В останні роки країни всього світу сприяють розвитку водневої енергетики з безпрецедентною швидкістю. Відповідно до звіту, опублікованого спільно міжнародною комісією з водневої енергетики та McKinsey, понад 30 країн і регіонів оприлюднили дорожню карту розвитку водневої енергетики, а глобальні інвестиції в проекти водневої енергетики досягнуть 300 мільярдів доларів США до 2030 року.
Енергія водню — це енергія, що виділяється воднем у процесі фізичних і хімічних змін. Водень і кисень можна спалювати для отримання теплової енергії, а також перетворювати в електрику за допомогою паливних елементів. Водень не тільки має широкий спектр джерел, але також має такі переваги, як хороша теплопровідність, чистість і нетоксичність, а також висока теплота на одиницю маси. Теплоємність водню при тій самій масі приблизно в три рази більша, ніж у бензині. Це важлива сировина для нафтохімічної промисловості та енергетичне паливо для аерокосмічних ракет. Очікується, що воднева енергетика змінить людську енергетичну систему, оскільки все більше закликають до боротьби зі зміною клімату та досягнення вуглецевої нейтральності.
Водневій енергетиці віддають перевагу не тільки через нульовий рівень викидів вуглецю в процесі виділення, але й тому, що водень можна використовувати як носій накопичення енергії, щоб компенсувати нестабільність і переривчастість відновлюваної енергії та сприяти широкомасштабному розвитку останньої. . Наприклад, технологія «електрика в газ», яку просуває уряд Німеччини, передбачає виробництво водню для зберігання чистої електроенергії, такої як енергія вітру та сонячної енергії, яку неможливо використати вчасно, а також транспортування водню на великі відстані для подальшого ефективного використання. використання. Окрім газоподібного стану, водень також може бути рідким або твердим гідридом, який має різноманітні способи зберігання та транспортування. Як рідкісна «сполучна» енергія, воднева енергія може не тільки реалізувати гнучке перетворення між електрикою та воднем, але також побудувати «міст» для реалізації взаємозв’язку електроенергії, тепла, холоду та навіть твердого, газу та рідкого палива, так як побудувати більш чисту та ефективну енергетичну систему.
Різні форми водневої енергії мають кілька сценаріїв застосування. До кінця 2020 року глобальна кількість автомобілів на водневих паливних елементах зросте на 38% порівняно з попереднім роком. Широкомасштабне застосування водневої енергії поступово поширюється з автомобільної галузі на інші галузі, такі як транспорт, будівництво та промисловість. У застосуванні до залізничного транспорту та суден воднева енергетика може зменшити залежність транспортування на далекі відстані та великого вантажу від традиційного нафтового та газового палива. Наприклад, на початку минулого року Toyota розробила і поставила першу партію систем водневих паливних елементів для морських кораблів. У застосуванні до розподіленої генерації воднева енергія може постачати електроенергію та тепло для житлових і комерційних будівель. Воднева енергетика також може безпосередньо забезпечувати ефективну сировину, відновники та високоякісні джерела тепла для нафтохімічної, сталеливарної, металургійної та інших хімічних галузей промисловості, ефективно зменшуючи викиди вуглецю.
Однак, як вид вторинної енергії, водневу енергію нелегко отримати. Водень в основному міститься у воді та викопному паливі у вигляді сполук на землі. Більшість існуючих технологій виробництва водню покладаються на викопну енергію і не можуть уникнути викидів вуглецю. В даний час технологія виробництва водню з відновлюваних джерел енергії поступово розвивається, і водень з нульовими викидами вуглецю можна виробляти з виробництва електроенергії з відновлюваних джерел енергії та електролізу води. Вчені також досліджують нові технології виробництва водню, такі як сонячний фотоліз води для виробництва водню та біомаси для виробництва водню. Очікується, що технологія ядерного виробництва водню, розроблена Інститутом ядерної енергії та нових енергетичних технологій Університету Цінхуа, почнеться через 10 років. Крім того, ланцюг водневої промисловості також включає зберігання, транспортування, наповнення, застосування та інші ланки, які також стикаються з технічними проблемами та обмеженнями вартості. Якщо взяти як приклад зберігання та транспортування, водень має низьку щільність і легко витікає за нормальної температури та тиску. Тривалий контакт зі сталлю спричинить «водневе окрихчення» та пошкодження останньої. Зберігання та транспортування набагато складніше, ніж вугілля, нафти та природного газу.
В даний час багато країн навколо всіх аспектів нового дослідження водню в самому розпалі, технічні труднощі в активізації подолання. З безперервним розширенням масштабів виробництва водневої енергії, а також інфраструктури зберігання та транспортування, вартість водневої енергії також має великий простір для зниження. Дослідження показують, що очікується, що до 2030 року загальна вартість ланцюга водневої енергетики впаде вдвічі. Ми очікуємо, що водневе суспільство прискориться.
Час публікації: 30 березня 2021 р