Для решения проблемы изменения климата требуется не только чистая электрическая сеть, но и чистое топливо для сокращения выбросов от промышленного тепла, дальнего тяжелого транспорта и длительного хранения энергии. Таким топливом может быть водород и его производные, говорится в комментарии, опубликованном 11 августа в журнале Joule , но для чистой экономики H 2 в США потребуется комплексная стратегия и 10-летний план. Комментарий предполагает, что тщательное рассмотрение будущей инфраструктуры H 2 , включая производство, транспортировку, хранение, использование и экономическую жизнеспособность, будет иметь решающее значение для успеха усилий, направленных на то, чтобы сделать чистый H 2 жизнеспособным в общественном масштабе.
«Мы аплодируем министру энергетики США Дженнифер Гранхольм за запуск амбициозной программы Hydrogen Earthshot с не зависящей от технологий перспективной целью производства H 2 без выбросов парниковых газов по цене 1 долл. США / кг до конца этого десятилетия», — пишет Арун Маджумдар. профессор Джея Прекурта и содиректор Института энергетики Прекурта в Стэнфордском университете и ведущий автор комментария, а также его коллеги. «Аналогичные программы НИОКР с технико-экономическими целями также необходимы для хранения, использования и транспортировки H 2. Hydrogen Earthshot необходим для создания водородной экономики, но этого недостаточно».
Ежегодно во всем мире производится около 70 миллионов метрических тонн H 2 , при этом на долю США приходится около одной седьмой мировой добычи. Большая часть этого H 2 используется для производства удобрений и нефтехимии, и почти весь он считается «серым H 2 », производство которого стоит всего около 1 доллара за килограмм, но при этом содержится примерно 10 килограммов багажа CO 2 на килограмм H 2 .
« Экономика H 2 уже существует, но она связана с большим количеством выбросов парниковых газов», — говорит Маджумдар. «Почти все это основано на H 2 из метана. Сегодня чистой экономики с H 2 не существует».
У исследователей есть много ярких представлений о том, как могла бы выглядеть чистая экономика H 2 . «Синий H 2 », например, включает улавливание CO 2 и сокращение выбросов, в результате чего образуется H 2 с меньшим выходом парниковых газов. Однако в настоящее время он стоит примерно на 50% больше, чем серый H 2 , не считая затрат на разработку трубопроводов и систем улавливания, необходимых для транспортировки и хранения нежелательного CO 2 .
«Чтобы сделать синий H 2 жизнеспособным вариантом, необходимы исследования и разработки для снижения затрат на улавливание CO 2 и дальнейшего повышения полноты улавливания», — пишут Маджумдар и его коллеги.
Другая форма чистого H 2 — «зеленый H 2 » — также привлекла внимание ученых. Зеленый H 2 предполагает использование электричества и электролизеров для разделения воды без каких-либо побочных продуктов парникового эффекта. Однако он стоит от 4 до 6 долларов за килограмм, цена, которую Маджумдар и его коллеги предполагают, может быть снижена до менее чем 2 долларов за килограмм при сокращении затрат на безуглеродную электроэнергию и затраты на электролизеры.
«Бирюзовый H 2 », который достигается путем пиролиза метана, когда метан подвергается крекингу для получения H 2 , свободного от парниковых газов , также вызывает ажиотаж в исследовательском мире. Побочный продукт твердого углерода, образующийся в этом процессе, может быть продан, чтобы помочь компенсировать затраты, хотя Маджумдар и его коллеги указывают, что количество твердого углерода, произведенного в необходимом масштабе, превысит текущий спрос, что приведет к необходимости усилий в области НИОКР для разработки новых рынки для его использования.
Будь то синий, зеленый или бирюзовый, свободный от парниковых газов (и, на самом деле, бесцветный) H 2 или его производные можно использовать в транспорте, химическом сокращении захваченного CO 2 , долгосрочном хранении энергии в высоко возобновляемых источниках энергии. зависимая сетка и химические восстановители для стали и металлургии, а также в качестве высокотемпературного промышленного тепла для производства стекла и цемента. Но для того, чтобы эти приложения стали реальностью, производство H 2 должно достичь определенных ориентиров затрат — 1 доллар за килограмм для производства аммиака и нефтехимических продуктов или для использования в качестве топлива для транспортных средств или топливных элементов.
Исследователи также подчеркивают, что США необходимо будет подумать о том, как будут разрабатываться и развертываться трубопроводы для H 2 , чтобы транспортировать его, а также о том, как экономно хранить H 2 в больших масштабах. «Разработка и размещение новой трубопроводной инфраструктуры обычно требует больших затрат и требует общественного признания», — пишут Маджумдар и его коллеги. «Следовательно, важно изучить альтернативные подходы к водородной экономике, которая не требует новой инфраструктуры трубопроводов H 2. Вместо этого стоит использовать существующую инфраструктуру для транспортировки сырья для H 2 — электрическую сеть для транспортировки электроэнергии для разделения воды; трубопроводы природного газа для транспортировки метана для пиролиза ».
«Несмотря на то, что проводились систематические исследования геологического хранилища, Геологической службе США следует поручить проведение национального исследования для определения множества мест, где возможно подземное хранение водорода, а также с учетом затрат на инфраструктуру, необходимых для использования этих пещер», — сказал он. — добавляют исследователи.
