Від приготування зеленого водню до майбутніх застосувань і його глибокого впливу на життя звичайних людей

В даний час в основному існують такі способи отримання водню:

Виробництво водню з викопного палива: головним чином включає виробництво водню з природного газу та виробництво водню з вугілля. Виробництво водню з природного газу в даний час є найважливішим способом виробництва водню, в основному з використанням методу парової конверсії метану. Хоча витрати на виробництво водню з вугілля низькі, це не екологічно.

Промислове виробництво водню:Використання побічних продуктів, отриманих у процесі промислового виробництва, для виробництва водню, вартість є низькою. Це в основному включає виробництво водню з коксового газу та водню, виробленого хлорно-лужною промисловістю.

Отримання водню шляхом електролізу води:Водень виробляється шляхом електролізу води. Продукт має високу чистоту та відсутність забруднення. Це ключовий напрямок майбутнього розвитку. Однак нинішня вартість відносно висока і потребує подальшого зниження.

Низьке енергоспоживання та підвищена ефективність.

Виробництво водню з біомаси:Технологія використання матеріалів біомаси для виробництва водню за допомогою біологічних або термохімічних процесів ще не повністю розроблена.

Фотоліз води для отримання водню:Використання сонячної енергії для прямого розщеплення води для виробництва водню, технологія все ще знаходиться на стадії досліджень і розробок.

З точки зору економіки та технологічної зрілості, виробництво водню з природного газу та промислових побічних продуктів водню в даний час домінує. Але в довгостроковій перспективі виробництво водню шляхом електролізу води вважається ключовим напрямком майбутнього розвитку завдяки його чистим і екологічним характеристикам. Очікується, що завдяки технологічному прогресу та зниженню витрат виробництво водню з електролізу води відкриє важливі можливості для розвитку в наступні 3-5 років.

Залежно від способу виробництва водню та ступеня виділення вуглецю, водень можна розділити на три види: сірий водень, синій водень і зелений водень:

Сірий водень:

Сірий водень — це водень, отриманий з викопного палива (наприклад, природного газу, вугілля, нафти тощо). Наразі це найважливіший спосіб виробництва водню, на який припадає приблизно 95% світового виробництва водню. Витрати на виробництво сірого водню нижчі, але викиди вуглецю значні та мають більший вплив на навколишнє середовище.

Синій водень:

Синій водень також виробляється з викопного палива (переважно природного газу), але в процесі виробництва використовується технологія уловлювання та зберігання вуглецю (CCS). Цей метод може значно скоротити викиди вуглецю, але вартість уловлювання є високою. Синій водень вважається проміжним продуктом при переході від сірого водню до зеленого.

Зелений водень:

Зелений водень — це водень, який виробляється шляхом електролізу води з використанням відновлюваних джерел енергії (таких як сонячна енергія, енергія вітру тощо). Цей метод майже не призводить до викидів вуглецю протягом усього процесу виробництва та є найчистішим способом виробництва водню. В даний час вартість екологічно чистого водню є відносно високою, але в міру того, як вартість відновлюваної енергії зменшується та розвивається технологія електролізу, очікується, що його економічні показники продовжуватимуть покращуватися.

тенденція розвитку:

Основні напрямки досліджень включають розробку недорогих каталізаторів, покращення продуктивності та довговічності мембран, а також оптимізацію конструкції системи для зниження витрат.

Технологія PEM особливо підходить для використання з відновлюваними джерелами енергії з високою волатильністю завдяки своїй високій ефективності та швидкому відгуку. Завдяки технологічному прогресу та зниженню витрат очікується, що PEM буде використовуватися ширше в наступні 5-10 років, особливо в сферах розподіленого виробництва водню та виробництва водню з відновлюваних джерел енергії.

тенденція розвитку:

Основні напрямки досліджень включають розробку високоефективних, високостабільних аніонообмінних мембран і відповідних ефективних каталізаторів.

тенденція розвитку:

Основні напрямки досліджень включають розробку стійких до високих температур, довговічних матеріалів для електродів і електролітів, а також оптимізацію конструкції системи для підвищення ефективності та зниження витрат.

Технологія SOE вважається перспективною технологією виробництва водню завдяки високій ефективності та використанню високотемпературних джерел тепла. Він особливо підходить для використання в поєднанні з високотемпературними джерелами тепла, такими як ядерна енергія та сонячна теплова енергія. З розвитком матеріалівознавства та технології системної інтеграції очікується, що SOE досягне комерційного застосування протягом наступних 10-15 років, надаючи нові можливості для великомасштабного високоефективного виробництва зеленого водню.

Серед цих методів AWE та PEM наразі є двома найпоширенішими технологіями. AWE займає домінуюче положення завдяки своїй низькій вартості та розвиненій технології та особливо підходить для великомасштабного виробництва водню. PEM більше підходить для використання з відновлюваними джерелами енергії з більшою мінливістю завдяки своїй високій ефективності та швидкому відгуку. Очікується, що з технологічним прогресом PEM буде використовуватися ширше в наступні 5-10 років.

Вартість різних методів виробництва водню

Різні методи отримання зеленого водню в основному стосуються використання відновлюваної енергії для електролізу води для виробництва водню. Вартість наступна:

Виробництво водню лужним електролізером:

Вартість становить близько 3-6 доларів США/кг. На даний момент це найбільш зріла і широко використовувана технологія виробництва водню за допомогою електролізу води.

Виробництво водню в електролізері з протонообмінною мембраною (PEM):

Вартість становить близько 4-8 доларів США/кг. У порівнянні з лужними електролізерами PEM електролізери є більш ефективними, але вартість також трохи вища.

Виробництво водню в твердооксидному електролізері (SOEC):

Вартість становить близько 5-9 доларів США/кг. Технологія SOEC все ще знаходиться на стадії розробки і наразі коштує відносно високо.

Очікується, що з технологічним прогресом і розширенням масштабу вартість підготовки зеленого водню буде ще більше знижена. Очікується, що в майбутньому вартість виробництва водню за допомогою електролізу води з відновлюваних джерел енергії знизиться приблизно до 2-3 доларів США/кг, що зробить його економічно конкурентоспроможним з виробництвом водню з викопного палива.

Слід зазначити, що на питому вартість екологічно чистого водню також впливають такі фактори, як витрати на відновлювану енергію та використання обладнання, і вона може відрізнятися в різних регіонах і сценаріях застосування.

Воднева енергетика відіграватиме ключову роль у майбутній енергетичній структурі. З розвитком технології виробництва водню за допомогою електролітичної води та зниженням витрат воднева енергія буде поєднуватися з відновлюваною енергією для підвищення стабільності та надійності енергетичної системи, сприяння перетворенню енергії на транспорті, промисловості, виробництві електроенергії та інших галузях і досягнення сталий розвиток. Для звичайних людей популяризація водневої енергії може не тільки зменшити забруднення та покращити якість повітря, але й забезпечити стабільну та чисту енергію домогосподарств, а також створити нові робочі місця та точки економічного зростання, таким чином покращуючи загальний добробут суспільства та створюючи кращий світ . майбутнє.

Переглянути більше