Zaļais ūdeņradis: ražošana, problēmas un iespējas

Zaļais ūdeņradis ir viens no lielākajiem enerģijas pārejas solījumiem, jo ​​tas piedāvā veidu, kā uzglabāt un izmantot enerģiju bez oglekļa emisijām. Šāda veida ūdeņradi ražo, izmantojot procesu, ko sauc ūdens elektrolīze, kas atdala ūdeņradi un skābekli, izmantojot elektroenerģiju, kas ražota no atjaunojamiem avotiem, piemēram, saules un vēja. Neskatoties uz priekšrocībām, zaļais ūdeņradis saskaras ar virkni izaicinājumu, kas mums ir jāapzinās, lai novērtētu tā potenciālu kā patiesu alternatīvu fosilo kurināmo.

Šajā rakstā mēs izpētām galvenās problēmas, kas ietekmē zaļā ūdeņraža izstrādi, kā arī tās īpašības, priekšrocības un trūkumus, lai iegūtu pilnīgu priekšstatu par to, ko šī tehnoloģija patiešām piedāvā.

zaļā ūdeņraža ražošana

Ūdeņradis dabā parasti neatrodas izolēti, bet parasti ir saistīts ar citām molekulām, piemēram, ūdeni. Elektrolīzē mēs izmantojam elektrisko strāvu, lai sadalītu ūdens molekulas (H₂O) ūdeņradi (H₂) un skābeklis (O₂). Šis process ir ilgtspējīgs tikai tad, ja izmantotā elektroenerģija nāk no tīriem avotiem, piemēram, saules vai vēja enerģijas. Tāpēc ar šo metodi ražoto ūdeņradi sauc zaļais ūdeņradis.

Turpretim lielākā daļa mūsdienās ražotā ūdeņraža nāk no fosilo kurināmo, piemēram, dabasgāze vai nafta. Šis veids, kas pazīstams kā pelēkais ūdeņradis, tiek plaši izmantots ķīmiskajā rūpniecībā un pārstrādes rūpnīcās. Tomēr tā ražošana rada lielu daudzumu oglekļa dioksīda (CO₂), kas padara to neilgtspējīgu no vides viedokļa.

Lai gan zaļā ūdeņraža ražošanā ir panākts liels progress, tā joprojām ir salīdzinoši jauna tehnoloģija un tālu no mērogojamības. Pasaulē 99% no izmantotā ūdeņraža joprojām nāk no fosilajām izejvielām, kā rezultātā globālās ikgadējās emisijas ir 900 miljoni tonnu CO.₂.

enerģijas uzkrāšana

Viena no svarīgākajām zaļā ūdeņraža īpašībām ir tā spēja uzkrāt enerģiju. Atjaunojamās enerģijas, piemēram, saules un vēja, ir pagrieziena rādītāji, kas nozīmē, ka dažreiz tie ģenerē vairāk enerģijas, nekā var patērēt, bet citreiz tie nerada pietiekami daudz.

Ūdeņradis to var atrisināt, darbojoties kā akumulators. Ja ir pārpalikums no atjaunojamās elektroenerģijas, to var izmantot ūdeņraža ražošanai, izmantojot elektrolīzi. Pēc tam šo ūdeņradi var izmantot kā degvielu dzinējos, iekārtās vai pat kā izejvielu rūpnieciskos procesos. Tādā veidā zaļais ūdeņradis var palīdzēt uzglabāt atjaunojamo energoresursu pārpalikumu un izmantot to, kad atjaunojamie resursi ir ierobežoti.

Papildus tam, ka zaļais ūdeņradis darbojas kā enerģijas akumulators, tas nerada siltumnīcefekta gāzu emisijas, tāpēc tas ir galvenais elements dekarbonizācija rūpniecības, transporta un enerģētikas nozarēs.

Zaļā ūdeņraža problēmas

Zaļā ūdeņraža galvenais trūkums ir tā augstās ražošanas izmaksas. Lai gan ūdeņradis ir visbagātīgākais elements Visumā, tā iegūšanas process no ūdens ir dārgs elektrolīzei nepieciešamā enerģijas patēriņa dēļ. Pat ar elektrību no atjaunojamiem avotiem izmaksas joprojām ir augstas.

Vēl viena problēma, ar ko saskaras zaļais ūdeņradis, ir zema energoefektivitāte pašreizējām ražošanas un transportēšanas metodēm. Saskaņā ar pētījumiem, tiek zaudēti aptuveni 80% no zaļā ūdeņraža ražošanas procesā izmantotās enerģijas. Šī energoefektivitāte ir liels šķērslis tās liela mēroga ieviešanai.

Turklāt ūdeņraža transportēšana un uzglabāšana ir arī sarežģīta. Šai gāzei ir a zems enerģijas blīvums salīdzinot ar citām degvielām, kas nozīmē, ka tāda paša enerģijas daudzuma uzglabāšanai un transportēšanai ir nepieciešamas daudz lielākas tvertnes un cauruļvadi. Tas ir arī viegli uzliesmojošs, kas palielina drošības riskus.

Vēl viens svarīgs izaicinājums ir risks noplūdes. Ūdeņraža molekulas ir ārkārtīgi mazas, daudz mazākas nekā metāna vai dabasgāzes molekulas, tāpēc tās ir grūtāk saturēt. Ja ūdeņradis nokļūst atmosfērā, tas var ietekmēt klimatu līdzīgi kā siltumnīcefekta gāzes, jo tas var ietekmēt metāna un citu atmosfēras savienojumu līmeni.

Cik maksā ūdeņraža ražošana?

Viens no ievērojamākajiem šķēršļiem zaļā ūdeņraža paplašināšanai ir tā izmaksas. Nesen veiktais pētījums lēš, ka zaļā ūdeņraža ražošana ar elektrolīzi var būt rentabla, sākot no 3,23 eiro par kilogramu, ja tiek izmantoti atjaunojamie enerģijas avoti. Dažas optimistiskas prognozes liecina, ka pēc dažiem gadiem izmaksas varētu samazināties līdz 2,5 eiro par kilogramu.

Tomēr šie skaitļi lielā mērā ir atkarīgi no vairākiem faktoriem, piemēram, elektroenerģijas cenas un elektrolizatoru izmaksām, kas pagaidām joprojām ir ievērojamas. Pašlaik zaļā ūdeņraža ražošana ir ievērojami dārgāka nekā pelēkā vai zilā ūdeņraža ražošana, tāpēc daudzas nozares turpina izvēlēties šīs alternatīvas.

El pelēks ūdeņradis Tas ir visizplatītākais un lētākais, taču tā ražošana ir saistīta ar fosilā kurināmā dedzināšanu, padarot to par videi neilgtspējīgu risinājumu. No otras puses, zils ūdeņradis, ko iegūst no dabasgāzes, bet uztver un uzglabā CO₂ emisijas, tā ir iespēja samazināt emisijas, lai gan tā joprojām ir mazāk ilgtspējīga nekā zaļais ūdeņradis.

Priekšrocība

Zaļajam ūdeņradim ir vairāki priekšrocība galvenais, kas padara to par ļoti pievilcīgu alternatīvu grūti elektrificētu nozaru dekarbonizācijai:

• emisiju samazināšana: tā ražošana un izmantošana neizdala piesārņojošas vai siltumnīcefekta gāzes. Tā ir pilnīgi tīra degviela, ja to iegūst, izmantojot atjaunojamo enerģiju.
• Enerģijas uzglabāšana: darbojas kā risinājums, lai uzglabātu lieko enerģiju no atjaunojamiem avotiem un atbrīvotu to, kad to pieprasa pieprasījums, paplašinot atjaunojamo energoresursu jaudu.
• Plašas lietojumprogrammas: Tas darbojas kā degviela transportā, kā starpnieks enerģijas ražošanā un kā izejviela ķīmiskajā rūpniecībā.
• Rūpniecības nozaru dekarbonizācija: Tādas nozares kā gaisa transports, jūras transports un smagā rūpniecība ir atkarīgas no augsta enerģijas blīvuma degvielas, ko var piedāvāt tikai ūdeņradis.

Trūkumi

Neskatoties uz zaļā ūdeņraža priekšrocībām, mums jāņem vērā arī trūkumi kas parāda:

• Augstas ražošanas izmaksas: Elektrolīzes process joprojām ir dārgs, īpaši salīdzinājumā ar pelēko ūdeņradi.
• Transportēšanas un uzglabāšanas grūtības: Lai droši uzglabātu un transportētu ūdeņradi, ir nepieciešama īpaša infrastruktūra, kas rada papildu izmaksas.
• drošības riskiem: Ūdeņradis ir viegli uzliesmojošs, un tā transportēšana var radīt risku, ja ar to netiek pareizi rīkoties.
• Zema energoefektivitāte: Liela daļa no zaļā ūdeņraža ražošanā ieguldītās enerģijas tiek zaudēta ražošanas un transportēšanas procesos.

Rezumējot, zaļais ūdeņradis ir viena no daudzsološākajām tehnoloģijām enerģijas pārejai un to nozaru dekarbonizācijai, kurām nav skaidras alternatīvas, izmantojot tiešu elektrifikāciju. Tomēr tās panākumi lielā mērā būs atkarīgi no ražošanas izmaksu samazināšanas, efektivitātes uzlabošanas un uzglabāšanai un transportēšanai nepieciešamās infrastruktūras attīstīšanas.