Светът, в който живеем, постоянно е изправен пред нови предизвикателства в сферата на енергийните източници. В светлината на бързо променящия се климат, постигането на „нула емисии“ чрез т.нар. „зелена енергия“ добива все по-голямо значение за бъдещето на човечеството. Водещите държави отдавна разработват и изпробват различни алтернативни енергоизточници, които да заемат мястото на вредните за планетата ни изкопаеми горива. Въпросът е – има ли наистина сериозен претендент, който има потенциала да им бъде достоен заместител? Едно име, което често се посочва като възможен вариант, е това на водорода. Водородът се разглежда като важен енергиен носител в бъдещия декарбонизиран свят, тъй като при изгарянето му се отделят единствено вода и топлина.
Какво всъщност представлява водородът?
Най-общо казано, той е най-разпространеният елемент в природата, съставляващ впечатляващите 75% от масата на Вселената. На Земята много рядко се среща в чист вид. Може да бъде открит най-често в комбинация с кислород под формата на вода. Само по себе си това означава, че трябва да бъде преработен, за да бъде добит. Именно цената на процеса на преработка е една от основните спорни точки около рентабилността на водорода като алтернативен източник на енергия.
Видове водород
Има два основни начина за добиването на водород – термичен процес или т.нар. парна компресия и електролиза.
Към момента за преработката на водород основно се използва термичният процес (95% от случаите), тъй като електролизата, при която се използва основно електричество, е все още твърде скъп метод. При парната компресия се използват добре познатите ни въглеводородни горива, като природен газ, дизел, газифицирани въглища и др. Придобитият по този метод водород е получил названието „сив“ водород. Въпреки че засега това е водещият метод за получаване на водород, той често бива критикуван поради отделянето на големи емисии въглероден диоксид.
Индустрията предлага информация, представяща в благоприятна светлина стандартната термична обработка или получаването на т.нар. „син“ водород. Той често бива представян като по-екологичен, по-ниско емисионен вариант. Но така ли е наистина? „Синият“ водород също се добива с помощта на природен газ, чрез т.нар. парна компресия (реформинг) на метан. Какво го различава от „сивия водород“? Идеята при този метод е вредните емисии от въглероден диоксид и метан, които се отделят при преработката, да бъдат „уловени“ и „съхранени“ под земята.
Индустрията обещава цели 90% от тези вредни емисии да бъдат „улавяни“, но на практика това не се получава. Предприятие на „Shell” в Канада е едно от двете в световен мащаб, които работят изцяло с този метод и според независимо изследване на „NGO Global Witness“ едва 48% от емисиите на метан биват действително „улавяни“, останалата част отива в атмосферата. Наистина притеснителното в случая е, че метанът има много по-силно загряващо действие от въглеродния диоксид, което оставя „синия“ водород като алтернатива доста далеч от целта „нула емисии“.
Добрата новина е, че има метод за преработка на водород, който наистина отговаря на стандарта за „нула емисии“. При него се използват само възобновяеми източници на енергия, като слънце, вятър и др. При този вид обработка се получава т.нар. „зелен“ водород. И този метод обаче не е лишен от недостатъци. Макар и екологичен, той засега е далеч по-скъп от останалите два варианта на термичния процес. Това е и причината на този етап добивът, както следователно и употребата му, да са все в доста по-малки количества. От друга страна, наблюдаваме устойчива тенденция в глобален мащаб към поевтиняване на енергията от възобновяеми източници, което може да спомогне за покачването дела на добив на „зелен“ водород в близкото бъдеще.
Логистични особености
Освен детайлите около преработката на водорода, има още аспекти, свързани с транспорта и съхранението му, които също не бива да се пренебрегват.
Известно е, че водородът има изключително ниска плътност, което го прави много труден за съхранение в големи обеми. Засега само два начина за съхраняване биват използвани в големи мащаби – в течен вид и във вид на газ. Съхранението му под формата на газ изисква резервоари с високо налягане (350-700 бара), но при този начин на съхранение съществува риск от изтичане. Това, в комбинация със силната запалимост на водорода, представлява не малък риск. За съхранението му в течна форма, от друга страна, се изискват много ниски температури, тъй като температурата на кипене на водорода при атмосферно налягане е -252,8°C.
Настоящо и бъдещо приложение
Към момента водородът е намерил сравнително трайно приложение в няколко сфери на индустрията. Повече от половината количество добит водород се използва за производството на амоняк. Второто място се отрежда на рафинирането на петрол. Приблизително равен дял се полага на производството на метанол и употребата на водород в сферата на транспорта. Надеждите са, че в идните години ролята на водорода, и в частност на зеления водород, в сферата на транспорта значително ще нарасне.
Към този момент все още се търсят варианти за оптимизиране на съществуващата инфраструктура, използвана за преноса на изкопаеми горива, тъй като цялостно заменяне на тази инфраструктура би било не само времеемко, но и изключително скъпо. Въпреки опитите в тази посока, за момента електрическите батерии (литиеви батерии) се доказват като доста по-рентабилна, а често и по-екологична опция, особено що се касае до личния транспорт.
Някои от предимствата на електрическите (литиеви) батерии пред водородните горивни клетки са: по-малко загуба на енергия, съответно по-малко оскъпяване; по-добре изградена инфраструктура за пренос и зареждане; по-лесни за производство, в сравнение с недостатъчния производствен капацитет на водорода, особено на „зеления“. Като предимства на водородните горивни клетки пред електрическите (литиеви) батерии се посочват: по-бързото зареждане (няколко минути, в сравнение с часове при електрическите батерии); по-дълъг пробег с едно зареждане; не се влияе от външната температура, докато при електрическите батерии има спад на заряда при много високи температури навън.
Автомобилните производители, които сериозно развиват дейност за внедряване на водорода като алтернативно гориво, засега са Hyundai и Toyota. Техните модели леки автомобили Mirai на Toyota и Nexo на Hyundai към момента все още са единствените водородно задвижвани леки автомобили на пазара. По-голям напредък виждаме при тежкотоварните автомобили, като пример можем да дадем Hyundai, които разположиха по пътищата в Швейцария своите първи 50 водородни камиона. Компанията планира те да достигнат 1600 броя до края на 2025 г. Забелязваме известно прилагане на технологията и в градския транспорт, особено в градове като Чикаго, Пекин, Ванкувър и Лондон. В Германия в експлоатация започват да влизат и първите водородно задвижвани влакове. В следващите 5 години се очаква такива да започват да се движат също във Великобритания, Франция, Италия, Япония и Южна Корея.
Водородното гориво в течна форма вече усилено се използва за космически полети, а някои авиокомпании работят върху разработването на самолети, които да летят с водород. Плановете са първоначално това да се случва на кратки до средно дълги полети.
Водородът постепенно намира своите ниши на приложение в индустрията. Очакванията са, че в следващите две десетилетия ще има значително поевтиняване на добива на „зелен“ водород вследствие на поевтиняването на енергията от възобновяеми източници, а инфраструктурата за пренос ще е значително по-развита.
Автор: Стела Абдулджалил
