На этой неделе Канада подписала с Германией крупный энергетический проект, который после завершения строительства превратит продуваемый ветрами полуостров Порт-о-Пор в Западном Ньюфаундленде и Лабрадоре в электростанцию, производящую водород.
Первая фаза проекта предполагает строительство 164 новых ветряных турбин в одном из самых ветреных уголков страны. Идея состоит в том, чтобы использовать возобновляемую энергию, вырабатываемую этими ветряными турбинами, для производства так называемого «зеленого» водорода , который затем можно отправить в Германию, чтобы решить растущие опасения в отношении энергетической безопасности этой страны.
ПОДРОБНЕЕ: Канада и Германия планируют начать поставки водорода в 2025 году
Федеральный министр природных ресурсов Джонатан Уилкинсон говорит, что масштабный проект по превращению ветра в водород является прямым ответом на войну России на Украине, геополитический кризис, который подтолкнул Германию, долгое время зависящую от импорта энергоносителей из России, искать другие источники энергии помимо тех, что Кремль готов предоставить.
Вот тут-то и появляются Канада и Западный Ньюфаундленд с его ветровыми ресурсами.
Канадский рынок водорода в настоящее время оценивается примерно в 6 миллиардов долларов в год, и Канада входит в десятку крупнейших мировых производителей этого ценного элемента. Крупнейшими производителями водорода являются нефтяные компании. Но теперь энергия ветра вот-вот вступит в бой, чтобы выйти на экспортный рынок, который будет расти.
«Я думаю, что зеленый водород может сыграть важную роль в будущем, но в сочетании с другими решениями, чтобы уменьшить нашу зависимость от ископаемого топлива и уменьшить выбросы парниковых газов», — сказал Клеманс Фотё-Лефевр, профессор инженерии в Университете Оттавы. , в электронном письме Global News.
Но что такое водород, как его можно «сделать» из ветра и действительно ли он может быть «зеленым»?
Что такое водород?
Водород – самый распространенный элемент во Вселенной. Он есть везде, в том числе почти у всех живых существ на Земле.
Но как самостоятельный химический элемент водород не встречается в природе свободно. Это потому, что водород очень реактивен, а это означает, что его атомы имеют тенденцию быстро связываться с атомами других элементов. Наиболее распространенным элементом, на который поглощается водород, является кислород. Два атома водорода плюс один атом кислорода, H₂O, — это химический состав воды.
Обилие водорода и тот факт, что он не встречается в природе в свободном виде, представляет собой как возможность, так и проблему для водорода как источника топлива будущего.
ПОДРОБНЕЕ: Причина коррозии нержавейки
Его много, но в отличие от ископаемого топлива, которое можно просто добыть из-под земли и сжечь для производства энергии, водород нужно производить, «оттягивая» его от других химических элементов, особенно от кислорода.
«Водород похож на электричество», — говорит Кит Випке, эксперт по энергетике из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Колорадо, группы, которая работает над улучшением водородной технологии. Подобно тому, как электричество должно быть получено из чего-то, водород тоже должен быть произведен, и наиболее распространенным и доступным способом для этого является преобразование ископаемого топлива, обычно природного газа, но также и угля.
Как производится водород?
Наиболее распространенный процесс получения водорода известен как «паро-метановый риформинг». В этом процессе природный газ, содержащий метан (сочетание четырех молекул водорода и одной молекулы углерода), соединяется с водяным паром. Это отделяет молекулы водорода от метана, создавая так называемый «серый» водород, самую дешевую форму водорода для производства.
Но для отделения водорода от метана требуется энергия, и до сих пор наиболее рентабельным способом производства этой энергии было сжигание ископаемого топлива.
Подавляющее большинство водорода в мире производится путем сжигания ископаемого топлива, которое выбрасывает в атмосферу углекислый газ, главный виновник глобального потепления.
Другими словами, это «чистое» топливо будущего на самом деле не такое уж и чистое.
Введите… силу ветра.
Можно ли производить водород «чисто»?
Есть по крайней мере два способа уменьшить углеродный след водорода. Один из способов — буквально похоронить выбросы CO 2 от сжигания ископаемого топлива, необходимого для производства водорода.
«Если вы берете CO 2 , который образовался (в результате производства водорода), концентрируете его и закачиваете под землю, это, как правило, называется «голубым» водородом», — объясняет Мюррей Томсон, профессор кафедры машиностроения и промышленной инженерии в университете. Торонто и главный научный сотрудник Aurora Hydrogen.
Другой вариант — это то, что известно как электролиз, который включает пропускание электрического тока через воду. Именно этот процесс будет использоваться в проекте по превращению ветра в водород на Ньюфаундленде и Лабрадоре. Чтобы произвести водород с помощью электролиза, воду «расщепляют» — буквально оттягивая два атома водорода в H₂O от одинокого атома кислорода. Это «изолирует» водород, чтобы затем его можно было использовать в качестве источника топлива.
Но процесс электролиза, говорит Томсон, также использует огромное количество энергии — намного больше, чем традиционный способ использования природного газа и пара. Но поскольку электричество, которое проходит через воду для производства водорода, может быть получено с использованием ветра или солнца, теоретически это менее интенсивный подход к выбросам.
Амит Кумар, профессор машиностроения Университета Альберты, говорит, что стоимость производства водорода с использованием энергии ветра «в три-четыре раза выше», чем производство водорода из природного газа с последующим захоронением выбросов CO 2 под землей.
(Существует также реальность транспортировки его через Атлантику. Водород легко воспламеняется и его трудно хранить, тем более перевозить через океан. Его нужно либо охладить и превратить в жидкость, либо преобразовать в аммиак, который можно отправить в Европу и используется в качестве замены природного газа или преобразуется обратно в водород).
С другой стороны, говорит Кумар, использование энергии ветра для производства водорода, каким бы энергоемким оно ни было, по-прежнему производит гораздо меньше CO 2 в целом, поэтому «зеленый» водород рекламируется как экологически чистое энергетическое топливо будущего.
А на полуострове Порт-о-Пор в Ньюфаундленде много ветра. На самом деле постоянно дует ветер.
«Доступность и конкурентоспособность ветра в (Ньюфаундленде и Лабрадоре) исключительны», — говорит Кристофер Джексон, который руководит группой Protium, базирующейся в Соединенном Королевстве, которая поддерживает разработку зеленого водорода. «Это одна из самых исключительных ресурсных сред для ветра в мире».
Учитывая, что нынешние способы производства водорода производят столько же CO 2 , сколько ежегодных выбросов в Соединенном Королевстве и Индонезии вместе взятых, Джексон говорит, что существует огромная возможность «стать зеленым» с этим мощным источником энергии.
«Заправка» водородом?
Несмотря на весь ажиотаж, водород до сих пор не нашел применения во многих повседневных приложениях.
На протяжении десятилетий этот распространенный элемент рассматривался как потенциальная чистая топливная альтернатива бензину. При использовании для питания транспортного средства единственное, что выбрасывается из выхлопной трубы автомобиля, — это вода, достаточно чистая, чтобы ее можно было пить.
Так почему же водороду не удалось вытеснить двигатель внутреннего сгорания, не говоря уже о том, чтобы составить конкуренцию электромобилям, работающим от аккумуляторов?
Причина в том, что в отличие от ископаемого топлива, которое можно сжигать напрямую для производства энергии, водород необходимо сначала преобразовать в энергию в автомобиле. (Поскольку водород очень легко воспламеняется, если его просто сжечь, он быстро воспламенится — подумайте о Гинденбурге).
Для использования энергии водорода требуется так называемый топливный элемент — устройство, которое преобразует водород в электричество, которое затем приводит в действие автомобиль.
Однако этот процесс приводит к большим потерям энергии… около 60 процентов. Гораздо эффективнее использовать литиевую батарею для производства электроэнергии, которая затем генерирует кинетическую энергию для движения вашего автомобиля — вот почему электромобили превзошли водород в качестве метода выбора для создания автомобилей с нулевым уровнем выбросов.
Где водород имеет наибольший смысл, так это в том случае, когда аккумуляторы просто не могут его сократить — подумайте о питании грузовиков, поездов и даже самолетов, как это делает производитель самолетов Airbus с некоторыми прототипами, работающими на водороде.
Водород — невероятно энергоемкое топливо. Это означает, что он обладает гораздо большей мощностью при том же объеме, что и батарея. Например, для питания грузовика, перевозящего груз весом 80 000 фунтов, потребуется батарея размером почти с сам грузовик. Но водородный элемент может легко привести в движение автобус, грузовик или даже самолет, чего не смогла бы сделать батарея, по крайней мере, без постоянной подзарядки.
Другим преимуществом водорода является то, что дозаправка может происходить за долю времени, необходимого для зарядки аккумулятора.
«Сила водорода заключается в его плотности энергии и легкости заполнения», — говорит профессор Томсон. «Я думаю, что первое или наиболее привлекательное применение водорода будет в тяжелых условиях (автомобили)». К ним относятся тяжелые грузовики, отправляющиеся на большие расстояния, карьерные машины, поезда и даже самолеты. Производство стали, которое также является очень энергоемким, также может извлечь огромную выгоду из водорода как источника энергии.
«Ни одно из этих преобразований не произойдет в одночасье, но если мы будем постоянно над ними работать, могут произойти большие изменения».
Водородная золотая лихорадка
Несмотря на обещание водорода, не все прыгают на подножку водородной подножки.
Вернувшись в Ньюфаундленд, жители Стивенвилля, где консорциум, возглавляемый гигантом возобновляемой энергетики World Energy GH 2 , хочет построить проект по производству энергии из ветра в водород, беспокоятся о том, что массовое увеличение числа ветряных мельниц сделает с их живописным полуостровом.
Ник Мерсер, исследователь с докторской степенью в Университете Далхаузи, который называет Стефенвилл своим домом, обеспокоен тем, как провинция, которая все еще является относительно новой для ветроэнергетики, может установить десятки турбин в такой короткий срок. (Группы, стоящие за проектом, надеются, что первые поставки в Европу начнутся к 2025 году).
«Это мегапроект, и он будет иметь мега последствия», — говорит он. «Если вы посмотрите на карту (проекта), это похоже на игру «Морской бой» — весь полуостров превращается в ветряную электростанцию».
Еще одной проблемой, по его словам, является тот факт, что у Ньюфаундленда и Лабрадора не было большого опыта в других мегапроектах по возобновляемым источникам энергии, что указывает на бесполезную работу гидроэлектростанции Маскрат-Фолс.
Он задается вопросом, почему энергия, полученная от всей этой ценной энергии ветра, не будет использоваться для выработки электричества, которое можно использовать для питания всего, от домов до электромобилей, вместо того, чтобы использовать эти драгоценные возобновляемые источники энергии в высокоинтенсивном процессе для создания « «зеленый» водород, который затем переправляется через Атлантику с использованием еще более энергоемких процессов.
Тем не менее, противодействие проекту экологически чистой энергии является дилеммой, говорит он, потому что, как исследователь возобновляемых источников энергии, он хочет, чтобы Канада быстро отказалась от ископаемого топлива.
Он говорит, что все сводится к тому, чтобы право собственности и контроль над такими проектами находились в руках местных сообществ, включая коренные народы. Вместо этого, опасается он, ресурсы Ньюфаундленда и Лабрадора продаются частным корпорациям и «миллиардерам», у которых нет «социальной лицензии» на использование этого богатства.
Это, по его словам, неприемлемо и является парадоксом революции чистой энергии.
«Я не готов к такой форме развития».