Водень – енергоносій майбутнього: все про виробництво, використання та безпеку. Частина 1

• Роль водню для різних галузей
• Переваги водню та водневої технології
• Сфери застосування водню
• Виробництво водню

Останні десятиліття світ міцно стоїть на стежці глобальної декарбонізації.
До 2050 року Євросоюз планує зробити свою економіку вуглецевою-нейтральною. Щоб радикально зменшити викиди СО2 та досягти кліматичної нейтральності, потрібно знайти нового енергоносія. На сьогодні експерти віддають цю роль
водню – найпоширенішому елементу землі. Його можна використовувати
як екологічно чисте паливо в електроенергетиці й транспорті.

На відміну від інших видів палива, водень під час спалювання не виділяє шкідливих речовин – лише воду, а теплота його згоряння майже втричі вища,
ніж у бензину: 120 кДж проти 45 кДж відповідно.

Роль водню для різних галузей

Водень застосовують як сировину в нафтопереробному комплексі й багатьох галузях промисловості: металургійній, хімічній, харчовій, скляній та інших. Також водень чудово підходить для акумулювання водню як енергоносія та відстроченого диспетчерського управління електрогенерацією, що особливо актуально
у важкодоступних для традиційної електрифікації регіонах.

Проблема водню полягає в тому, що в землі його немає у чистому вигляді, тобто його треба виробляти.

Очевидно, щоб підвищити роль водню у світовому енергетичному балансі, знадобиться безпрецедентно модернізувати інфраструктуру для його виробництва, транспортування та зберігання. Сьогодні ще в багатьох галузях водень
не спроможний конкурувати за собівартістю з традиційними енергоносіями, оскільки його транспортування і зберігання супроводжуються безліччю технологічних труднощів.

Нині США, Канада, найбільш розвинені країни ЄС та Азійсько-Тихоокеанського регіону (АТР) уже розробили та затвердили стратегії розвитку водневих технологій, реалізують пілотні проєкти в цій галузі, створюють нормативно-правову базу
та опрацьовують заходи державної підтримки водневої економіки.

Воднева технологія – це сукупність промислових методів та засобів, за допомогою яких отримують (виробляють), транспортують і зберігають водень, а також безпечно його використовують на основі невичерпних джерел сировини
та енергії.

Переваги водню та водневої технології

Якщо транспорт, промисловість, побут перейдуть на спалювання водню, можна радикально розв’язати проблему охорони повітряного басейну від забруднення оксидами вуглецю, азоту, сірки, вуглеводнів. Водночас використання водневої технології та води як єдиного джерела сировини, щоб отримати водень, не змінить водного балансу не тільки планети, а й окремих її регіонів.

Наприклад, річну енергетичну потребу високоіндустріальної країни ФРН можна забезпечити завдяки водню, отриманому з кількості води, що становить 1,5% середнього стоку річки Рейн. 2180 л води дають 1 тонну умовного палива (туп)
у вигляді H2.

Водень, який отримують з води, – один з найбільш енергонасичених носіїв енергії. Адже теплота згоряння 1 кг H2 за нижчою межею становить 120 МДж/кг. Натомість теплота згоряння бензину чи найкращого вуглеводневого авіаційного палива – 46–50 МДж/кг, тобто в 2,5 разу менше ніж 1 т водню відповідає за своїм енергетичним еквівалентом 4,1 туп. Окрім того, водень – паливо, що легко відновлюється.

Щоб накопичити викопне пальне на нашій планеті, потрібні мільйони років, а щоб за циклом отримання та використання водню з води отримати воду, потрібні дні, тижні, а іноді години та хвилини.

Сфери застосування водню

Водень як паливо та хімічна сировина має низку інших цінних якостей. Універсальність водню полягає в тому, що він може замінити будь-який вид пального в різних галузях енергетики, транспорту, промисловості, у побуті.

Водень замінює:

• бензин – в автомобільних двигунах;
• газ – у реактивних авіаційних двигунах;
• ацетилен – у процесах зварювання та різання металів;
• природний газ – для приготування їжі в побуті;
• метан – у паливних елементах;
• кокс – у металургійних процесах, зокрема прямому відновленні руд;
• вуглеводні – у низці мікробіологічних процесів.

Водень легко транспортувати по трубах і розподіляти між дрібними споживачами, його можна отримувати і зберігати в будь-якій кількості. Водночас водень – сировина для отримання низки найважливіших хімічних синтезів, зокрема аміаку, метанолу, гідразину, а також синтетичних вуглеводнів.

Виробництво водню

Запаси водню справді невичерпні, що робить його універсальним енергоносієм. Однією із численних переваг цього газу є те, що його можна отримати з різних доступних джерел, щоб надалі використовувати на місці або продавати споживачам.

Вступаючи в реакцію з киснем, водень виділяє величезну кількість енергії, причому під час спалювання в чистому кисні не утворюються парникові гази. За таких умов вуглецевий слід на етапі електрогенерації нульовий.

Проте якщо розглядати водень загалом, слід ураховувати, з якої сировини його виготовили. Адже екологічність водню переважно залежить від способу виробництва та спожитих природних ресурсів.

Розрізняють такі види водню залежно від способу виробництва:

• сірий – отримують із копалин;
• блакитний – виробляють із копалин палив, але з уловлюванням парникових газів за допомогою технологій уловлювання та зберігання вуглецю;
• зелений – виробляють методом електролізу води, причому енергія,
  яку використовує електролізер, надходить із відновлюваного джерела,
  що робить процес виробництва повністю екологічно чистим.

Про методи термохімічного розкладання води, будівлю на водні, перспективи використання водневих двигунів, застосування водню в авіації – читайте
в наступному номері журналу.