Водород, как энергоноситель и средство снижения выбросов парниковых газов

Георгий Александрович Рябов

doi:10.34831/EP.2022.1093.8.001

Водород, как энергоноситель и средство снижения выбросов парниковых газов

Георгий Александрович Рябов

Аннотация

Считается, что водород -- перспективный энергоноситель для транспорта, может быть использован для хранения энергии и служить средством декарбонизации, заменяя ископаемые топлива. На основе анализа рынка и потребности в водороде, показано, что пока он используется в химической промышленности и нефтепереработке, отмечен широкий диапазон требуемого количества водорода. Водород играет ключевую роль в обезуглероживании транспорта, промышленности, зданий и отчасти производства электроэнергии в «Сценарии устойчивого развития» Международного энергетического агентства. При этом глобальный спрос на водород возрастёт в 7 раз, до 520 Мт к 2070 г.

Существенными ограничениями широкого применения являются высокая стоимость производства водорода, а также трудности его транспортировки. Производство водорода из ископаемого топлива с помощью систем улавливания, использования и захоронения СО₂ (CCUS) останется самым дешёвым низкоуглеродным направлением в регионах с недорогим углём и природным газом, а также доступными хранилищами CO₂ -- Ближний Восток, Северная Африка, Россия и США. Стоимость производства 1_кг водорода таким способом в настоящее время находится в диапазоне от 1,2 до 2,6 дол. США (в зависимости от местных цен на газ и уголь).

На основе анализа свойств водорода в сравнении с природным газом показано, что использование водорода в электроэнергетике экономически не обоснованно даже в условиях требований к декарбонизации. Возможно, что использование смеси природного газа и водорода в определённых условиях может быть и оправданным, прежде всего при очень высоких налогах на выбросы СО₂.

Дано краткое описание разработок ОАО «ВТИ», которые могут создать необходимый научный задел для передовых установок получения водорода из органических топлив без выбросов СО₂.

Ключевые слова

водород, декарбонизация, газификация, пиролиз, электролиз, приведённая стоимость в течение жизненного цикла, углеродный след при производстве водорода.

Полный текст:

PDF

Литература

CSLF Technology Roadmap 2021 [Electronic resource], May 2021. – (www.cslforum.org).

Energy Technology Perspectives 2020 [Electronic resource]: Special Report on Carbon Capture Utilisation and Storage. CCUS in clean energy transitions. -- Paris: International Energy Agency. – (https://webstore.iea.org/ccus-in-clean-energy-transitions).

World Energy Outlook 2020 [Electronic resource]. -- Paris: International Energy Agency. – (https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2020).

Energy Technology Perspectives 2020 [Electronic resource]. -- Paris: International Energy Agency. – (https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020).

Energy Transition Outlook 2020. A global and regional forecast to 2050 [Electronic resource] // DNVG. – (https://eto.dnvgl.com/2020/index.html#ETO2019-top).

Emission gap Report 2020 [Electronic resource] // UNEP (United Nations Environment Programme and UNEP DTU Partnership). – (https://www.unenvironment.org/emissions-gap-report-2020).

The Climate Change Performance Index 2021 [Electronic resource] // New Climate Institue, 2020. – (https://newclimate.org/2020/12/07/the-climate-change-performance-index-2021/).

The Future of Hydrogen [Electronic resource] // IEA, 2019. – Paris. – (https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen).

H-Vision: Blue hydrogen for a green future [Electronic resource] // PoR, 2019. – (www.portofrotterdam.com/en/news-and-press-releases/h-vision-blue-hydrogen-for-a-green-future).

The green hydrogen economy [Electronic resource] // Northern Gas Network, 2018. – (http://verslag.noordelijkeinnovationboard.nl/).

H21 North of England – national launch [Electronic resource] // Northern Gas Networks. – (https://www.northerngasnetworks.co.uk/event/h21-launches-national/), accessed 27 February 2020.

Daloz, W. The quest for CO2-free hydrogen – methane pyrolysis at scale [Electronic resource]: presentation / W. Daloz, F. Scheiff, K. Ehrhardt, D. Flick, A. Bode // ARPA-E Methane Cohort Kickoff. -- Houston, 2019. – (https://arpa-e.energy.gov/sites/default/files/1%20Scale%20up%20BASF.pdf).

Hazer Commercial Demonstration Hydrogen Project Receives Final Investment Decision Approval [Electronic resource] // FuelCellsWorks, 2020. -- (fuelcellsworks.com/news/hazer-commercialdemonstration- hydrogen-project-receives-final-investment-decision-approval/).

The crucial role of low-carbon hydrogen production to achieve Europe’s climate ambition: A technical assessment [Electronic resource]. – (https://zeroemissionsplatform.eu/wp-content/uploads/The-crucial-role-of-low-carbon-hydrogen-production-to-achieve-Europes-climate-ambition-ZEP-report-January-2021.pdf).

Аксютин, О. Метан, водород, углерод: новые рынки, новые возможности [Текст] / О. Аксютин, А. Ишков, К. Романов, Р. Тетеревлев // Нефтегазовая вертикаль. – 2021. -- № 1 – 2. -- С. 40 – 47.

Аксютин, О. Роль российского природного газа в развитии водородной энергетики [Текст] / О. Аксютин, А. Ишков, К. Романов, Р. Тетеревлев // Энергетическая политика. – 2021. -- № 3 (157). -- С 6 – 19.

Гимади, В. Водородная энергетика [Электронный ресурс]: выпуск подготовлен совместно с Госкорпорацией «Росатом» / В. Гимади, А. Амирагян, И. Поминова, А. Курдин, О. Колобов, А. Мартынюк, А. Кутузова, С. Колобанов, А. Подлесная. А. Звягинцева, Л. Антонян // Энергетический бюллетень. – 2020. -- № 89. – (https://e-cis.info/upload/iblock/9e0/9e0103b281016c4d25d41cad3d4a008c.pdf).

Дауди, Д. Перспективы «голубого» водорода в России [Текст] / Д. Дауди, Г. Рожнятовский, А. Ишмурзин, Н. Кодряну, Н. Попадько // Энергетическая политика. – 2021. -- № 3 (157). -- С. 34 -- 43.

Конопляник, А. Альтернативный внешнеэкономический сценарий для российского водорода [Текст] / А. Конопляник // Энергетическая политика. – 2021. -- № 3 (157). -- С 20 – 33.

Prather, M.J. An Environmental Experiment with H2? [Electronic resource] / M.J. Prather // Science. – Vol. 302, No. 5645. -- (https://www.science.org/doi/pdf/10.1126/science.1091060?download=true).

Mehmeti, A. Life Cycle Assessment and Water Footprint of Hydrogen Production Methods: From Conventional to Emerging Technologies [Electronic resource] / A. Mehmeti, A. Angelis-Dimakis, G. Arampatzis, S.J. McPhail, S. Ulgiati // Environment. -- 2018. – Vol. 5, Is. 2. -- (https://www.mdpi.com/2076-3298/5/2/24).

Global Renewables Outlook: Energy transformation 2050 [Text] // IRENA, 2020.

Литвиненко, В.С. Барьеры реализации водородных инициатив в контексте устойчивого развития глобальной энергетики [Текст] / В.С. Литвиненко, П.С. Цветков, М.В. Двойников, Г.В. Буслаев // Записки Горного института. -- 2020. -- Т. 244. -- С. 428-- 438. – (DOI: 10.31897/ PMI.2020.4.5).

Конопляник, А. Чистый водород из природного газа [Текст] / А. Конопляник // Газпром. – 2020. -- № 9. -- С. 20 -- 28.

Ольховский, Г.Г. Разработка отечественной ПГУ с газификацией угля [Текст] / Г.Г. Ольховский, С.И. Сучков, П.А. Березинец [и др.] // Теплоэнергетика. – 2010. – № 2. – С. 19 -- 26.

Chiesaa, P. Three-reactors chemical looping process for hydrogen production [Text] / P. Chiesaa, G. Lozzaa, A. Malandrinob // International Journal of Hydrogen Energy. – 2008. – Vol. 33, Is. 9. – P. 2233 -- 2245. – (doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.02.032).

Khan, M.N. Techno-economic assessment of a plant based on a three reactor chemical looping reform-ing system [Text] / M.N. Khan, T. Shamim // International Journal of Hydrogen Energy. – 2016. – Vol. 41, Is. 48. -- P. 22677 – 22688. – (http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.09.016).

Рябов, Г.А. Использование технологии химических циклов для производства водорода [Текст] / Г.А. Рябов // Альтернативная энергетика и экология. – 2021. -- № 04-06 (362-364). – С. 82 – 92. – (doi: 10.15518/isjaee.2021.04-06.082-092).

Ryabov, G. The investigation of mass flux profile and separation of binary mixture of ash and metal oxide for chemical looping combustion of solid fuels [Text] / G. Ryabov, O. Folomeev, I. Dolgushin // Proc of 23-rd Int. Conf. on FBC. – Korea, Seoul. – 2018. -- May 13 – 17. – P. 468 -- 476.

Ryabov, G. The Investigation of fluidization of solids mixture with different particles density [Text] / G. Ryabov, D. Sankin, O. Folomeev, I. Dolgushin // Proc. of CFB12. – Poland, Krakow. -- 2017. -- May 24 – 26. -- P. 179 – 186.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2022.1093.8.001