Якого кольору ваш водень? Не весь водень чистий.

Російське вторгнення в Україну та наступний стрибок цін на паливо та інфляцію похмуро нагадують нам про руйнівний економічний вплив нашої залежності від викопного палива. Тим часом температура зростає так само, як і ціни на енергоносії, а хвилі смертоносної спеки цього літа посилюють людські втрати від бездіяльності щодо зміни клімату. Ці подвійні загрози посилюють необхідність для країн відмовитися від викопного палива, зокрема природного газу, і зробити водень переконливою альтернативою екологічно чистої енергії.

Але, щоб допомогти пом’якшити наслідки зміни клімату та декарбонізувати, цей водень повинен бути дійсно без вуглецю. Ми не можемо дозволити собі інвестувати в відоме як чисте паливо, яке викликає більше реклами, ніж змісту. Саме такий ризик становлять певні види водневої енергії, які не містять вуглецю.

Незважаючи на те, що протягом останніх кількох десятиліть популярність водню неодноразово зростала і знижувалася, уряди та промисловість з новою силою інвестують у водневу енергетику. Європейський Союз нещодавно оголосив про 5.4 мільярда євро (5.48 мільярда доларів США). водневі субсидії, а законопроект про інфраструктуру Сполучених Штатів на 2021 рік включав 8 мільярдів доларів на водень інвестиції. За даними Управління енергетичної інформації США, уряди виділили близько 37 мільярдів доларів, а приватний сектор оголосив ще 300 мільярдів доларів на виробництво водню. EIA прогнозує a десятикратне збільшення у водневих потужностях до 2030 року.

Але в цих оголошеннях приховано кілька червоних прапорів. На жаль, багато з цих інвестицій вироблятимуть водень, який з точки зору клімату буде гіршим, ніж викопне паливо. Найбільш показовим є те, що одними з найбільших прискорювачів палива є компанії, які займаються викопним паливом. Ці групи, здається, підтримують паливо, яке обіцяє швидку декарбонізацію, але майже весь водень, що виготовляється сьогодні, використовує величезну кількість природного газу та іншого викопного палива.

Приблизно 99% водню, виробленого в усьому світі, використовують парометановий процес, коли метан походить із природного газу, а пара утворюється при спалюванні викопного палива. Цей процес виділяє водень шляхом розщеплення метану на два компоненти, водень і вуглекислий газ. Цей високовуглецевий, енергоємний процес виробляє так званий «сірий водень».

Його близький родич «блакитний водень» виробляється за допомогою того ж процесу, але його рекламують як чистіший, оскільки його вуглець вловлюється та зберігається. Ані «сірий», ані «блакитний» водень не утворюють викидів вуглецю під час спалювання або перетворення на електроенергію, але витоки метану під час виробництва та транспортування можуть зробити блакитний водень гіршим, ніж використання природного газу.

У спектрі водню існує багато інших колірних варіацій, але незалежно від того, скільки відтінків запроваджує воднева промисловість, «зелений водень» є єдиним кольором, який потенційно може відіграти роль у ефективній декарбонізації економіки. Зелений водень виробляється принципово іншим процесом. Замість пара-метану тут використовується електроліз — відновлювана електроенергія розщеплює воду на водень і кисень.

Отже, з точки зору декарбонізації, зелений водень є єдиним водневим паливом, яке може допомогти декарбонізувати економіку. Але з точки зору PR, лобіювання нафтогазової промисловості, на жаль, має значний успіх у просуванні блакитного водню. Значна частина сьогоднішніх інвестицій у водень, у тому числі в законопроекті про інфраструктуру США, субсидує виробництво як синього, так і зеленого водню. Небезпека полягає в тому, що галас навколо блакитного водню може затримати перехід світу на відновлювані джерела енергії.

Хоча підсумок виробництва водню відносно простий, складніше, яку саме роль повинен відігравати зелений водень у декарбонізації економіки. Розглянемо особистий транспорт, де водневі паливні елементи були першими суперниками. Honda представила свій автомобіль на паливних елементах у 2008 році, а Toyota зробила те саме в 2012 році. Незважаючи на те, що автомобілі на паливних елементах почали комерціалізувати раніше, ніж електромобілі (EV), водневі паливні елементи з тих пір не зробили нічого, крім того, що втратили позиції щодо EV.

Транспортні засоби, що працюють на паливних елементах, вийшли з конкуренції через те, що витрати на електричні батареї впали більш ніж на 90% за останні десятки років, у той час як запас ходу електромобіля зріс понад 300 миль, а інфраструктура зарядки акумуляторів швидко розширилася. Для порівняння, створення інфраструктури для зарядки автомобілів на паливних елементах дуже дороге. Частково в результаті їх лише 46 водневі заправні станції у США, 43 з яких у Каліфорнії.

Сьогодні водень фактично програв гонку в особистому транспорті. Сьогодні на дорогах світу їздить лише 25,000 15 автомобілів на водневих паливних елементах, і лише дві моделі автомобілів на паливних елементах комерційно доступні в США. Для порівняння: на дорогах світу їздять 300 мільйонів електричних і гібридних транспортних засобів із акумуляторними батареями та XNUMX різних моделей.

Водневі автомобілі також мають дуже низький рівень енергетичні характеристики— це можна порівняти з бензиновими та дизельними автомобілями, які використовують лише 30-35% доступної енергії в паливі, що надходить до ведучих коліс. В порівнянні, використання акумуляторних електромобілів 70-80% доступної енергії. Чим більше енергії потрібно для транспорту, тим більше необхідно виробляти відновлюваної енергії, що підвищує витрати. Усе це ускладнює швидку та масштабну декарбонізацію економіки.

Ті самі результати, ймовірно, відбудуться в промисловість комерційних автоперевезень, який є єдиним автомобільним сектором, де виробники все ще не роблять ставку як на електромобілі, так і на технології паливних елементів. Traton, дочірня компанія Volkswagen, яка виробляє бренди Scania, MAN і Navistar, робить ставку на акумуляторну електрику, тоді як Daimler і Volvo вірять у паливні елементи, але також інвестують у акумуляторні електричні вантажівки. Враховуючи вищу ефективність і постійне зниження вартості електричних акумуляторів і нижчу вартість електричних вантажівок, більшість далекомагістральних вантажівок, ймовірно, з часом будуть електричними.

Отже, як щодо інших можливостей водню, таких як накопичення енергії або заправка паливом океанських суден? Це, безумовно, можливості, але всім доведеться боротися з фундаментальною проблемою. Електроліз є відносно простим, але дуже неефективним способом виробництва. Насправді, якби водень вироблявся за допомогою електролізу, що живиться від середньої мережі електроенергії, він мав би вуглецевий слід стільки, скільки втричі гірше для клімату, ніж викопні альтернативи. Звичайно, поки електроенергія, яка використовується в електролізі, походить із відновлюваних джерел, вона залишається чистою, але для виробництва палива потрібна велика кількість відновлюваної електроенергії.

Значний потенційний витік водню під час виробництва, транспортування та використання створює ще одну фундаментальну проблему. Водень — це те, що називають непрямим парниковим газом — він прискорює нагрівання парника завдяки взаємодії з іншими газами в атмосфері. Це може призвести до підвищення концентрації метану, озону та водяної пари в атмосфері, оскільки водень діє як більш потужний парниковий газ, ніж вуглекислий газ. Крім того, хоча водень не має запаху, смаку, нетоксичний і надзвичайно легкозаймистий і вибухонебезпечний, що ускладнює безпечне зберігання.

Оскільки виробництво відновлюваного екологічно чистого водню є дуже енергоємним, це паливо може бути корисним в інших частинах економіки, які важко декарбонізувати. Наприклад, екологічно чистий водень може забезпечувати енергоємний промисловий процес, який нелегко електрифікувати. Volvo нещодавно оголосила, що співпрацює зі шведським виробником сталі SSAB, щоб виробляти безвуглецеву сталь із зеленого водню.

В інших видах транспорту зелений водень може виявитися корисним як паливо для океанських суден і літаків, обидва з яких зараз використовують нафтове паливо. Судноплавна компанія Maersk інвестує в паливні елементи або стиснений водень для своїх контейнеровозів, виробник реактивних двигунів Rolls Royce інвестує в водень для палива літаків, а Jet Blue інвестує в літаки, що працюють на водневому паливі.

Водень відіграє певну роль у декарбонізації економіки, але ми повинні побоюватися ажіотажу щодо цього палива. Блакитний водень — це не чисте джерело енергії, а маркетинговий хід компаній, що займаються викопним паливом, спрямований на подовження терміну служби викопного палива. Інвестування в блакитний водень лише відкладає впровадження відновлюваних джерел енергії. Інвестиції в зелений водень мають бути спеціально спрямованими. Погода цього літа — смертоносна спека та катастрофічні повені по всьому світу — показали нам, наскільки важливо уникати будь-яких затримок у декарбонізації. Ажіотаж щодо водню не може відвести нас убік.