Почему водород?
Несмотря на ряд преимуществ альтернативной возобновляемой энергетики, главным её минусом является зависимость от конкретных погодных условий. В результате, делать точные прогнозы по выработке электроэнергии для коррекции графика нагрузок энергосистемы и менять режим работы электростанций, работающих в базовой части графика нагрузок, достаточно проблематично. Электроэнергию, полученную в результате преобразования энергии ветра или солнца, эффективнее было бы где-то накапливать.
Современные энергосистемы работают по принципу постоянного баланса генерации и потребления. Для снижения влияния неравномерности графика нагрузок энергосистемы ряд станций переводится в режим работы по "пиковой" части графика нагрузок. Там где мощности "пиковых" электростанций не хватает, строятся электростанции, способные накапливать излишки этой самой мощности. Широкое распространение из станций этого типа получили гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Однако, предпринимаются попытки строительство аккумулирующих станций, действие которых основано на совершенно различных принципах работы.
Достаточно мощным ВИЭ трудно встроиться в этот баланс.
Для накопления энергии от ВИЭ понадобилось бы сильно увеличивать количество электростанций, типа ГАЭС. Поэтому был выбран другой путь - преобразовывать электроэнергию ВИЭ в энергоноситель, который можно было бы легко производить, транспортировать и хранить. Для этих целей очень хорошо подходит водород.
Использование аккумуляторов для целей накопления электроэнергии ВИЭ не идёт ни в какое сравнение с водородом.
Термин "Зелёный водород"
Как известно, водород - это всего лишь химический элемент, соответственно, может быть выделен в чистом виде совершенно разными способами.
При переходе на зелёную энергетику и на водород, как на топливо будущего, важно, каким образом этот водород получен. Согласитесь, какая польза для экологии будет, если для производства водорода использовать мощности угольных электростанций?
Сам термин "зелёный водород" - это скорее статус топлива, подтверждающий, что оно было получено при помощи преобразования энергии из возобновляемых источников энергии, и в процессе его производства в окружающую среду не было выбросов парниковых газов.
Применение зелёного водорода
Изначально, применение водорода предполагалось в первую очередь на транспорте, как замена классического топлива для двигателей внутреннего сгорания, получаемого из нефти.
Однако, переход на безуглеродную экономику предполагает его более широкого применение, начиная от транспортной инфраструктуры, заканчивая тяжёлой промышленностью и энергетикой.
Современные разработки в области безопасного использования водорода в топливных элементах на транспорте позволяют, при должном подходе и дальнейшем развитии технической базы, полностью отказаться от классического ископаемого топлива без потери удобства от использования, в отличии от тех же электромобилей, где помимо существующих проблем с временем заправки и стоимостью батарей, есть ещё ряд проблем экологического характера, связанных как раз с аккумуляторами.
Водород может применяться в качестве основного топлива в тяжёлой промышленности, например, металлургии и машиностроении.
Применение водорода возможно на тепловых электростанциях как в качестве самостоятельного топлива, так и в качестве "добавки" к топливу ископаемому, для уменьшения углеродного следа.
Существует ряд технологий, которые позволяют смешивать природный газ с водородом, благодаря чему использовать ископаемое топливо можно более экономично, при этом, нет необходимости в замене основной газораспределительной инфраструктуры или даже частичной модернизации газового оборудования на стороне потребителей.
Виды водорода по общепринятой классификации
Так как потребности в водородном топливе будут расти с некоторым опережением его производства при помощи возобновляемых источников энергии, на ранних этапах водородного перехода, существует необходимость в восполнении дефицита водорода с применением классических технологий.
Не вся классическая энергетика одинаково вредна для экологии. Так, например, гидроэлектростанции так же относятся к возобновляемым источникам электроэнергии, поэтому произведённый с применением их энергии водород будет считаться зелёным. Водород, произведённый с применением энергии угольных электростанций самый вредный, у электростанций на природном газе влияние на экологию меньше, ещё меньше на экологию (доказано!) влияет атомная энергетика.
Однако, водород классифицируют не по типам электростанций, чьей энергией был произведен электролиз.
Многими экспертами в области водородной энергетики была принята так называемая цветовая классификация водорода по типам производства.
Зелёный водород
Собственно, это тот самый водород, который произведён при помощи электролиза воды, с использованием электроэнергии от любых возобновляемых источников энергии. Характеризуется в первую очередь тем, что при его производстве отсутствует так называемый углеродный след, а остальные экологические издержки сведены до минимума.
Оранжевый (или желтый) водород
Этот водород тоже получается методом электролиза воды, однако, в качестве источника электроэнергии для обеспечения процесса выступает атомная электростанция. Общепринято, что атомная энергетика не оставляет углеродного следа, но, при этом, создаёт тепловое загрязнение окружающей среди и требует утилизации радиоактивных отходов. Плюс ко всему, существует риск техногенной аварии, которая может привести к серьёзным последствиям для экологии.
Бирюзовый водород
Водород, получаемый разложением метана на водород и твердый углерод методом пиролиза. Производство бирюзового водорода дает относительно низкий уровень выброса углерода. Сам углерод получается не в виде СО2, а в практически чистом виде, и может быть либо захоронен, либо использован как сырьё для промышленности. Выбросов в атмосферу нет.
Серый водород
Этот водород производят при помощи паровой конверсии метана, где исходным сырьем является природный газ. Этот процесс можно легко организовать на практике, но в ходе химической реакции выделяется углекислый газ в тех же объемах, что и при сгорании природного газа, плюс расходы энергии на конверсию.
Голубой водород
При получении голубого водорода применяется метод паровой конверсии метана, однако, при условии что углерод улавливается. Данный метод дает примерно двукратное сокращение выбросов углерода.
Коричневый водород
При получении коричневого водорода в качестве исходного сырья используется бурый уголь. При нагревании бурого угля образуется синтез-газ - смесь углекислого газа, окиси углерода, водорода, метана и этилена, а также небольшое количество других попутных газов. Данный метод получения водорода является самым не экологичным.
Европейская классификация водорода по способу производства
Электролизный водород
Electricity-based hydrogen - водород, полученный при помощи электролиза без привязки к источнику электроэнергии.
Возобновляемый водород
Этот термин равнозначен термину "зелёный водород", который использовался в энергетическом сообществе Европы ранее.
Чистый водород
Так же в документах фигурирует термин Clean hydrogen, который является равнозначным термину "Возобновляемый водород".
Ископаемый водород
Fossil-based hydrogen – это водород, произведенный из ископаемого топлива по классической технологии.
Ископаемый водород с улавливанием углерода
Fossil-based hydrogen with carbon capture - основанная на классической технологии получения водорода из ископаемого сырья, но с выполнением мероприятий по улавливанию углерода и его соединений.
Низкоуглеродный водород
Low-carbon hydrogen - это водород, произведённый со значительно сниженными выбросами парниковых газов в течение всего жизненного цикла по сравнению с существующим производством ископаемого водорода. К данному термину относится и ископаемый водород с улавливанием углерода и электролизный водород.
Зелёный водород - как конечная цель
В существовании различных терминологий и пересекающихся между собой читается одно - вариантов производства водорода может быть сколько угодно много, градаций цвета тоже. Главное - это то, что конечная цель всех этих преобразований - водород, при производстве которого нет углеродного следа и технологический процесс его производства никак, либо по минимуму, не влияет на окружающую среду.
Соответственно, терминология и сам классификатор может со временем изменяться. Неизменным останется одно - нацеленность на зелёный, чистый и возобновляемый водород.
В публикации могут быть некоторые неточности в части описания процесса производства для конкретного типа водорода. Однако, надо учитывать тот факт, что сам текст энергетической стратегии Европейского Союза содержит подобные неточности, и с точки зрения научного подхода требует уточнений. В процессе поступления новых материалов по данной теме публикация будет дополнена или изменена должным образом. Надо понимать, что многие описываемые в публикации данные имеют отношение к устоявшейся терминологии в европейском энергетическом сообществе и, в некотором смысле, носят скорее оценочный характер.
