се назовава „ наследник водород ”.

Но водород може да се получи и посредством електролиза на водата. Като непряк артикул не се отделя нищо друго с изключение на О2. Електролизата употребява електрически ток за делене на водата на нейните съставни атоми – водород и О2. И в случай че електрическата енергия се създава от възобновими източници, да вземем за пример слънце или вятър, то полученият водород без замърсители се назовава „ зелен водород ”.

Защо е нужен зелен водород

Бързо намаляващите разноски за възобновима сила са една от аргументите за възходящия интерес към зеления водород. Повечето специалисти са на мнение, че зеленият водород ще бъде от значително значение за постигането на задачите на Парижкото съглашение, защото има избрани елементи от стопанската система, чиито излъчвания е мъчно да се отстраняват. Като цяло водещите три източника на излъчвания са секторите превоз, произвеждане на електрическа енергия и индустрията.

Енергийната успеваемост, възобновимата сила и директната електрификация могат да понижат излъчванията от производството на електрическа енергия и частично от транспорта; само че има част от стопанската система, за която е мъчно да понижи излъчванията си до нула – да вземем за пример авиацията, корабоплаването, транспортите на дълги дистанции и производството на бетон и стомана. Тези браншове изискват гориво с висока енергийна компактност или интензивна топлота. Зеленият водород може да отговори на техните потребности.

Предимства на зеления водород

Водородът е разполагаем в природата в обилие и неговото доставяне е на практика безкрайно. Може да се употребява там, където се създава, или да се транспортира другаде. За разлика от батериите, които не могат да съхраняват огромни количества електричество за продължителни интервали от време, водородът може да се създава от непотребната възобновима сила и да се съхранява в огромни количества за дълго време.
още по тематиката
При равно тегло водородът съдържа съвсем три пъти повече сила от изкопаемите горива. Затова за осъществяването на дадена работа е належащо доста по-малко количество от екологичното „ гориво ”. Най-хубавото е, че той може да се създава на всички места, където има вода и електричество.

Водородът има доста приложения. Зеленият водород може да се употребява в индустрията и да се придвижва посредством съществуващите газопроводи за зареждане на домашен уреди. Той може да зарежда транспортни средства, в това число и кораби. С помощта на водородни горивни кафези е в положение да задвижва коли, рейсове, влакове.

Горивните кафези работят сходно на акумулатори: водородът се подава към анода, кислородът се подава към катода; те са разграничени от катализатор и електролитна мембрана, която пропуща единствено позитивно заредени протони до катода. Катализаторът разделя негативно заредените електрони на водорода, позволявайки на позитивно заредените протони да преминат през електролита до катода. Междувременно електроните се движат по външна верига – създавайки електричество, което може да бъде впрегнато в работа – с цел да се срещнат с протоните на катода, където те реагират с кислорода, с цел да образуват вода.

Поради своята енергийна успеваемост водородната горивна клетка е два до три пъти по-ефективна от мотора с вътрешно горене, задвижван с газ. А времето за зареждане с водородно гориво на електрическите транспортни средства е приблизително по-малко от четири минути.

Тъй като могат да действат без значение от мрежата, горивните кафези могат да се употребяват във военното дело или пък в зони на бедствия и да работят като самостоятелни генератори на електричество или топлота. Когато са закрепени, водородните генератори могат да бъдат свързани към електро-мрежата, с цел да генерират непрекъсната надеждна електрическа енергия.

Предизвикателствата

Запалимостта и лекотата на водорода значат, че той, сходно на другите горива, би трябвало да се обработва вярно. В съпоставяне с бензина, природния газ и пропана водородът е по-запалим във въздуха. Въпреки това ниските концентрации на водород имат сходен капацитет на запалимост като другите горива. Тъй като водородът е доста лек – към 57 пъти по-лек от бензиновите изпарения – той може може бързо да се разпръсне в атмосферата, което е добре от позиция на сигурността.

Трудно е превозването на водорода. За задачата той или би трябвало да се охлади до -253°C, с цел да се втечни, или да се компресира до 700 пъти атмосферното налягане, с цел да може да се достави като компресиран газ. Понастоящем водородът се транспортира по специфични тръбопроводи, в нискотемпературни камиони за цистерни с течности, в ремаркета с тръби, които носят газообразен водород, или по железопътен превоз или баржи.

Съществуват някои тръбопроводи, които към този момент работят с газообразен водород за подаване към индустриални уреди – основно в региони, където водородът се употребява за зареждане на химически фабрики и рафинерии. Все отново за всеобщото потребление на водорода като гориво е нужна доста повече инфраструктура.

В някои случаи тръбопроводите за природен газ биха могли да се употребяват за превозване на лимитирано количество водород, само че това е предизвикателство също, защото водородът може да направи стоманените тръби и заварките нежни, а това може да докара до появяването на пукнатини. Когато водородът се смеси с природен газ (5-10%), той може безвредно да се придвижва посредством инфраструктурата за природен газ. За да се придвижва единствено чист водород през съществуващите тръбопроводи, направени за природен газ, ще се изискват обилни промени. Алтернативно, би трябвало да бъдат построени напълно нови, водородни тръбопроводи.

Що се касае до горивните кафези, технологията към момента е лимитирана заради високата им цена, защото за производството им се употребява платина, а тя е скъпа. Продължават изследванията за възстановяване на работата на горивните кафези и за намиране на по-ефективни и по-евтини материали.

Предизвикателство за електрическите транспортни средства с горивни кафези е и по какъв начин да съхраняват задоволително водород – 5 до 13 кг сбит водороден газ – в автомобила, с цел да реализиран нормалния пробег от 450 км. Пазарът на електрически транспортни средства с горивни кафези е усложнен и от дефицита на зарядни станции.

Ами цената?

Различните трудности, които стоят пред разпространяването на зеления водород, в действителност могат да бъдат сведени до единствено едно нещо: разноски. Хулио Фридман, старши откривател в Центъра за световна енергийна политика на Колумбийския университет, има вяра, че единственото същинско предизвикателство пред зеления водород е неговата цена.

По света се създават 70 милиона тона водород всяка година. Това следва да покаже, че главният проблем е в техническите провокации за разпределението и потреблението на водород.

Проблем е и, че понастоящем зеленият водород коства доста повече от природния газ. Наред с това производството на зелен водород е доста по-скъпо от производството на сив или наследник водород, защото електролизата е скъпа. В момента сивият водород коства към 1,50 евро за кг, синият – 2 до 3 евро за кг, а зеленият – от 3,50 до 6 евро за кг, съгласно скорошно изследване.

Фридман в детайли разказва три тактики, които са основни за понижаване на цената на зеления водород, тъй че повече хора да могат да го купуват:

Подкрепа за нововъведения, свързани с производството и използването на водород;

Подкрепа за цените на водорода, да вземем за пример данъчен заем за произвеждане, сходно на тласъците, които бяха прилагани за развиването на вятърноенергийните и слънчевите системи за рандеман на електрическа енергия, които спомогнаха за понижаване на цените;

Нормативен стандарт за ограничение на излъчванията. Например половината амоняк, употребен през днешния ден, отива за произвеждане на торове. Например, държавните управления могат да изискат всички горива в даден бранш да съдържат избран % зелен водород.

Бъдещето

Фридман има вяра, че през идващите пет до 10 години ще станем очевидци на доста потребление на зелен водород, изключително в Европа и Япония. Той обаче счита, че границите на съществуващата инфраструктура ще бъдат достигнати доста бързо. Това важи за тръбопроводната инфраструктура, а също и за преносните линии, защото производството на зелен водород ще изисква към 300 % повече електрически потенциал, в сравнение с имаме в този момент.

„ Ще достигнем границите на производството на електролизатори, на електрическата инфраструктура, на способността на пристанищата да създават и доставят, на скоростта, с която бихме могли да модернизираме промишленостите ”, споделя той. „ Ние нямаме човешки капитал и нямаме инфраструктура. Ще ни би трябвало време, с цел да създадем тези неща ”.

Много специалисти предвиждат, че ще са нужни най-малко 10 години, с цел да забележим необятното разпространяване на зеления водород. Фридман обаче поддържа тезата, че тази 10-годишна прогноза се основава на редица догатки. „ Това се основава на упованието за всеобщо произвеждане на електролизатори, което не се е случвало на никое място по света ”, сподели той. „ Основава се и на куп промени в политиката, които към момента не са направени. Предполага и върху набор от промени в инфраструктурата, които обаче могат да се случат при избрани пазарни пазари ”.

Hydrogen Europe Industry – асоциация, популяризираща водорода – създава развой за извличане на чист водород посредством газификацията на биомаса от растителни и горски останки. Тъй като биомасата всмуква въглеродния диоксид от атмосферата по време на своя напредък, съгласно асоциацията, тя създава релативно малко чисти въглеродни излъчвания.

През декември 2020 година Организация на обединените нации започва самодейността „ Катапулт за зелен водород ”, обединявайки седем от най-големите разработчици на планове за зелен водород за понижаване на разноските за зелен водород под 2 $ за кг и увеличение на производството на зелен водород 50 пъти до 2027 година

В последна сметка дали зеленият водород ще извърши обещанието си и капацитета си зависи и от това какъв брой производители на коли, притежатели на бензиностанции, енергийни компании и държавни управления са подготвени да влагат в него през идващите няколко години.