Получение водорода электролизом воды / Публикации / Элек.ру
Получение чистого водорода путем электролиза воды — самая очевидная и эффективная технология, и один из наиболее перспективных способов получения альтернативного топлива. Водород добывают из любого водного раствора, а при сгорании он превращается обратно в воду.
По сравнению с прочими методами получения водорода, электролиз воды отличается целым рядом преимуществ. Во-первых, в ход идет доступное сырье — деминерализованная вода и электроэнергия. Во-вторых, во время производства отсутствуют загрязняющие выбросы. В-третьих, процесс целиком автоматизирован. Наконец, на выходе получается достаточно чистый (99,99%) продукт. Из всех методов электролиза наиболее перспективным считают высокотемпературный электролиз (себестоимость водорода от 2,35 до 4,8 $/кг). Его следует иметь на технологическом вооружении, поскольку при определенных экономических условиях он может быть использован в крупнопромышленном масштабе.
Электролизом воды называется физико-химический процесс, при котором под действием постоянного электрического тока дистиллированная вода разлагается на кислород и водород. В результате разделения на части молекул воды, водорода по объему получается вдвое больше, чем кислорода. Эффективность электролиза такова, что из 500 мл воды получается около кубометра обоих газов с затратами около 4 квт/ч электрической энергии.
Технологический ток для протекания процесса электролиза воды для получения водорода и кислорода получается, как правило, при помощи промышленного выпрямителя с необходимыми рабочими параметрами, Обычно это напряжение до 90В и силой тока до 1500 А. Подходящим агрегатом является Пульсар СМАРТ.
На электронном дисплее выпрямителя Пульсар СМАРТ или в специальном ПО для компьютера можно контролировать все стадии процесса производства, что позволяет оператору следить за параметрами, и круглосуточно журналировать протекание технологического процесса. Полностью автоматическая работа, включающая непрерывный мониторинг всех параметров для безаварийного функционирования без надзора оператора. Все параметры, касающиеся напряжения и силы тока постоянно измеряются и контролируются микропроцессором выпрямителя. Более того, все контролируемые параметры фиксируются устройством, которое в случае сбоя или отклонения может автоматически остановить процесс и сигнализирует об этом при помощи световой колонны.
Выпрямители тока серии Пульсар СМАРТ разработаны в соответствии с самыми высокими требованиями промышленной эффективности и международными стандартами. При этом технологическое программное обеспечение допускает гибкую адаптацию к требованиям Заказчика, и постоянно совершенствуется.
создана новая технология получения водорода из воды
Инженеры из Техасского университета в Остине предложили доступный способ отделения молекулы кислорода от молекулы воды с помощью солнечного света.
Эта технология приближает наступление эры водородного топлива, которая в перспективе приведёт к полному отказу от углеводородов (нефти и газа) в качестве основных источников энергии.
Начнём с того, что водород (H) – самый распространённый химический элемент во Вселенной.
При обычных температуре и давлении воздуха на Земле водород можно встретить в виде бесцветного двухатомного газа (H2). Однако большая часть водорода на Земле содержится в органических соединениях (в связке с углеродом) и воде (H2O).
В присутствии воздуха H2 становится в высшей степени взрывоопасен — при реакции водорода с кислородом высвобождается большое количество энергии.
Поэтому исследователи уже давно рассматривают водород как один из перспективных источников энергии, а создание и использование водородного топлива считается будущим энергетической промышленности.
У водородного топлива есть множество плюсов — оно позволит сократить выбросы углекислого газа в атмосферу, к тому же КПД водородного двигателя заметно выше, чем у двигателя внутреннего сгорания.
При этом минусов у водородного транспорта на сегодняшний день насчитывается тоже немало. Очевидно, что горючесть водорода представляет высокую опасность: как самовоспламенения сжатого газа внутри двигателя, так и возможной утечки газа в салон автомобиля, где малейшая искра может вызвать взрыв.
Кроме этого, сегодня производство водородного топлива зависит от ископаемых углеводородов, и к тому же стоит непомерно дорого.
Поэтому инженеры всего мира стремятся разработать новые экологические чистые методы производства водородного топлива, самым популярным из которых является выделение водорода из воды с помощью солнечного света.
Эта задача сопряжена с несколькими техническими трудностями.
«Вам потребуются материалы, которые хорошо поглощают солнечный свет, но при этом не разлагаются, когда происходит реакция расщепления воды. Оказывается, материалы, которые хорошо поглощают солнечный свет, обычно нестабильны в условиях, которые требуются для реакции расщепления воды, в то время как стабильные материалы плохо поглощают свет», – объясняет соавтор работы профессор Эдвард Юй (Edward Yu) из Техасского университета в Остине.
Всё выглядит так, будто эти противоречивые требования заставляют учёных искать некий компромисс, однако разрешить этот «конфликт» можно и другим способом. Использование комбинации разных материалов – одного, который хорошо поглощает солнечный свет (к примеру, кремния), и другого, который обеспечивает стабильность разработки (такого как диоксид кремния) – поможет в создании эффективной технологии расщепления воды.
Именно этим способом и воспользовались авторы новой разработки.
Главный прорыв, который удалось совершить исследователям, заключается в создании электропроводящих путей сквозь толстый слой диоксида кремния. Для этого инженеры покрывают диоксид кремния тонким слоем алюминия и нагревают получившуюся структуру. Так получаются наноразмерные «шипы» алюминия по всей поверхности диоксида кремния. После этой процедуры их легко можно заменить никелем или другими материалами, ускоряющими расщепление воды.
Этот метод не требует больших финансовых вложений, более того, его легко можно масштабировать для больших объёмов производства. Это ли не мечта любого сторонника водородной энергетики?
Освещённое солнечным светом устройство эффективно окисляет воду, образуя, с одной стороны, молекулы кислорода, а на отдельном электроде — молекулы водорода. Оно также доказало свою стабильность при длительной эксплуатации.
Внешний вид устройства.
Методы, которые использовались для создания этого устройства, уже широко применяются в производстве полупроводниковой электроники. Опять же, это значит, что их легко будет внедрить в массовое производство устройств, генерирующих водород.
Команда инженеров, создавших этот прибор, уже подала заявку на патент нового устройства. Далее исследователи планируют работать над увеличением скорости реакции расщепления воды. В то же время перед ними продолжает стоять основная задача — эффективное получение водорода с помощью этого устройства.
«Сначала мы смогли обратиться к кислородной стороне этой реакции, это было самой сложной задачей. Но чтобы полностью расщепить молекулу воды, необходимо выполнить реакции выделения как кислорода, так и водорода. Поэтому нашим очередным шагом станет применение существующих идей для создания устройств, обеспечивающих водородную часть реакции», – добавил профессор Юй.
Работа американских учёных была опубликована в июне 2021 года в издании Nature Communications.
Напомним, ранее мы писали о техническом прорыве, который поможет в создании полностью прозрачных солнечных элементов. Сообщали мы и о новом катализаторе, который сделает производство водородного топлива более доступным.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
Тестовое оборудование для установок по производству водорода электролизом воды
Водород является уникальным энергоносителем, обладающим высокими эксплуатационными и технологическими показателями. Он имеет очень высокой теплоту сгорания, а продуктом горения в кислороде является вода, которая может вновь использоваться для получения водорода. Низкая вязкость и плотность газа позволяют практически без потерь давления транспортировать его по трубопроводам. Водород может транспортироваться и храниться как в газообразном, так и сжиженном состоянии. А кроме того он безопасен для окружающей среды и не токсичен.
Однако в чистом виде водород в природе не встречается. Существует целый ряд методов его получения. Разнообразие этих методов — одно из преимуществ водородной энергетики. Нет сильной зависимости от какого-либо отдельного вида сырья.
Наиболее распространенным способом получения водорода является паровая конверсия посредством реакции углеводородов (природный газ) с паром при высоких температурах. При этом в качестве побочного продукта выделяются парниковые газы, выброс которых в настоящее время стараются минимизировать. Другой способ производства водорода – электролиз воды. Здесь отсутствуют вредные выбросы. А цена и эффективность процесса электролиза сопоставима с технологией паровой конверсии.
В электролизере под воздействием подаваемого напряжения вода разделяется на водород и кислород. Для получения более чистого водорода оба газа должны быть отделены друг от друга разделительной мембраной. При создании электролизеров стоит задача определения характеристик пропускания таких мембран. Испытательное оборудование должно обеспечивать точную подачу чистых водорода и кислорода, а измерять расход и состав прошедшего через мембрану газа.
Специалистами Bronkhorst было предложено следующее решение. Подача кислорода к испытуемой мембране осуществлялась кориолисовым регулятором массового расхода серии miniCORI-FLOW, а водорода – тепловым регулятором расхода серии EL-FLOW Prestige. Часть подаваемого газа, которая проходит через мембрану, поступает в трехходовой кран. В одном положении крана можно измерять расход прошедшего газа с помощью теплового расходомера EL-FLOW Prestige. В другом – состав газа с помощью двойного датчика водород/кислород. Особенность использованного датчика состояла в том, что для его работы требовался определенный расход газа.
Высокая точность и стабильность поддержания расхода использованными расходомерами позволила с успехом решить поставленную задачу. Позже было принято решение об установке четвертого расходомера для измерения части подаваемого газа, не прошедшего через мембрану и имеющего высокую концентрацию кислорода. Выбор был сделан в пользу кориолисового расходомера серии miniCORI-FLOW.
Климат и экология: Среда обитания: Lenta.ru
Исследователи в Австралии начнут работать с коммунальными предприятиями, чтобы изучить сточные воды как сырье для производства водорода, сообщает CNBC.
Материалы по теме
00:01 — 16 августа
Точка невозврата.
Глобальную климатическую катастрофу признали неизбежной. Что человечество может сделать для спасения?
00:00 — 17 июня
Новое величие.
Россия может возглавить мировую энергетическую революцию. Что ей мешает?
Над проектом будет работать команда из Университета Монаша в Мельбурне. Исследователи задумали решить проблему нехватки воды при производстве водорода. Они надеются разработать инновационный подход, в рамках которого воду повторно используют и превратят в водород с помощью электролиза.
Международное энергетическое агентство описывает водород как «универсальный энергоноситель» с широким спектром применения: его можно использовать в таких секторах как транспорт и промышленность. Водород производится разными способами. Один из методов включает применение электролиза, в процессе которого электрический ток разделяет воду на кислород и водород. Если для этого используется электричество из возобновляемых источников (например, энергия воды или солнца), то такой водород называется «зеленым».
«Количество доступных сточных вод намного превышает количество воды, необходимой для производства водорода», — рассказал профессор химической инженерии Чживан Сян. По его словам, большая часть очищенной воды в Австралии либо сбрасывалась в близлежащие водоемы, либо использовалась для орошения. «Учитывая то, что объем воды с централизованных городских очистных сооружений очень стабилен, это очень многообещающий ресурс для электролиза», — считает профессор.
В настоящее время большую часть водорода получают при помощи ископаемого топлива, а «зеленый» водород остается очень дорогим для производства. Правительство Австралии заявило, что хочет развивать водородную промышленность и производить «чистый» водород по цене меньше двух долларов за килограмм.
Перейти на «чистые» виды энергии стремятся и другие страны. Например, Китай в августе одобрил масштабный энергетический проект по производству «зеленого» водорода, для получения будет использована энергия солнца и ветра.
Руслан Эдельгериев: машины на электротяге пока дешевле водородных
https://ria.ru/20210825/edelgeriev-1747036619.html
Руслан Эдельгериев: машины на электротяге пока дешевле водородных
Руслан Эдельгериев: машины на электротяге пока дешевле водородных — РИА Новости, 25.08.2021
Руслан Эдельгериев: машины на электротяге пока дешевле водородных
В начале месяца в России была принята Концепция развития водородной энергетики. Ранее, анализируя документ, эксперты отметили намерение России переходить на… РИА Новости, 25.08.2021
2021-08-25T12:00
2021-08-25T12:00
2021-08-25T12:10
интервью
оон
большая двадцатка
россия
руслан эдельгериев
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdn23.img.ria.ru/images/07e5/05/1f/1734961718_0:0:3072:1728_1920x0_80_0_0_a84bf51ac8223f7fe8cc566081407d88.jpg
В начале месяца в России была принята Концепция развития водородной энергетики. Ранее, анализируя документ, эксперты отметили намерение России переходить на низкоуглеродные технологии, а также опасность, что с нынешними планами развития страна не сможет быстро снизить углеродный след от экономики. О том, почему концепция ориентирована на внешний рынок, о перспективах автомобилей на водородном топливе, экологичности АЭС и позиции России в отношении водородной энергетики на грядущих международных климатических переговорах в Глазго рассказал корреспонденту РИА Новости специальный представитель президента РФ по вопросам изменения климата Руслан Эдельгериев.– Правильно ли я понимаю, что наша концепция больше ориентирована на экспорт водорода, а не на развитие внутреннего рынка и экологические нюансы, как в Европе, например?– Действительно, при прочтении концепции может сложиться такое впечатление. Все поставленные в ней количественные цели касаются именно экспорта водорода: 0,2 миллиона тонн к 2024 году, 2-12 миллионов тонн к 2035 году, 15-50 миллионов тонн к 2050 году. Возможно, впрочем, что это обусловлено тем, что более четко обозначили свои долгосрочные потребности в водороде именно внешние игроки (свои водородные стратегии есть у ЕС, США, Японии и ряда других стран), нежели внутренние потребители. По мере того, как будет вырисовываться будущий объем спроса на внутреннем рынке, станет ясно, какие цели имеет смысл ставить применительно к нему.Что касается экологических нюансов, то самой движущей силой развития водородной энергетики является увеличение спроса на низкоуглеродные энергоносители. Это признается не только в Европе, но и у нас: в российской концепции этому уделено первостепенное внимание.Другое дело, что у ЕС и России неравные возможности в наращивании производства водорода разного вида. В ЕС уже довольно существенную долю в энергобалансе составляют возобновляемые источники энергии (ВИЭ), в частности солнечная и ветровая энергетика, которые могут послужить источниками электроэнергии для производства водорода путем электролиза – способа производства зеленого водорода, считающегося одним из самых экологичных. Россия на этом направлении пока отстает, поэтому у нас будет упор на производство водорода другими способами, в частности из ископаемого топлива. Но мы в своей концепции признаем, что со временем – когда стоимость производства водорода за счет ВИЭ приблизится к стоимости его производства из ископаемого топлива – мы перейдем и на этот способ. Иными словами, долгосрочная «экологическая» ориентация у России и ЕС совпадает, различаются лишь сроки.– Насколько, на ваш взгляд, водородная энергетика способна конкурировать с технологиями электризации, в частности, в транспортном секторе, или это больше для энергетики в промышленности?– Я знаком с некоторыми исследованиями, проведенными, в частности, крупнейшими мировыми автопроизводителями, показывающими, что на данном этапе электромобили энергоэффективнее своих водородных конкурентов. Однако и у последних есть ряд преимуществ, особенно если речь идет об общественном транспорте. Время покажет, какая из технологий в конечном итоге окажется успешнее, но в ближайшее время стоит ожидать, что электромобили и водородный транспорт будут сосуществовать. Будущее водорода в промышленности при этом под сомнение не ставится.– Судя по концепции до 2035 года Россия собирается делать ставку на получение водорода из ископаемых. А после?– Как уже отмечено в ответе на первый вопрос, по мере сближения стоимости водорода от ВИЭ и ископаемого топлива Россия начнет все в большей степени опираться на первый. Кроме того, не следует забывать, например, о водороде, произведенном путем электролиза воды на АЭС или ГЭС. В концепции разработка и промышленное внедрение технологий получения водорода путем электролиза воды обозначены как одно из приоритетных направлений.– Электролиз воды на базе АЭС – это экологично? Как это соотносится с «зеленым» водородом?– Этот способ экологичен ровно настолько, насколько экологично производство электроэнергии на АЭС вообще. То есть довольно экологично, хотя, разумеется, есть проблема ядерных отходов и радиационной безопасности. В ЕС в целом отношение к атомной энергетике неоднозначное (хотя отдельные страны-члены, прежде всего Франция, рьяно ее поддерживают), поэтому в их водородной стратегии про электролиз воды за счет электроэнергии с АЭС ничего не сказано. А общепринятая терминология в этой области в любом случае отсутствует. Например, управление по научно-технологической оценке при парламенте Франции называет такой водород «желтым» (не «зеленым», как водород от ВИЭ, но все же и не «оранжевым», как водород от ископаемого топлива). Тогда как Совет по ядерной энергетике Великобритании (в котором сопредседательствуют два министра) в дорожной карте по развитию водородной энергетики прямо называет такой водород «зеленым». В российской концепции таких цветовых обозначений не принято, но водород, произведенный путем электролиза воды за счет электроэнергии с АЭС, мы считаем низкоуглеродным.– Можно ли сказать, что Россия будет делать ставку на водород, а не на развитие ВИЭ?– Полагаю, в будущем неизбежно сосуществование водородной энергетики с возобновляемой. К тому же не будем забывать, что у этих двух видов энергетики есть очевидная взаимосвязь: как уже отмечалось, со временем все больше водорода будет производиться путем электролиза за счет электроэнергии с ВИЭ. Что же касается их относительной роли в будущей энергетике России, я бы не стал давать столь однозначных оценок на данном этапе: слишком много факторов по-прежнему неизвестны.– Будет ли такой поворот к водороду отражен на переговорах в Глазго?– Полноформатного обсуждения водородной энергетики в Глазго не планируется, хотя возможно проведение отдельных сторонних мероприятий по этой теме. Великобритания, например, как председатель Конференции сторон планирует продемонстрировать первый в мире «водородный поезд». В целом же на международном уровне есть достаточное количество площадок для обсуждения перспектив развития водородной энергетики: значительное внимание ей было уделено, например, на встрече Группы 20 (G20) в Японии в 2019 году. Конференция сторон же посвящена вопросам осуществления трех ключевых международных климатических соглашений: Рамочной конвенции ООН об изменении климата, Киотского протокола и Парижского соглашения, и многие из обсуждаемых на ней вопросов носят довольно технический характер.
https://ria.ru/20210809/energetika-1745017602.html
https://ria.ru/20210809/energetika-1745009649.html
https://ria.ru/20210813/vodorod-1745574465.html
https://ria.ru/20210823/aurus-1746792286.html
россия
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2021
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
https://cdn24.img.ria.ru/images/07e5/05/1f/1734961718_171:0:2902:2048_1920x0_80_0_0_deb524d554dde2cbfa9e8a738f1a8509.jpgРИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
интервью, оон, большая двадцатка, россия, руслан эдельгериев
В начале месяца в России была принята Концепция развития водородной энергетики. Ранее, анализируя документ, эксперты отметили намерение России переходить на низкоуглеродные технологии, а также опасность, что с нынешними планами развития страна не сможет быстро снизить углеродный след от экономики. О том, почему концепция ориентирована на внешний рынок, о перспективах автомобилей на водородном топливе, экологичности АЭС и позиции России в отношении водородной энергетики на грядущих международных климатических переговорах в Глазго рассказал корреспонденту РИА Новости специальный представитель президента РФ по вопросам изменения климата Руслан Эдельгериев.– Правильно ли я понимаю, что наша концепция больше ориентирована на экспорт водорода, а не на развитие внутреннего рынка и экологические нюансы, как в Европе, например?– Действительно, при прочтении концепции может сложиться такое впечатление. Все поставленные в ней количественные цели касаются именно экспорта водорода: 0,2 миллиона тонн к 2024 году, 2-12 миллионов тонн к 2035 году, 15-50 миллионов тонн к 2050 году. Возможно, впрочем, что это обусловлено тем, что более четко обозначили свои долгосрочные потребности в водороде именно внешние игроки (свои водородные стратегии есть у ЕС, США, Японии и ряда других стран), нежели внутренние потребители. По мере того, как будет вырисовываться будущий объем спроса на внутреннем рынке, станет ясно, какие цели имеет смысл ставить применительно к нему.9 августа, 12:08
Правительство утвердило концепцию развития водородной энергетикиЧто касается экологических нюансов, то самой движущей силой развития водородной энергетики является увеличение спроса на низкоуглеродные энергоносители. Это признается не только в Европе, но и у нас: в российской концепции этому уделено первостепенное внимание.
Другое дело, что у ЕС и России неравные возможности в наращивании производства водорода разного вида. В ЕС уже довольно существенную долю в энергобалансе составляют возобновляемые источники энергии (ВИЭ), в частности солнечная и ветровая энергетика, которые могут послужить источниками электроэнергии для производства водорода путем электролиза – способа производства зеленого водорода, считающегося одним из самых экологичных. Россия на этом направлении пока отстает, поэтому у нас будет упор на производство водорода другими способами, в частности из ископаемого топлива. Но мы в своей концепции признаем, что со временем – когда стоимость производства водорода за счет ВИЭ приблизится к стоимости его производства из ископаемого топлива – мы перейдем и на этот способ. Иными словами, долгосрочная «экологическая» ориентация у России и ЕС совпадает, различаются лишь сроки.
9 августа, 11:26
Мишустин рассказал о проекте развития водородной энергетики– Насколько, на ваш взгляд, водородная энергетика способна конкурировать с технологиями электризации, в частности, в транспортном секторе, или это больше для энергетики в промышленности?
– Я знаком с некоторыми исследованиями, проведенными, в частности, крупнейшими мировыми автопроизводителями, показывающими, что на данном этапе электромобили энергоэффективнее своих водородных конкурентов. Однако и у последних есть ряд преимуществ, особенно если речь идет об общественном транспорте. Время покажет, какая из технологий в конечном итоге окажется успешнее, но в ближайшее время стоит ожидать, что электромобили и водородный транспорт будут сосуществовать. Будущее водорода в промышленности при этом под сомнение не ставится.
– Судя по концепции до 2035 года Россия собирается делать ставку на получение водорода из ископаемых. А после?
– Как уже отмечено в ответе на первый вопрос, по мере сближения стоимости водорода от ВИЭ и ископаемого топлива Россия начнет все в большей степени опираться на первый. Кроме того, не следует забывать, например, о водороде, произведенном путем электролиза воды на АЭС или ГЭС. В концепции разработка и промышленное внедрение технологий получения водорода путем электролиза воды обозначены как одно из приоритетных направлений.
13 августа, 08:43
Эксперты оценили перспективы «водородного скачка» в России– Электролиз воды на базе АЭС – это экологично? Как это соотносится с «зеленым» водородом?
– Этот способ экологичен ровно настолько, насколько экологично производство электроэнергии на АЭС вообще. То есть довольно экологично, хотя, разумеется, есть проблема ядерных отходов и радиационной безопасности. В ЕС в целом отношение к атомной энергетике неоднозначное (хотя отдельные страны-члены, прежде всего Франция, рьяно ее поддерживают), поэтому в их водородной стратегии про электролиз воды за счет электроэнергии с АЭС ничего не сказано. А общепринятая терминология в этой области в любом случае отсутствует. Например, управление по научно-технологической оценке при парламенте Франции называет такой водород «желтым» (не «зеленым», как водород от ВИЭ, но все же и не «оранжевым», как водород от ископаемого топлива). Тогда как Совет по ядерной энергетике Великобритании (в котором сопредседательствуют два министра) в дорожной карте по развитию водородной энергетики прямо называет такой водород «зеленым». В российской концепции таких цветовых обозначений не принято, но водород, произведенный путем электролиза воды за счет электроэнергии с АЭС, мы считаем низкоуглеродным.– Можно ли сказать, что Россия будет делать ставку на водород, а не на развитие ВИЭ?
– Полагаю, в будущем неизбежно сосуществование водородной энергетики с возобновляемой. К тому же не будем забывать, что у этих двух видов энергетики есть очевидная взаимосвязь: как уже отмечалось, со временем все больше водорода будет производиться путем электролиза за счет электроэнергии с ВИЭ. Что же касается их относительной роли в будущей энергетике России, я бы не стал давать столь однозначных оценок на данном этапе: слишком много факторов по-прежнему неизвестны.
23 августа, 03:12
На ВЭФ-2021 представят Aurus на водородном топливе– Будет ли такой поворот к водороду отражен на переговорах в Глазго?
– Полноформатного обсуждения водородной энергетики в Глазго не планируется, хотя возможно проведение отдельных сторонних мероприятий по этой теме. Великобритания, например, как председатель Конференции сторон планирует продемонстрировать первый в мире «водородный поезд». В целом же на международном уровне есть достаточное количество площадок для обсуждения перспектив развития водородной энергетики: значительное внимание ей было уделено, например, на встрече Группы 20 (G20) в Японии в 2019 году. Конференция сторон же посвящена вопросам осуществления трех ключевых международных климатических соглашений: Рамочной конвенции ООН об изменении климата, Киотского протокола и Парижского соглашения, и многие из обсуждаемых на ней вопросов носят довольно технический характер.Новый способ расщепления воды сделает производство водорода «зеленым»
Австралийские ученые разработали более дешевый и эффективный способ получения водорода из воды с использованием железных и никелевых катализаторов, вместо редкоземельных элементов, вроде рутения, платины и иридия, которые по стоимости обходятся в сотни раз дороже.
Развивающаяся концепция «водородной экономики» предполагает, что в скором времени сжатый водород станет таким же распространенным источником энергии, как бензин, а автомобили на топливных элементах будут встречаться не реже, чем электромобили на батареях и машины с двигателями внутреннего сгорания.
Недавно мы писали о первом танкере для транспортировки сжиженного водорода, который был запущен в Японии. Он предназначен для перевозки газа из Австралии, где его получают совсем не «чистым» способом: сжиганием бурого угля, 160 тонн которого дает всего 3 тонны водорода и 100 тонн выбросов С02.
В перспективе десятилетий рынок водорода как источника «чистой энергии» оценивается в триллионы долларов, и особенно это направление набирает обороты в Японии и Корее. Но его большие деньги становятся уже не такими привлекательными, когда речь заходит о технологиях, не причиняющих вреда окружающей среде.
Читайте также: И хранить, и генерировать энергию для зданий сможет гибридная батарея на основе «реверсивных» топливных элементов
Экологически безопасный способ получения водорода состоит в том, чтобы отделить его от воды с помощью электролиза. Пара электродов помещается в емкость с жидкостью и включается питание. Кислород притягивается к аноду, водород – к катоду, и если при этом электричество, которое участвует в процессе, генерируется возобновляемыми источниками, то на выходе можно получить так называемый «зеленый» водород.
Сегодня проблема промышленного производства водорода заключается в том, что расщепление воды является дорогостоящим и малоэффективным процессом. По этой причине такой вид топлива пока не может конкурировать с бензином. Новая разработка австралийских университетов UNSW, Griffith и Swinburne обещает совершить прорыв в этой области.
В документе, опубликованном в Nature Communications, команда ученых заявила, что им удалось заменить дорогую платину на углеродный катализатор.
«Мы покрываем электроды нашим катализатором, чтобы уменьшить потребление энергии, — уточнил профессор Школы химии UNSW Чуан Чжао. — На этом катализаторе имеется крошечный наноразмерный участок, где железо и никель взаимодействуют на атомном уровне. Именно здесь водород может быть отделен от кислорода, который выделяется в виде экологически чистых отходов».
Исследователи говорят, что наноуровень взаимодействия фундаментально меняет свойства материалов. Таким образом, никель-железный катализатор может быть таким же эффективным, как и платиновый. А дополнительным его преимуществом является возможность применения для катализа как водорода, так и кислорода, что значительно снижает производственные расходы.
Пока неясно, как скоро получится внедрить новую разработку в промышленность и насколько она повлияет на стоимость крупномасштабного производства водорода, но Чжао настроен оптимистично:
«Мы десятилетия говорили об эре водородной экономики, но сейчас эти разговоры могут стать реальностью».
Источник: unsw.edu.au
А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!
Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!
Эксперты рассказали о перспективах водородной энергетики в России
Россия может стать лидером по производству «зеленого» водорода, считает генеральный директор Международного солнечного альянса Аджай Матур. В южных регионах страны есть большой ресурсный потенциал для этого, считает эксперт. «Газета.Ru» разбиралась, сможет ли Россия занять место в новой энергетической нише.
Южная часть России имеет огромный потенциал для производства солнечной энергии и «зеленого» водорода, который образуется путем электролиза воды, заявил «РИА Новости» генеральный директор Международного солнечного альянса (ISA) Аджай Матур.
«Эта та сфера, где Россия может стать лидером. Ваши гидроэлектростанции играют центральную роль в мировых достижениях по электролизу воды. Мы хотели бы также перенять этот опыт»,
— сказал Матур.
В России осенью была принята «дорожная карта» по развитию водородной энергетики до 2024 года — первый серьезный документ, поставивший цели развития в этой нише. Сейчас готовится проект Концепции развития водородной энергетики, и согласно ему одно из основных направлений — создание научно-технологической инфраструктуры, на базе которой будет организована разработка отечественных технологий водородной энергетики, в том числе технологий производства, транспортировки и применения водорода, пояснили «Газете.Ru» в пресс-службе Минэнерго.
«В перспективе, ресурсной базой станет как производство водорода из ископаемых видов топлива как наиболее эффективный с экономической точки зрения вариант, так и производство электролизом на базе низкоуглеродной генерации (АЭС, ГЭС, ВИЭ) при подтверждении экономической эффективности. При реализации потенциала Россия имеет возможность занять до 20–25% мирового рынка водорода к 2035 году»,
— считают в ведомстве. Ранее в апреле на заседании итоговой комиссии в Минэнерго замминистра Павел Сорокин озвучивал менее амбициозные планы — занять в 20% от мирового рынка торговли водородом, в пессимистичном сценарии к 2030 году — от 1 до 2 млн тонн, и до 7 млн тонн — в оптимистичном.
Как рассказали в Greenpeace со ссылкой на оценку Международного агентства по возобновляемой энергетике, самый оптимистичный сценарий развития отрасли — рост мирового рынка водорода до 470 млн тонн в год (рынок нефтепродуктов сегодня составляет700 млн тонн в год, но водород при этом в 2-3 раза более энергоемкий). Сегодня Водородный совет (5 крупных автоконцернов) оценивает рынок водорода в 164 млн тонн в год.
Как считают эксперты, водород может стать одним из драйверов зеленой энергетики, хотя как такового мирового рынка пока нет: страны в основном производят его для нужд собственной промышленности и пока только начинают эксперименты по экспорту. Например, Япония начала ввоз «серого» водорода из Австралии и готова покупать этот энергоноситель и у России, считают они.
Также одним из крупных потенциальных импортеров водорода является Евросоюз, который поставил в планах по «Зеленой сделке» (The European Green Deal) достижение углеродной нейтральности к 2050 году, т.е. главным образом переход на возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Для этого потребуется, в том числе, водород. Согласно целям программы, доля водородного топлива в энергобалансе ЕС вырастет с текущих менее 2 % до 13–14 % к 2050 году. Как пояснил «Газете.Ru» ведущий эксперт Фонда национальной энергетической безопасности Игорь Юшков, одна из сложностей перехода на ВИЭ — проблемы хранения энергии.
«Ночью ветряк крутится, а потребление низкое — и лишнюю энергию будут использовать для получения водорода методом электролиза, а когда нужно больше энергии (и текущей выработки не хватает), водород обратно переводят в энергию. Европейцы признают, что собственного водорода им не хватит и они будут его импортировать, но никаких параметров у этого будущего рынка пока нет», — говорит Игорь Юшков.
Пока нет каких-то ценовых параметров, «невозможно принять инвестрешение и построить завод на одних обещаниях», подчеркивает эксперт.
Тем не менее, сейчас самое время для поиска самых эффективных технологических решений по получению, транспортировке и применению водорода, считает директор по операционной работе кластера энергоэффективных технологий фонда «Сколково» Олег Перцовский. По его словам, водород может произвести революцию в зеленой энергетике.
«Эта отрасль затрагивает и транспорт, и энергетику, и металлургию, и химию, нефтехимию — не только в плане потребления водорода, но и заказа на материалы и оборудование, которые нужно будет производить. Поскольку все сейчас только присматриваются к ней, у России есть хороший шанс войти в эту новую нишу»,
— говорит Олег Перцовский.
Однако что касается экспорта, то многое будет зависеть от метода получения водорода, и для зарубежных потребителей бесцветный газ будет неизбежно окрашен в разные цвета, говорит эксперт «Сколково».
«Серый» — «ископаемый» водород, получают из метана или угля, это самый технологически «грязный» водород, при производстве которого происходят значительные выбросы парниковых газов. «Голубой» водород также получают из природного газа, но либо с технологией улавливания и последующего использования или захоронения углекислого газа, или с технологией, при которой углекислый газ не выделяется вовсе (пиролиз, пока реализовано только в лабораториях). Именно эти методы сейчас в фокусе внимания «Газпрома», который считает, что «особый интерес представляет возможность производства водорода на территории Дальнего Востока методом парового риформинга с обеспечением улавливания и захоронения диоксида углерода» с последующим экспортом Н2 в страны-потребители (Япония, Южная Корея, Китай)».
«Если учесть, что водород будет заменять в том числе газовую индустрию, у России высвобождаются объемы газа, чтобы производить водород. Поэтому наиболее очевидный вариант для России — производить голубой и серый водород»,
— рассуждает Игорь Юшков.
Еще два цвета — желтый и оранжевый — это водород, добытый из воды при помощи электричества, взятого из общих сетей или выработанного на атомных электростанциях. Этот водород оставляет «низкий углеродный след».
«Атомная энергетика в связи с климатическими историями переживает третье-четвертое рождение, и в этой отрасли предполагается ренессанс, т.к. климатологи считают, что АЭС безуглеродные, не производят выбросов парниковых газов, а значит, их возьмут в светлое климатическое будущее. В России очень много АЭС, их тоже можно использовать, весь вопрос в параметрах рынка и расчетах, как более выгодно производить водород», — говорит Игорь Юшков.
Но в ЕС подчеркивают, что после переходного периода в 10 лет собираются покупать «зеленый» водород, добытый из воды электроэнергией, полученной от возобновляемых источников (энергия ветра, солнца, волн). На сегодня это самый дорогостоящий метод добычи водорода, говорят эксперты. Но все может измениться уже в течение ближайших 10 лет благодаря совершенствованию технологий.
«Сейчас уж очень большая разница между стоимостью получения водорода разными способами — «зеленый» дороже раза в три. Т.е. $1-3 за кг водорода — это «серый» водород, «голубой» стоит от $1,5 до $4, а «зеленый» — в 3 раза дороже, $5-9. Есть тенденция к удешевлению зеленого водорода. Потому что и ВИЭ дешевеет, за 10 лет стоимость кВт⋅ч упала в 10 раз, плюс совершенствуется оборудование для электролиза. Постепенно, к 2040-2050 гг. они станут одинаковыми по цене»,
— считает Олег Перцовский из «Сколково».
В Greenpeace заявляют, что неверно сосредотачиваться на самом выгодном на сегодня способе добычи водорода и имеет смысл развивать самые климатически нейтральные методы.
«Здесь нужно смотреть на то, что называется «кривая обучения» — learning curve — каков коэффициент снижения себестоимости при каждом удвоении производства какой-то технологией. Сегодня этот коэффициент такой, что он позволяет говорить о том, что зеленый водород выйдет в паритет с нефтепродуктами примерно через 5-10 лет», — прокомментировал «Газете.Ru» проектный директор Greenpeace в России Владимир Чупров.
Однако помимо технологических сложностей с получением водорода остро стоит вопрос его транспортировки. Это возможно в виде сжиженного газа, но сложно и дорого: водород меняет агрегатное состояние при -253° С (для сравнения СПГ: –161,5 °C). В сжатом виде возможна перевозка в баллонах, но и это невыгодно при крупных поставках. Остаются технологии обратимого связывания (водород транспортируют в различных жидких и твердых органических и неорганических соединениях) — или транспортировка метано-водородной смеси по существующей системе газопроводов, что несет риски технического, юридического и регуляторного характера, отмечают в «Газпроме».
Как поясняет Олег Перцовский из «Сколково», водород очень летуч и есть риск утечек, кроме того, он может сильно повредить трубопровод изнутри (водородное охрупчивание стали), и если новые магистральные трубопроводы теоретически могут выдержать такое наполнение, то старые европейские подводящие пути — скорее нет. В Минэнерго отмечают, что вопрос такой транспортировки надо сначала детально изучить.
«Что касается транспортировки водорода по газопроводам, то данная возможность требует детального изучения как с технической стороны в силу ряда специфических свойств водорода, так и с учетом необходимости проработки экономической целесообразности такой транспортировки»,
— отметили в пресс-службе министерства.
Поэтому нашим поставщикам природного газа будет выгодно оказывать услуги «водородного сервиса»: транспортировать метан в Европу, на месте производить из него водород и отдавать его покупателю, поясняет Олег Перцовский. Но он же отмечает высокие стратегические риски в случае, если эта технология станет основной.
«Что касается паровой конверсии метана, то тут у меня очень серьезные сомнения, что на этой истории имеет смысл делать упор, потому что есть большая вероятность, что потребитель не захочет покупать такой водород. Например, если введут большой углеродный налог, то «грязный» водород вообще невыгодно будет производить независимо от себестоимости производства, и потому похоже, что акцент надо делать на чистый водород»,
— считает эксперт.
В Greenpeace придерживаются схожего мнения. У России есть все ресурсы для выработки «чистого» водорода с помощью ГЭС, АЭС и возобновляемой энергетики, и именно эти технологии ведут в климатически нейтральное будущее.
«Вот у нас есть газ и АЭС, вот пусть водород будет на них и будет только серый/голубой/желтый — это архи-неправильный подход, это нестратегический подход. Сегодня власти исторически не хотят реализовывать зеленый водород на электролизерах. Это стратегическая ошибка. Ружья кирпичами скоро чистить не будут», — заключает Владимир Чупров из Greenpeace.
Производство и доставка водорода | Водород и топливные элементы | Водородные и топливные элементы
Исследователи из NREL разрабатывают передовые процессы для экономичного производства водорода. из устойчивых ресурсов.
Узнайте, как NREL развивает и продвигает ряд путей к возобновляемому водороду производство.Текстовая версия
Биологическое расщепление воды
Некоторые фотосинтетические микробы используют световую энергию для производства водорода из воды в виде часть их метаболических процессов. Поскольку кислород образуется вместе с водородом, Фотобиологическая технология производства водорода должна преодолевать присущую ему чувствительность к кислороду. ферментативных систем, выделяющих водород. Исследователи NREL решают эту проблему с помощью скрининг на естественные организмы, которые более устойчивы к кислороду и создание новых генетических форм организмов, способных поддерживать производство водорода в наличие кислорода.Исследователи также разрабатывают новую систему, в которой используется метаболический переключение (лишение серы) на цикл клеток водорослей между фотосинтетическим ростом фаза и фаза производства водорода.
Контактное лицо: Мария Гирарди
Ферментация
Ученые NREL разрабатывают технологии предварительной обработки для преобразования лигноцеллюлозного биомасса в сырье, богатое сахаром, которое может быть непосредственно ферментировано для получения водорода, этанол и ценные химикаты.Исследователи также работают над определением консорциума. Clostridium, которые могут непосредственно сбраживать гемицеллюлозу до водорода. Другое исследование области включают в себя биоразведку эффективных целлюлолитических микробов, таких как Clostridium thermocellum, который может сбраживать кристаллическую целлюлозу непосредственно до водорода, чтобы снизить затраты на сырье. После идентификации модельной целлюлолитической бактерии ее потенциал для генетических манипуляций, включая чувствительность к антибиотикам и простоту генетического трансформация, будет определена.Будущие проекты ферментации NREL будут сосредоточены на по разработке стратегий создания мутантов, которые селективно блокируются от производства отработанные кислоты и растворители для максимального увеличения выхода водорода.
Контактное лицо: Пин-Чинг Манесс
Конверсия биомассы и отходов
Водород можно производить путем пиролиза или газификации ресурсов биомассы, таких как сельскохозяйственные остатки, такие как скорлупа арахиса; бытовые отходы, включая пластмассы и отходы смазка; или биомасса, специально выращенная для использования в энергии.Пиролиз биомассы производит жидкий продукт (био-масло), содержащий широкий спектр компонентов, которые могут быть разделены на ценные химические вещества и топливо, включая водород. Исследователи NREL в настоящее время сосредоточены на производстве водорода путем каталитического риформинга пиролиза биомассы продукты. Конкретные области исследований включают реформирование потоков пиролиза и разработку и испытание псевдоожижаемых катализаторов.
Контактное лицо: Ричард Френч
Фотоэлектрохимическое расщепление воды
Самый чистый способ производства водорода — использование солнечного света для прямого разделения воды. в водород и кислород.Технология многопереходных ячеек, разработанная фотоэлектрическими промышленность используется для фотоэлектрохимических (PEC) систем сбора света, которые генерируют достаточное напряжение для разделения воды и стабильны в среде вода / электролит. Разработанная NREL система PEC производит водород из солнечного света без дополнительных затрат. и усложнение электролизеров, при КПД преобразования солнечной энергии в водород На 12,4% ниже теплотворная способность при использовании отраженного света.Ведутся исследования, чтобы выявить больше эффективные, недорогие материалы и системы, долговечные и устойчивые к коррозии в водной среде.
Контактное лицо: Джон Тернер или Тодд Дойч
Солнечная система термоделирования воды
Исследователи NREL используют реактор High-Flux Solar Furnace, чтобы концентрировать солнечную энергию и генерировать температуры от 1000 до 2000. градусов Цельсия.Для термохимической реакции требуются сверхвысокие температуры. циклы для производства водорода. Такой высокотемпературный, высокопоточный, термохимический процессы предлагают новый подход к экологически безопасному производству водорода. Очень высокие скорости реакции при таких повышенных температурах вызывают очень быструю реакцию. скорости, которые значительно увеличивают производительность и более чем компенсируют прерывистый характер солнечного ресурса.
Контактное лицо: Джуди Неттер
Возобновляемый электролиз
Возобновляемые источники энергии, такие как фотоэлектрическая энергия, ветер, биомасса, гидро- и геотермальная энергия. может обеспечить нашу страну чистой и устойчивой электроэнергией. Однако возобновляемая энергия источники естественным образом изменчивы, требуют накопления энергии или гибридной системы для размещения суточные и сезонные изменения.Одно из решений — производить водород путем электролиза — расщепления с помощью электрического тока — воды и использовать этот водород в топливном элементе для производства электричество в периоды низкого производства электроэнергии или пикового спроса, или для использования водорода в транспортных средствах на топливных элементах.
Исследователи из Центра интеграции энергетических систем NREL и Центра испытаний и исследований водородной инфраструктуры изучают вопросы, связанные с использованием возобновляемых источников энергии для производства водород путем электролиза воды.NREL тестирует интегрированные системы электролиза и исследует варианты дизайна для снижения капитальных затрат и повышения производительности.
Узнайте больше об исследованиях электролиза возобновляемых источников энергии NREL.
Контактное лицо: Кевин Харрисон
Надежность шланга дозатора водорода
С акцентом на снижение затрат и повышение надежности и безопасности NREL выполняет ускоренное тестирование и циклическое тестирование шлангов для подачи водорода на 700 бар на предприятии по интеграции энергетических систем с использованием автоматизированной робототехники для моделирования полевых условий.Посмотрите видео с роботом, который имитирует повторяющееся напряжение человека, сгибающегося и скручивающегося. шланг для подачи водорода в бортовой накопительный бак транспортного средства на топливных элементах. Исследователи проводить механические, термические испытания и испытания под давлением для новых и бывших в употреблении систем подачи водорода шланги. Материал шланга анализируется для выявления проникновения водорода, охрупчивания и т. Д. и зарождение / распространение трещины.
Контактное лицо: Кевин Харрисон
Анализ путей производства и доставки водорода
NREL выполняет анализ на системном уровне в различных областях устойчивого производства водорода. и пути доставки.Эти усилия сосредоточены на определении улучшений статуса, в результате от технологических достижений, стоимости как функции объема производства и потенциала для снижения затрат. Результаты помогают выявить препятствия на пути к успеху этих путей. основные факторы затрат и остающиеся проблемы НИОКР. Разработанные NREL тематические исследования по анализу водорода обеспечивают прозрачные прогнозы текущих и будущих затрат на производство водорода. Узнайте больше о работе NREL по системному анализу.
Контактное лицо: Женевьева Заур
Сеть энергетических материалов HydroGEN
NREL служит ведущей лабораторией консорциума HydroGEN Energy Materials Network (EMN).
Последние публикации
Прямое преобразование солнечной энергии в водород с помощью инвертированного метаморфического многопереходного полупроводника Архитектура, Nature Energy (2017)
Замечательная стабильность фотокатодов из немодифицированного GaAs при выделении водорода в Кислый электролит, , Журнал химии материалов A (2016)
Эффективность преобразования солнечной энергии в водород: яркий свет на производительность фотоэлектрохимических устройств, Энергетика и экология (2016)
Обратимая пассивация поверхности GaInP2 за счет адсорбции воды: модельная система для зависимости от окружающей среды Фотолюминесценция, Журнал физической химии C (2016)
CO2-фиксирующий метаболизм одного углерода в разрушающей целлюлозу бактерии Clostridium thermocellum, Труды Национальной академии наук (2016)
Путь фосфокетолазы способствует метаболизму углерода у цианобактерий, Nature Plants (2016)
Контакт
Huyen Dinh
Электронная почта
303-275-3605
Производство водорода при электролизе воды: роль катализаторов | Нано-конвергенция
M.A. Khan, H. Zhao, W. Zou, Z. Chen, W. Cao, J. Fang, J. Xu, L. Zhang, J. Zhang, Electrochem. Energy Rev. 1 (4), 483–530 (2018)
Статья CAS Google ученый
A. Li, Y. Sun, T. Yao, H. Han, Chem. Евро. J. 24 (69), 18334–18355 (2018)
CAS Статья Google ученый
Дж. Чжу, Л. Ху, П. Чжао, L.Y.S. Лук-порей.-Y. Wong, Chem. Ред. 120 (2), 851–918 (2019)
Статья CAS Google ученый
J. Song, C. Wei, Z.-F. Хуанг, Ч. Лю, Л. Цзэн, X. Ван, З.Дж. Xu, Chem. Soc. Ред. 49 (7), 2196–2214 (2020)
CAS Статья Google ученый
Н.-Т. Суен, С.-Ф. Hung, Q. Quan, N. Zhang, Y.-J. Сюй, Х. Chen, Chem. Soc. Ред. 46 (2), 337–365 (2017)
CAS Статья Google ученый
Ф. Ю., Л. Ю., И. Мишра, Ю. Ю., З. Рен, Х. Чжоу, Mater. Сегодня Phys. 7 , 121–138 (2018)
Статья Google ученый
X. Zou, Y. Zhang, Chem. Soc. Ред. 44 (15), 5148–5180 (2015)
CAS Статья Google ученый
К. Ху, Л. Чжан, Дж. Гонг, Energy Environ. Sci. 12 (9), 2620–2645 (2019)
CAS Статья Google ученый
З.П. Ву, X.F. Лу, С.К. Занг, X.W. Лу, адв. Функц. Матер. 30 (15), 1
КАС Статья Google ученый
E. Fabbri, T.J. Шмидт, ACS Catal. 8 (10), 9765–9774 (2018)
CAS Статья Google ученый
Y. Yan, B.Y. Xia, B. Zhao, X. Wang, J. Mater. Chem. А 4 (45), 17587–17603 (2016)
CAS Статья Google ученый
C.J. Zhong, J. Luo, B. Fang, B.N. Ванджала, П. Njoki, R. Loukrakpam, J. Yin, Nanotechnology 21 (6), 062001 (2010)
Статья CAS Google ученый
R. Loukrakpam, J. Luo, T. He, Y. Chen, Z. Xu, P.N. Нйоки, Б. Wanjala, B. Fang, D. Mott, J. Yin, J. Klar, B. Powell, C.J. Zhong, J. Phys. Chem. C 115 (5), 1682–1694 (2011)
CAS Статья Google ученый
W. Wang, Z. Wang, J. Wang, C.J. Zhong, C.J. Liu, Adv. Sci. 4 (4), 1600486 (2017)
Артикул CAS Google ученый
C.J. Zhong, J. Luo, P.N. Нйоки, Д. Мотт, Б. Ванджала, Р. Лоукракпам, С. Лим, Л. Ван, Б. Фанг, З. Сюй, Energy Environ. Sci. 1 (4), 454–466 (2008)
CAS Статья Google ученый
Р. Цзян, С.on Tung, Z. Tang, L. Li, L. Ding, X. Xi, Y. Liu, L. Zhang, J. Zhang, Energy Storage Mater. 12 , 260–276 (2018)
Статья Google ученый
К. Чжан, Х. Шен, Ю. Пан, З. Пэн, Фронт. Energy Res. 11 (3), 268–285 (2017)
Статья Google ученый
S. Sui, X. Wang, X. Zhou, Y. Su, S. Riffat, C.J. Liu, J. Mater. Chem.A 5 (5), 1808–1825 (2017)
CAS Статья Google ученый
ZP Wu, DT Caracciolo, Y. Maswadeh, J. Wen, Z. Kong, S. Shan, JA Vargas, S. Yan, E. Hopkins, K. Park, A. Sharma, Y. Ren , В. Петков, Л. Ван, CJ Zhong, Nat. Commun. (2021 г.). https://doi.org/10.1038/s41467-021-21017-6
Статья Google ученый
Ф. Чанг, З.Бай, М. Ли, М. Рен, Т. Лю, Л. Ян, Ч. Дж. Чжун, Дж. Лу, Nano Lett. 20 (4), 2416–2422 (2020)
CAS Статья Google ученый
Z. Kong, Y. Maswadeh, J.A. Варгас, С. Шан, З.П. Ву, Х. Карим, А.С. Лефф, Д.Т. Тран, Ф. Чанг, С. Ян, С. Нам, X.F. Zhao, J.M. Lee, J. Luo, S. Shastri, G. Yu, V. Petkov, C.J. Zhong, J. Am. Chem. Soc. 142 (3), 1287–1299 (2019)
Артикул CAS Google ученый
З.П. Wu, S. Shan, Z.-H. Xie, N. Kang, K. Park, E. Hopkins, S. Yan, A. Sharma, J. Luo, J. Wang, V. Petkov, L.C. Ван, С.Дж. Чжун, ACS Catal. 8 (12), 11302–11313 (2018)
CAS Статья Google ученый
Y. Xie, Y. Yang, D.A. Мюллер, Х. Абрунья, Н. Димитров, Дж. Фанг, ACS Catal. 10 (17), 9967–9976 (2020)
CAS Статья Google ученый
З.П. Ву, С. Шань, С.К. Занг, К.Дж. Чжун, акк. Chem. Res. 53 , 1287–1299 (2020)
Google ученый
S.L. Suib, Новые и будущие разработки в области катализа: батареи, хранение водорода и топливные элементы (Newnes, London, 2013).
Google ученый
С. Шан, Дж. Ло, Дж. Ву, Н. Кан, В. Чжао, Х. Кронк, Ю. Чжао, П. Джозеф, В.Петков, С.Дж. Чжун, RSC Adv. 4 (80), 42654–42669 (2014)
CAS Статья Google ученый
К. Сардар, Э. Петручко, С.И. Hiley, J.D. Sharman, P.P. Уэллс, А.Э. Рассел, Р.Дж. Kashtiban, J. Sloan, R.I. Walton, Angew. Chem. Int. Эд. 126 (41), 11140–11144 (2014)
Артикул Google ученый
Д. Стрмчник, М. Учимура, К.Ван, Р. Суббараман, Н. Данилович, Д. Ван дер Влит, А.П. Пауликас, В. Стаменкович, Н.М.Маркович, Nat. Chem. 5 (4), 300–306 (2013)
CAS Статья Google ученый
M. Huynh, T. Ozel, C. Liu, E.C. Lau, D.G. Nocera, Chem. Sci. 8 (7), 4779–4794 (2017)
CAS Статья Google ученый
Э. Скуласон, Г.С.Карлберг, Дж. Россмейсл, Т. Блигаард, Дж. Грили, Х. Йонссон, Дж. К. Nørskov, PCCP 9 (25), 3241–3250 (2007)
Статья Google ученый
N.M. Markovića, S.T. Сарраф, Х.А. Гастайгер, П. Ross, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 92 (20), 3719–3725 (1996)
Артикул Google ученый
S. Trasatti, J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 39 (1), 163–184 (1972)
CAS Статья Google ученый
T.R. Кук, Д. Догутан, С. Рис, Ю. Сурендранат, Т.С. Teets, D.G. Nocera, Chem. Ред. 110 (11), 6474–6502 (2010)
CAS Статья Google ученый
W. Sheng, M. Myint, J.G. Чен, Янь Янь, Energy Environ. Sci. 6 (5), 1509–1512 (2013)
CAS Статья Google ученый
Л. Се, К. Лю, X. Ши, А.М. Асири, Я. Луо, Х. Сан, Неорг. Chem. Передний. 5 (6), 1365–1369 (2018)
CAS Статья Google ученый
Z. Zhao, H. Liu, W. Gao, W. Xue, Z. Liu, J. Huang, X. Pan, Y. Huang, J. Am. Chem. Soc. 140 (29), 9046–9050 (2018)
CAS Статья Google ученый
Y. Xie, J. Cai, Y. Wu, Y.Zang, X. Zheng, J. Ye, P. Cui, S. Niu, Y. Liu, J. Zhu, Adv. Матер. 31 (16), 1807780 (2019)
Артикул CAS Google ученый
П. Сяо, Ю. Янь, Х. Ге, З. Лю, Ж.-Й. Wang, X. Wang, Appl. Катал. B 154 , 232–237 (2014)
Статья CAS Google ученый
W. Gao, Y. Shi, Y. Zhang, L. Zuo, H. Lu, Y. Huang, W. Fan, T.Лю, ACS Sustain. Chem. Англ. 4 (12), 6313–6321 (2016)
CAS Статья Google ученый
E.J. Popczun, J.R. McKone, C.G. Рид, А.Дж. Бьякки, А. Уилтроут, Н. Льюис, Р. Schaak, J. Am. Chem. Soc. 135 (25), 9267–9270 (2013)
CAS Статья Google ученый
R. Zhang, X. Wang, S. Yu, T. Wen, X. Zhu, F. Yang, X.Sun, X. Wang, W. Hu, Adv. Матер. 29 (9), 1605502 (2017)
Артикул CAS Google ученый
Дж. Се, Х. Чжан, С. Ли, Р. Ван, Х. Сунь, М. Чжоу, Дж. Чжоу, X.W. Лу, Ю. Се, адв. Матер. 25 (40), 5807–5813 (2013)
CAS Статья Google ученый
M.S. Фабер, Р. Дзедзич, М.А.Луковский, Н.С. Кайзер, К. Дин, С.Джин, Дж. Ам. Chem. Soc. 136 (28), 10053–10061 (2014)
CAS Статья Google ученый
J. Xie, J. Zhang, S. Li, F. Grote, X. Zhang, H. Zhang, R. Wang, Y. Lei, B. Pan, Y. Xie, J. Am. Chem. Soc. 135 (47), 17881–17888 (2013)
CAS Статья Google ученый
Z. Wang, X. Ren, Y. Luo, L. Wang, G. Cui, F. Xie, H.Ван, Я. Се, X. Сунь, наномасштаб 10 (26), 12302–12307 (2018)
CAS Статья Google ученый
Q. Li, L. Wu, G. Wu, D. Su, H. Lv, S. Zhang, W. Zhu, A. Casimir, H. Zhu, A. Mendoza-Garcia, Nano Lett . 15 (4), 2468–2473 (2015)
CAS Статья Google ученый
X.-Y. Хуанг, А.Дж. Ван, Л. Чжан, К.-М. Фанг, Л.-J. Ву, Дж. Дж. Feng, J. Colloid Interface Sci. 531 , 578–584 (2018)
CAS Статья Google ученый
Р. Суббараман, Д. Трипкович, Д. Стрмчник, К.-К. Чанг, М. Учимура, А.П. Пауликас, В. Стаменкович, Н.М. Маркович, Science 334 (6060), 1256–1260 (2011)
CAS Статья Google ученый
Р. Леви, М. Будар, Science 181 (4099), 547–549 (1973)
CAS Статья Google ученый
J.R. Китчин, J.K. Нёрсков, М.А.Барто, Ж.Г. Чен, Катал. Сегодня. 105 (1), 66–73 (2005)
CAS Статья Google ученый
Х. Врубель, Х. Ху, Ангью. Chem. Int. Эд. 51 (СТАТЬЯ), 12703–12706 (2012)
CAS Статья Google ученый
P. Liu, J.A. Родригес, Дж. Ам. Chem. Soc. 127 (42), 14871–14878 (2005)
CAS Статья Google ученый
Б. Хиннеманн, П.Г. Моисей, Дж. Бонд, К.П. Йоргенсен, Дж. Nielsen, S. Horch, I. Chorkendorff, J.K. Nørskov, J. Am. Chem. Soc. 127 (15), 5308–5309 (2005)
CAS Статья Google ученый
Т.Ф. Харамилло, К. Йоргенсен, Дж. Бонд, Дж. Х. Нильсен, С. Хорх, И. Чоркендорф, Science 317 (5834), 100–102 (2007)
CAS Статья Google ученый
J.K. Nørskov, J. Rossmeisl, A. Logadottir, L. Lindqvist, J.R. Kitchin, T. Bligaard, H. Jonsson, J. Phys. Chem. B 108 (46), 17886–17892 (2004)
Артикул CAS Google ученый
I.C. Человек, H.Y. Су, Ф. Калле-Вальехо, Х.А. Хансен, Дж. Мартинес, Н. Иноглу, Дж. Китчин, Т.Ф. Харамилло, Дж. Nørskov, J. Rossmeisl, ChemCatChem 3 (7), 1159–1165 (2011)
CAS Статья Google ученый
J.K. Нёрсков, Ф. Абильд-Педерсен, Ф. Стадт, Т. Блигаард, PNAS 108 (3), 937–943 (2011)
Статья Google ученый
J. Su, R. Ge, K. Jiang, Y. Dong, F. Hao, Z. Tian, G. Chen, L. Chen, Adv. Матер. 30 (29), 1801351 (2018)
Артикул CAS Google ученый
Ю. Ван, Л. Чжан, К. Инь, Дж. Чжан, Х. Гао, Н. Лю, З.Пэн, З. Чжан, ACS Appl. Матер. Интерфейсы 11 (43), 39728–39736 (2019)
CAS Статья Google ученый
J. Park, Y.J. Sa, H. Baik, T. Kwon, S.H. Джу, К. Ли, ACS Nano 11 (6), 5500–5509 (2017)
CAS Статья Google ученый
J. Lim, D. Park, S.S. Jeon, C.W. Roh, J. Choi, D. Yoon, M. Park, H. Jung, H.Ли, адв. Функц. Матер. 28 (4), 1704796 (2018)
Артикул CAS Google ученый
A. Lu, D.-L. Peng, F. Chang, Z. Skeete, S. Shan, A. Sharma, J. Luo, C.J. Zhong, ACS Appl. Матер. Интерфейсы 8 (31), 20082–20091 (2016)
CAS Статья Google ученый
Б. Чжан, Х. Чжэн, О. Возный, Р. Комин, М. Байдич, М.Гарсия-Мельчор, Л. Хан, Дж. Сюй, М. Лю, Л. Чжэн, Science 352 (6283), 333–337 (2016)
CAS Статья Google ученый
L. Xu, Q. Jiang, Z. Xiao, X. Li, J. Huo, S. Wang, L. Dai, Angew. Chem. Int. Эд. 128 (17), 5363–5367 (2016)
Статья Google ученый
Z. Lu, W. Xu, W. Zhu, Q. Yang, X. Lei, J. Liu, Y. Li, X.Sun, X. Duan, Chem. Commun. 50 (49), 6479–6482 (2014)
CAS Статья Google ученый
Q. Zhou, Y. Chen, G. Zhao, Y. Lin, Z. Yu, X. Xu, X. Wang, H.K. Лю, W. Sun, S.X. Доу, ACS Catal. 8 (6), 5382–5390 (2018)
CAS Статья Google ученый
X. Xu, F. Song, X. Hu, Nat. Chem. 7 (1), 1–7 (2016)
Google ученый
А. Гримо, О. Диас-Моралес, Б. Хан, В. Т. Хонг, Ю.-Л. Ли, Л. Джордано, К.А. Штёрцингер, М. Копер, Ю. Шао-Хорн, Нац. Chem. 9 (5), 457–465 (2017)
CAS Статья Google ученый
Y. Zhu, H.A. Тахини, З. Ху, З.Г. Чен, В. Чжоу, А.С. Комарек, К. Линь, Х.Дж. Лин, К.Т. Чен, Ю. Чжун, Adv. Матер. 32 (1), 15 (2020)
КАС Статья Google ученый
J.S. Ю, X. Rong, Y. Liu, A.M. Колпак, ACS Catal. 8 (5), 4628–4636 (2018)
CAS Статья Google ученый
Z.F. Хуанг, Дж. Сон, Ю. Ду, С. Си, С. Доу, J.M.V. Нсанзимана, К. Ван, З.Дж. Сюй, X. Ван, Нат. Энергетика 4 (4), 329–338 (2019)
CAS Статья Google ученый
С. Шан, Дж. Ли, Й. Масваде, К. О’Брайен, Х.Карим, Д.Т. Тран, И.С. Ли, З.П. Ву, С. Ван, С. Ян, Х. Кронк, Д. Мотт, Л. Ян, Дж. Луо, В. Петков, К. Дж. Чжун, Nat. Commun. 11 (1), 1–9 (2020)
Статья CAS Google ученый
J.T. Меффорд, X. Ронг, A.M. Абакумов, В.Г. Хардин, С. Дай, А. Колпак, К. Джонстон, К.Дж. Стивенсон, Нат. Commun. 7 (1), 1–11 (2016)
Статья CAS Google ученый
Производство водорода — U.S. Управление энергетической информации (EIA)
Как производится водород?
Чтобы произвести водород, он должен быть отделен от других элементов в молекулах, в которых он находится. Есть много различных источников водорода и способов его производства для использования в качестве топлива. Двумя наиболее распространенными методами производства водорода являются паровой конверсии метана и электролиз (разделение воды на электричество. Исследователи изучают другие методы.
Процессы производства водорода
Источник: Министерство энергетики США, Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, Производство водорода (общественное достояние)
Нажмите для увеличения
Паровой риформинг метана — широко используемый метод получения коммерческого водорода.
Паровой риформинг метана составляет почти весь коммерчески производимый водород в Соединенных Штатах.Коммерческие производители водорода и нефтеперерабатывающие заводы используют паровой риформинг метана для отделения атомов водорода от атомов углерода в метане (Ch5). При паровом риформинге метана высокотемпературный пар (от 1300 ° F до 1800 ° F) под давлением 3–25 бар (1 бар = 14,5 фунтов на квадратный дюйм) реагирует с метаном в присутствии катализатора с образованием водорода, окиси углерода. , и относительно небольшое количество диоксида углерода.
Природный газ является основным источником метана для производства водорода промышленными предприятиями и нефтеперерабатывающими заводами.Свалочный газ / биогаз, который можно назвать биометаном , является источником водорода для нескольких электростанций на топливных элементах в Соединенных Штатах. Биотопливо и нефтяное топливо также являются потенциальными источниками метана.
Электролиз использует электричество
Электролиз — это процесс отделения водорода от воды с помощью электрического тока. Электролиз обычно используется для демонстрации химических реакций и производства водорода на уроках естественных наук в средней школе. В крупном, коммерческом масштабе процесс может упоминаться как power-to-gas , где power — электричество, а водород — газ .Сам по себе электролиз не производит никаких побочных продуктов или выбросов, кроме водорода и кислорода. Электроэнергия для электролиза может поступать из возобновляемых источников, таких как гидро-, солнечная или ветровая энергия. Если электричество для электролиза производится из ископаемого топлива (уголь, природный газ и нефть) или сжигания биомассы, то соответствующее воздействие на окружающую среду и выбросы углекислого газа косвенно связаны с электролизом.
Другие способы получения водорода
- Использование микробов, которые используют свет для производства водорода
- Преобразование биомассы в газ или жидкости и отделение водорода
- Использование технологий солнечной энергии для отделения водорода от молекул воды
Категории водорода
Производители водорода, продавцы, государственные учреждения и другие организации могут классифицировать или определять водород в соответствии с источниками энергии для его производства.Например, водород, произведенный с использованием возобновляемых источников энергии, может называться возобновляемым водородом или зеленым водородом . Водород, полученный из угля, может называться коричневым водородом , а водород, полученный из природного газа или нефти, может называться серым водородом . Производство коричневого или серого водорода в сочетании с улавливанием и хранением / секвестрацией углерода может обозначаться как синий водород .
Последнее обновление: 7 января 2021 г.
Водород, полученный путем электролиза воды, теперь является конкурентоспособным по стоимости и дает нам еще один строительный блок для низкоуглеродной экономики.
Выработка дополнительной единицы электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем или ветра не требует затрат.Одним из следствий роста возобновляемых источников энергии является то, что цены на электроэнергию на открытом рынке, как правило, будут падать. Как говорят экономисты, цены имеют тенденцию приближаться к предельным издержкам производства. Сегодня мы наблюдаем это на рынках электроэнергии. Это имеет глубокие последствия.
В этой заметке я рассматриваю влияние вероятного продолжающегося падения цен на электроэнергию на открытом рынке на один важный источник выбросов парниковых газов. Я пытаюсь показать, что производство водорода, которое в настоящее время почти полностью осуществляется с использованием метана и пара, будет в значительной степени основано на электролизе воды.Многие комментарии по поводу энергетического перехода оптимистичны в отношении перехода к электрификации транспорта и отопления зданий, но глубоко пессимистичны в отношении сокращения ископаемого топлива, используемого в промышленных процессах. В случае производства водорода этот пессимизм ошибочен.
В более общем плане я предполагаю, что водород станет доминирующим путем к долгосрочному хранению энергии, не в основном в виде самого газа, а в форме метана и жидкого топлива.
Чтобы внести ясность, я думаю, что у автомобилей на водородных топливных элементах очень мало шансов составить конкуренцию автомобилям с аккумуляторными батареями.Однако я верю, что использование водного электролиза для получения водорода, который затем сливается с молекулами углерода (такими как CO2) для создания синтетического природного газа и заменителей бензина и авиационного топлива, вероятно, станет центральной особенностью следующего этапа мировая декарбонизация. Для компаний, работающих на ископаемом топливе, которые пытаются избавиться от зависимости от нефти и газа, синтетические заменители существующего топлива должны стать ключевым направлением их долгосрочного планирования. Производство водорода и создание возобновляемых видов топлива, использующих этот водород, — это деятельность, больше похожая на основной бизнес нефтегазовых компаний, чем на фотоэлектрическую или ветряную.
Я не предполагаю, что правила или международные соглашения приведут к переходу на возобновляемый водород, а скорее, что простая экономика подтолкнет крупных нефтяных компаний, производителей химической продукции и других к производству топлива из электролизованного водорода, а не из природного газа или сырой нефти.
Падение оптовых цен на электроэнергию продолжится
6 и 7 июня 2017 года в Северной Европе было ветрено. В течение долгих дней большую часть времени светило солнце.В Германии две трети общей выработки электроэнергии в полдень 7-го числа приходилось на ветер и фотоэлектрические системы. В Великобритании газовые электростанции были сокращены до немногим более 20% выработки электроэнергии. Угольные генераторы большую часть периода простаивали полностью.
Воздействие на рынки электроэнергии было поразительным. Средняя спотовая цена на электроэнергию для почти немедленной доставки упала до очень низкого уровня. Германия показала отрицательные показатели за ночь и почти нулевые показатели в течение большей части дня. Средняя цена в Великобритании с 15:00 вторника 6-го до 15:00 среды 7-го числа составляла чуть более 13 фунтов стерлингов за мегаватт-час, или 1 мегаватт-час.3 пенса за киловатт-час. Краткосрочные цены в Великобритании большую часть ночи были ниже нуля. До недавнего времени это были действительно очень редкие события, и они случаются всего несколько раз в неделю.
Но по мере того, как установленная мощность возобновляемых источников энергии продолжает расти, эта модель будет происходить все чаще. И Великобритания, и Германия продолжают расширять оффшорную ветроэнергетику и в меньшей степени фотоэлектрическую энергию. У Великобритании есть амбиции иметь 30 гигаватт морской ветровой энергии к 2030 году. Полная мощность морской ветроэнергетики сама по себе почти покроет летний полуденный спрос.Вклад фотоэлектрических модулей будет означать, что возобновляемые источники энергии покроют общую потребность в электроэнергии. Очень трудно представить себе, что оптовые цены не отражают этот избыток предложения в долгосрочной перспективе вниз.
Тем не менее, правительство Великобритании продолжает прогнозировать резкий рост оптовых розничных цен на электроэнергию. Ожидается, что со средней 37 фунтов стерлингов за мегаватт-час в 2016 году цена вырастет более чем на 50% до 56 фунтов стерлингов в 2030 году. По прогнозам, к той же дате домохозяйства столкнутся с розничными счетами, эквивалентными фунтам стерлингов за мегаватт-час.Давайте сопоставим это число с сегодняшней средней оптовой ценой: 13 фунтов стерлингов — это чуть более 7% от 180 фунтов стерлингов, невероятно большой разрыв. Прогнозы правительства откровенно бредовые: оптовые цены на электроэнергию снижаются, и они останутся ниже. Без значительного повышения налогов они никогда не достигнут 180 фунтов стерлингов для местных потребителей.
Важно отметить, что эта постоянная дефляция цен на электроэнергию неизбежно повлияет на цены на ископаемое топливо. Что касается генерации, мы привыкли рассматривать затраты на электроэнергию как производную от цен на ископаемое топливо.Например, более высокие затраты на газ используются для автоматического повышения оптовых и розничных тарифов на электроэнергию. Эта ссылка теперь начинает работать в обратном направлении; падение цен на электроэнергию ведет к снижению затрат на природный газ. Если меньше природного газа используется в производстве электроэнергии в результате роста возобновляемых источников энергии, общий спрос на товар будет ниже, и цена упадет. По мере того как электромобили становятся все более распространенными, такая же связь устанавливается с нефтью. Более низкие цены на электроэнергию делают электромобили более привлекательными, снижая потребность в бензине и дизельном топливе.Таким образом, со временем цена на электроэнергию станет важным фактором, определяющим цену на нефть.
Роль электричества как установщика цен на ископаемое топливо можно наиболее четко увидеть, сравнив оптовую цену в Великобритании 6-7 июня со стоимостью газа. Краткосрочная рыночная цена на уровне 13 фунтов была лишь немногим выше эквивалентной цены на оптовый газ, составляющей около 12,50 фунтов стерлингов за мегаватт-час. Другими словами, в течение одного 24-часового периода электричество, которое обычно считается источником энергии премиум-класса, было всего на несколько процентов дороже, чем топливо, которое обычно используется для его производства.(Между прочим, нефть за 50 долларов в энергетическом выражении эквивалентна примерно 25 фунтам стерлингов за мегаватт-час, что в два раза превышает цену газа. В долгосрочной перспективе возобновляемые источники энергии также будут сдерживать рост цен на нефть).
Большая часть электроэнергии покупается и продается по контрактам на несколько дней или месяцев вперед, и эти цены будут значительно выше, чем на спотовом рынке 7 июня. Но, тем не менее, краткосрочные индикаторы дают мощный сигнал инвесторам, которые думают об инвестировании в производство электроэнергии на ископаемом топливе.Поскольку ветер и солнечная энергия становятся преобладающими источниками электроэнергии, использование газа или угля для производства электроэнергии становится все более и более плачевным. Например, новая газовая генерация потребует крупных субсидий по всей Европе, если будут построены электростанции.
Тесная связь между ценами на ископаемое топливо и затратами на возобновляемые источники энергии станет более сильной, поскольку доля электроэнергии в общем потреблении энергии будет все больше. Во-первых, я хочу проиллюстрировать один пример, который, как мне кажется, не привлекает достаточно внимания: вероятный переход от использования метана к электролизу воды в качестве основного способа получения водорода.
Электролизный водород
В мире производится около 50 миллионов тонн водорода в год. (Некоторые источники предполагают, что это нечто большее). Газ используется в качестве добавки на нефтеперерабатывающих заводах, в качестве сырья для производства аммиака и для многих различных промышленных процессов, включая, например, производство маргарина.
Сегодня почти весь водород производится путем так называемого «парового риформинга», обычно из метана (основного компонента природного газа).Поток газа смешивается с высокотемпературным паром в присутствии катализатора. Конечный продукт процесса представляет собой смесь CO2 и водорода. Ценный водород собирается, а CO2 сбрасывается в атмосферу. Если мои расчеты верны, водород, производимый сегодня в процессе парового риформинга, вызывает около 500 миллионов тонн выбросов в год, или более 1% глобальных парниковых газов. [1]
Водород можно также получить электролизом воды. Электричество используется для расщепления молекулы на водород и кислород.Если бы его производили с использованием водного электролиза, на мировое производство водорода сегодня потребовалось бы около 15% мирового производства электроэнергии. Когда производство h3 будет переключено с использования метана на использование излишков электроэнергии, водород станет важным методом уравновешивания мировых энергосистем. Когда электричество в избытке, электролизеры будут включены. Их работа прекратится, когда станет мало электричества.
В прошлом электролиз использовался очень редко, потому что источник энергии, электричество, был дороже, чем газ, используемый для парового риформинга.
Это все еще правда? Нам необходимо изучить энергоэффективность парового риформинга, его эксплуатационные и капитальные затраты, а также относительные цены на газ и электроэнергию.
· Грубо говоря, новая электролизная установка сегодня обеспечивает энергоэффективность около 80%. То есть энергетическая ценность производимого водорода составляет около 80% электричества, используемого для расщепления молекулы воды. Эффективность парового риформинга составляет около 65%.
· Однако капитальные затраты на установку парового риформинга в настоящее время ниже стоимости нового электролизера аналогичной мощности.В отчете о проекте по переоборудованию района Лидс в Северной Англии с природного газа на водород для бизнеса и бытового использования предполагалась стоимость установки парового риформинга около 600 000 фунтов стерлингов на мегаватт мощности. Как и многое другое в низкоуглеродной экономике, затраты на электролизеры быстро падают. Некоторые производители предполагают, что стоимость электролизера составит около 700 000 фунтов стерлингов за мегаватт в течение следующего года или около того. ITM Power, производитель электролизеров в Шеффилде, заявляет, что его затраты уже ниже 1 миллиона евро (около 870 000 фунтов стерлингов) на каждый мегаватт мощности.По мере резкого увеличения размеров электролизеров — скоро мы можем увидеть устройства на 10 мегаватт — стоимость единицы мощности будет снижаться. В конечном итоге электролизеры будут значительно дешевле оборудования парового риформинга.
· Электролизеры не требуют значительного обслуживания или большого административного труда. Паровой риформинг требует более высоких эксплуатационных затрат, но мне не удалось получить точных оценок. (Если у вас есть хороший источник, я был бы очень благодарен об этом). Поэтому я проигнорировал это число.
· Независимо от того, производится ли водород путем парового риформинга или электролиза, потребуется хранение как под низким, так и под высоким давлением. Затраты будут эквивалентными, если, например, электролизер не будет работать только при низких ценах на электроэнергию. В этом случае путь электролиза неизбежно потребует большего объема памяти.
Мы можем приблизительно оценить относительные затраты на производство водорода с помощью электролиза при различных ценах на электроэнергию и сравнить их со средней ценой на водород в Европе сегодня.Насколько я могу судить, водород от парового риформинга в настоящее время стоит около 5 пенсов за киловатт-час энергетической ценности, поставляемой пользователю на месте. [2] Это число не связано с какими-либо затратами или налогами на выбросы CO2 в атмосферу. Даже при нынешних низких ценах на углерод это добавит к полностью рассчитанной стоимости h3.
Когда падение цен на электроэнергию сделает более экономичным получение водорода путем электролиза? Давайте посмотрим на элементы, составляющие стоимость водорода при электролизе
· Капитальные затраты на электролизер.Я предполагаю, что закупочная цена (включая установку) составляет 700 000 евро за МВт мощности для использования электроэнергии для производства водорода. Это ниже, чем цена, которая была бы достигнута сегодня, но должна быть возможна к 2019/2020 году. Я предполагаю, что электролизер будет работать около 4000 часов в год, в основном, когда электроэнергия дешевая из-за обильного ветра или солнца. При ставке дисконтирования 7% владельцу необходимо будет зарабатывать 65 000 евро в год, чтобы покрыть расходы в течение 20 лет. Стоимость 1 МВт-ч электроэнергии в течение более 4000 часов составляет 16 евро.25. Для простоты я переведу это в 14,15 фунтов стерлингов за МВтч по сегодняшнему обменному курсу
фунтов стерлингов / евро · Текущие расходы. Оценок для этого немного, но число невелико. Я оцениваю 5 евро за МВтч, или 4,35 фунта стерлингов. Я считаю это консервативным.
· Стоимость электроэнергии. Это критический элемент. До недавнего резкого падения оптовых цен на электроэнергию цена на электроэнергию казалась дорогостоящей. Я взял для анализа достаточно типичный день — вчера, 4 июля 2017 года.В отличие от дней в начале июня, упомянутых в начале статьи, здесь не было особенно солнечно или ветрено. Я думаю, что будет справедливо использовать этот день как образец летних цен на электроэнергию. Средняя цена на краткосрочном балансирующем рынке составила 35,87 фунта стерлингов в течение 24 часов. Однако за 11 часов с самой низкой ценой (22 получасовых периода) это было 23,92 фунта стерлингов. Поскольку я предполагаю, что электролизер работает 11 часов в день (около 4000 часов в год), я использую эту среднюю цену.
Цены на электроэнергию на «балансирующем рынке» Великобритании на 4 июля 2017 года
Фотокаталитическое солнечное производство водорода из воды в масштабе 100 м2
Беспрецедентное влияние человеческой деятельности на климат Земли и продолжающийся рост мирового спроса на энергию оказали все большее значение имеет разработка источников энергии с нулевым выбросом углерода.Водород является привлекательным и универсальным энергоносителем (а также важным и широко используемым химическим веществом), получаемым из воды путем фотокатализа с использованием солнечного света и путем электролиза, приводимого в действие солнечной или ветровой энергией 1,2 . Наиболее эффективные схемы производства солнечного водорода, которые соединяют солнечные элементы с системами электролиза, достигают эффективности преобразования солнечной энергии в водород (STH) 30% в лабораторных масштабах 3 . Фотокаталитическое разделение воды обеспечивает заметно более низкую эффективность преобразования, составляющую всего около 1%, но конструкция системы намного проще и дешевле и более удобна для масштабирования 1,2 — при условии, что влажная стехиометрическая смесь водорода и кислорода может безопасно обрабатываться в полевых условиях и рекуперированный водород.Расширяя нашу предыдущую демонстрацию системы панельного реактора 2 площадью 1 м на основе модифицированного фотокатализатора в виде частиц титаната стронция, легированного алюминием 4 , мы сообщаем о безопасной эксплуатации 100-метрового массива панельных реакторов 2 в течение нескольких месяцев с автономное извлечение водорода из смеси влажных газов с использованием промышленной полиимидной мембраны 5 . Система, оптимизированная с точки зрения безопасности и долговечности и остающаяся неповрежденной при преднамеренном воспламенении рекуперированного водорода, достигает максимального значения STH, равного 0.76%. Несмотря на то, что производство водорода неэффективно и в целом имеет отрицательную энергию, наши результаты показывают, что возможно безопасное крупномасштабное фотокаталитическое расщепление воды, а также сбор и разделение газов. Чтобы сделать технологию экономически жизнеспособной и практически полезной, важными следующими шагами являются оптимизация реактора и процесса для существенного снижения затрат и повышения эффективности STH, стабильности фотокатализатора и эффективности разделения газов.
Проект по изучению потенциала сточных вод в производстве водорода
Голубика | iStock | Getty Images
Австралийские исследователи должны работать с коммунальными предприятиями и исследовать использование сточных вод при производстве водорода, чтобы повысить его устойчивость и максимизировать ресурсы.
В рамках проекта команда из Университета Монаш в Мельбурне будет работать с четырьмя компаниями через Water Research Australia: Yarra Valley Water, Melbourne Water, Southeast Water and Water Corporation.
Описанный Международным энергетическим агентством как «универсальный энергоноситель», водород имеет широкий спектр применений и может быть использован в таких секторах, как промышленность и транспорт.
Может производиться разными способами. Один из методов включает использование электролиза с разделением воды на кислород и водород с помощью электрического тока.Если электричество, используемое в этом процессе, поступает из возобновляемых источников, таких как ветер или солнце, то некоторые называют его «зеленым» или «возобновляемым» водородом.
В объявлении от понедельника — Университет Монаша опубликовал такое же заявление на прошлой неделе — Water Research Australia сообщила, что проект будет направлен на «решение проблемы нехватки воды в процессе производства водорода».
Это будет сделано за счет «разработки инновационного подхода, который повторно использует использованную воду в качестве сырья для производства водорода путем электролиза воды.«
Среди тех, кто комментировал этот проект, был Сиванг Чжан, профессор химической инженерии в университете Монаш.
« Количество сточных вод, доступных в настоящее время для использования, намного превышает количество воды, необходимое для электролиза воды для производства водорода », — сказал он.
Большая часть очищенной воды в Австралии, пояснил он, либо «сбрасывалась в окружающие водоемы, либо использовалась для орошения после очистки на централизованных городских очистных сооружениях».«
« Учитывая, что объем очищенной воды с этих заводов очень стабильный, это многообещающий источник воды для электролиза воды », — сказал он. Производство водорода не является уникальным для проекта в Австралии.
В марте, например, университет Ковентри заявил, что его исследователи работают с водохозяйственной фирмой Severn Trent и Organics Group над проектом по «превращению сточных вод в чистое топливо для танкеров. и другие автомобили.«
» «Северн Трент» в настоящее время уничтожает отработанный аммиак, присутствующий в сточных водах из-за его токсичных свойств, но в рамках данной программы работы он может улавливаться и превращаться в водород », — заявили в британском университете.
В настоящее время подавляющее большинство водорода производство основано на ископаемом топливе, а производство зеленого водорода дорого. Правительство Австралии заявляет, что хочет развивать свою водородную промышленность и производить «чистый» водород по цене менее 2 австралийских долларов (1,45 доллара) за килограмм.
Ранее в этом месяце британский нефтегазовый гигант BP заявил, что «производство зеленого водорода и зеленого аммиака с использованием возобновляемых источников энергии» теперь технически осуществимо в масштабах Австралии.
Заключение энергетической компании было основано на выводах технико-экономического обоснования, обнародованного в мае 2020 года и поддержанного Австралийским агентством по возобновляемой энергии, разработчиком солнечной энергии Lightsource bp и фирмой, предоставляющей профессиональные услуги GHD Advisory.
В заявлении BP описала обширный штат Западная Австралия как «идеальное место» для развития «крупномасштабных активов возобновляемых источников энергии, которые, в свою очередь, могут производить зеленый водород и / или зеленый аммиак для внутреннего и внешнего рынков».«
Основы водорода — Производство
Водород не является источником энергии, а является вектором или переносчиком энергии. Это означает, что он должен производиться из одного из основных источников энергии: ископаемого топлива, ядерной энергии, солнечной энергии, ветра, биомассы, гидро-, геотермальных и городских отходов. Вся энергия, которую мы используем, включая водород, должна производиться из одного из этих трех основных источников энергии.
На Земле водород встречается в сочетании с другими элементами.Например, в воде водород сочетается с кислородом. В ископаемом топливе он сочетается с углеродом, как в нефти, природном газе или угле. Задача состоит в том, чтобы отделить водород от других природных соединений эффективным и экономичным способом. См. Таблицу «Пути производства водорода» ниже, чтобы узнать об уникальных способах производства водорода из трех источников.
Есть несколько методов производства или извлечения водорода. Паровой риформинг — это хорошо зарекомендовавшая себя технология, позволяющая получать водород из углеводородов и воды.В настоящее время паро-метановое преобразование производит около 95 процентов водорода, используемого в Соединенных Штатах.
Другой традиционный метод — электролиз, при котором электрический ток разлагает воду на молекулы водорода и кислорода. Электроэнергия для электролиза может поступать из любого из трех источников энергии.
Стоимость производства водорода — важный вопрос. Стоимость водорода, полученного путем паровой конверсии, примерно в три раза превышает стоимость природного газа на единицу произведенной энергии.Это означает, что если природный газ стоит 6 долларов за миллион британских тепловых единиц, то водород будет стоить 18 долларов за миллион британских тепловых единиц. Кроме того, производство водорода путем электролиза с использованием электроэнергии по цене 5 центов / кВтч будет стоить 28 долларов на миллион британских тепловых единиц — чуть меньше, чем в два раза стоимости водорода из природного газа. Обратите внимание, что стоимость производства водорода из электричества является линейной функцией затрат на электроэнергию, поэтому стоимость электроэнергии 10 центов / кВт · ч означает, что водород будет стоить 56 долларов за миллион британских тепловых единиц.
Перечень стоимости и рабочих характеристик различных процессов производства водорода выглядит следующим образом:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||