Енергетика майбутнього: боротьба зеленого та синього водню

У тому, що майбутнє світової енергетики за воднем – екологічно чистим енергоносієм, який має витіснити вуглецеве паливо, вже мало хто сумнівається. Тепер інтрига тільки одна: який саме водень переможе під час всесвітньої декарбонізації – синій чи зелений.

1. Чому водень?

Традиційно в світі як енергоносії використовуються горючі корисні копалини: нафта, природний газ, вугілля, менше – торф. Усе це – вуглецеве паливо, за використання якого виділяється вуглекислий газ CO₂, другий за поширеністю парниковий газ. На першому місці – водяна пара, на третьому – метан.

Інтерес до водню як до альтернативного джерела енергії в останні десятиліття спровокований двома обставинами. По-перше, запаси викопного палива обмежені і, за різними даними, будуть вичерпані через 60–80 років.

По-друге, використання вуглецевого палива призводить до забруднення навколишнього середовища і є однією з причин глобального потепління.

Використання водню (Н₂) призводить до нульових забруднень, на виході – тільки енергія і вода. А виснажити запаси водню дуже складно: це найпоширеніший хімічний елемент, на нього припадає 74% усієї речовини у Всесвіті, а на Землі він входить до складу води, якою покрито дві третини поверхні планети.

2. Які недоліки у водневого палива?

Попри свою простоту та поширеність, у вільній формі водень на Землі не зустрічається: через свою легку вагу він або піднімається у верхні шари атмосфери, або вступає e зв’язок з іншими хімічними елементами. З тим же киснем, у результаті чого виходить Н₂О.

Тож, на відміну від корисних копалин, водень не є готовим до використання джерелом енергії: для того щоб отримати Н₂ у чистому вигляді, необхідно спочатку певну кількість енергії витратити.

Енергію цю до останнього часу масово можна було отримати, застосовуючи теплові, атомні і гідроелектростанції. У першому випадку виходить якось дивно: отримуючи екологічно чисте паливо, ми витрачаємо паливо екологічно нечисте і забруднюємо атмосферу. Перспективи розвитку атомної енергетики останнім часом теж під питанням. Вона ніби й чиста, але є, як це відомо українцям, великі нюанси.

3. Що таке зелений водень?

Зелений водень – це Н₂, отриманий за допомогою альтернативних джерел електроенергії. Останнім часом у всьому світі активно розвиваються відновлювані джерела енергії. В енергетичні системи різних країн інтегрується все більше вітрових і сонячних установок, використовується енергія припливів.

Собівартість зеленої електроенергії знижується, а її використання для виробництва екологічно чистого енергоносія в умовах глобального потепління, з точки зору іміджу, виглядає дуже привабливо.

Зелений водень абсолютно, на всі 100%, екологічний. Для його приготування потрібна лише вода, електроенергія і електролізер – спеціальний пристрій для розщеплення речовини на складові частини.

Якщо у процесі електролізу пропускати електричний струм через воду, відбувається її поділ на складові елементи, у результаті чого отримують водень і кисень.

4. Що таке синій водень?

Синій водень виробляється з викопного вуглецевого палива. Зокрема, з природного газу, основну частину якого (70–98%) становить метан – CH₄. Він же становить більшу частину рудничного газу, що виділяється в кам’яновугільних копальнях.

Найбільш поширеним і недорогим методом отримання синього водню є паровий риформінг (від англ. to reform – переробляти, поліпшувати). Під час реакції води і метану за високих температур виділяється велика кількість водню.

Синій водень передбачається виробляти за допомогою технологій уловлювання та зберігання вуглецю (CCS, Сarbon capture and storage).

Концепція CCS досить проста: вуглекислий газ, що виділяється під час реакції, треба вловлювати на місці, не допускаючи потрапляння його в атмосферу. Потім – транспортування до місця зберігання і довгострокова ізоляція. Є кілька варіантів: закачувати вуглекислий газ або в нафтові свердловини, або в підземні сховища, підготовлені в соляних копальнях. А можна ще використовувати дно океанів і морів.

5. Які недоліки у синього водню?

Головним недоліком є те, що побічним продуктом виробництва синього водню є вуглекислий газ, що надходить в атмосферу так само, як і у разі спалювання викопного палива. Крім того, сам метан, нагадаємо, є одним із основних парникових газів.

«CCS не є технологією з «нульовими викидами», – пояснює Грем Кулі, глава британської компанії з виробництва електролізерів ITM Power. – Неможливо вловити всі викиди вуглекислого газу під час створення водню з метану або вугілля. А зберігання уловленого СО₂ в нафтових свердловинах – це підвищення їх ефективності, це третинний метод нафтовидобутку. Тобто в результаті – виробництво ще більшої кількості вуглекислого газу».

На сьогодні вартість технології CCS перевищує витрати на оплату викидів вуглекислого газу згідно з Кіотським протоколом.

6. Чому поки не обійтися без синього водню?

У всьому світі говорять, що в найближчі десятиліття знадобиться дуже багато водню, він буде потрібен скрізь, але зелена енергетика поки не зможе задовольнити потреби в необхідних обсягах. Тому крім зеленого необхідний і синій водень.

Навіть у нещодавно ухваленій концепції водневої стратегії ФРН (яка має на увазі до 2050 року повний перехід на зелений водень) зазначено, що вироблений з викопного палива водень повинен буде відігравати свою роль «з економічних причин». Тобто електроенергії з альтернативних джерел, на відміну від звичайної води, поки недостатньо.

Але головне – у синього водню є могутні прихильники. Це передусім великі сировинні компанії, які й надалі хочуть видобувати корисні копалини: а чим їм, власне, тоді ще займатися?

Друга зацікавлена сторона – інфраструктурні компанії, які хочуть модернізувати і розширювати мережі трубопроводів. Для них синій водень – взагалі знахідка: одна труба під природний газ, інша під водень, третя під CO₂.

Одним словом, для великого бізнесу синій водень набагато цікавіший за зелений.

7. Що буде далі?

Найближчим часом на нас чекає паралельне використання зеленого та синього водню. Однак головне все-таки відбулося: процес декарбонізації світового енергетичного сектора успішно триває.

Андрій Кузьмін, для «Главкома»