Можно ли использовать водород для газовой плиты

В конце 70-ых президент США Джимми Картер, один из активнейших пропагандистов альтернативной энергетики, организовал установку небольшой солнечной панели на крыше Белого дома, чтобы на практике продемонстрировать общественности эффективность солнечной энергии. В 1986 году работавшая на солнечной энергии теплоэлектроцентраль, которая обслуживала Белый дом, дала течь и была демонтирована. Тогда же окончательно сошли на нет все усилия Администрации Картера по внедрению возобновляемых энергоресурсов, потому что перепроизводство нефти столкнуло мировые цены на углеводороды на уровень $10 за баррель.

Тем не менее никуда не делась так называемая «энергетическая трилемма», заключающаяся в создании доступной, экологически чистой и безопасной энергии. И еще долго правительства по всему миру считали ее идеальным разрешением развитие трех альтернативных источников энергии: солнце, ветер и биотопливо. Сегодня былая любовь охладела и стало ясно, что альтернативные источники энергии гораздо дороже, менее надежны и эффективны, чем традиционные.

Но запрос на экологичность сохраняется и главная его жертва– уголь, несмотря на то, что сегодня именно из него производится 40% энергии. Конечно, едва ли те же США, которые владеют 25% мировых запасов угля (и фактически являются «угольной Саудовской Аравией») в ближайшее время полностью исключат уголь из своих энергетических цепочек, но процесс идет во всем мире. Но та же Великобритания уже прошла весь путь от начала до конца и 27 апреля 2017 года положила конец использованию в стране угля для производства энергии. В этот день впервые с 1882 года уголь не использовался в производстве энергии на всей территории Британских островов.

При этом ожидается, что к 2040 году мировой спрос на энергию возрастет примерно на 40%. Что же станет движущей силой этого роста. Очевидно, что без технологических прорывов в альтернативной энергетики это будет ископаемое топливо. Причем именно для природного газа открываются прекрасные шансы стать тем топливом, которое будет управлять мировой экономикой в обозримом будущем.

Газ получил гораздо более широкое промышленное применение, чем нефть или уголь. Его массово используют для производства пластмассы, удобрений и широкого ассортимента химических продуктов. Около 30% мирового потребления газа приходится на промышленное использование (не в качестве топлива). Из всех видов ископаемого топлива природный газ является экологически самым чистым.

Ожидается, что к 2040 году потребление газа увеличится примерно на 60% и достигнет 203 трлн кубических футов, а к 2031 году газ полностью заменит уголь в производстве энергии в ЕС и США, а его доля в объеме всей производимой в мире энергии составит около 45%.

Есть как минимум два тренда, позволяющие делать вывод о том, что с каждым годом газовая промышленность будет чувствовать себя все лучше.

Во-первых, активно использование водорода в качестве альтернативного топлива. Уже при существующей инфраструктуре водород используется вместо природного газа для отопления зданий и приготовления пищи; использование энергии из возобновляемых источников для этих целей невозможно, за исключением разве что биогаза, но при его применении в широких масштабах возникают определенные экологические проблемы. Энергия, которую производят генераторы, работающие на водородном топливе, дешевле энергии из возобновляемых источников.

Причем здесь газ? Разгадка в том, что водород образуется, в основном, при высоких температурах в результате взаимодействия водяного пара с метаном. Сегодня полученный таким образом водород применяется, главным образом, в производстве аммиака для удобрений и является одним из важнейших промышленных продуктов переработки природного газа. Хотя сам по себе водород можно получать из воды методом электролиза, дешевле производить его из природного газа, централизовано отделяя побочный продукт CO2. Конечно, процесс преобразования природного газа в водород по-прежнему связан с выбросами углекислого газа, но их объемы в расчете на единицу произведенной электроэнергии намного ниже, чем выбросы от двигателя внутреннего сгорания на газовом топливе.

Показательно выступление на недавней газовой конференции Дэна Сэдлера, специального советника компании Northern Gas Networks. Говоря о ситуации в Великобритании, он отметил, что страна планирут сократить на 80% выбросы углерода к 2050 году. «В краткосрочной перспективе можно получить небольшую экономию углерода за счет таких ресурсов, как биометан, но в долгосрочной перспективе для достижения необходимого уровня декарбонизации наиболее вероятным видится переход к водороду».

По словам Сэдлера, крупномасштабное производство водорода меняет и курс экономики, ориентируя ее на применение процесса улавливания и хранения углерода (УХУ), «что обеспечивает очевидную экономию за счет масштабов и определенности в долгосрочной перспективе». Благодаря этому использование природного газа в сочетании с УХУ обходилось бы дешевле, чем производство водорода из воды, и в долгосрочной перспективе обеспечивало бы сектору добычи природного газа регулярные доходы.

«Водород — это топливо-цель. Мы можем получать чистую энергию за счет использования регенераторов пара метана (РПМ) и процесса УХУ. Со временем, по мере развития устойчивого глобального рынка водорода, мы сможем полностью перейти на применение зеленой энергии, используя водород в качестве основного энергоносителя для уравновешивания зеленой энергии в глобальных масштабах», — сказал Сэдлер.

Во-вторых, газа может стать заменой нефти как транспортного топлива. Этот процесс начался в конце XX века в СССР и Восточной Европе, где значительная часть общественного транспорта работает на газу с середины 80-х годов. В последние дни существования СССР ОКБ Туполева испытало установленный на региональном пассажирском самолете реактивный двигатель, работающий на водороде/метане. И хотя природный газ и/или водород вряд ли заменят реактивное топливо в ближайшем будущем, сжатый газ все чаще используется в качестве автомобильного топлива.

Сегодня СПГ используется в качестве транспортного топлива, в основном, для общественного транспорта в Европе, хотя его использование в качестве автомобильного топлива составляет лишь 1% от общего объема мирового потребления. СПГ, который сжимается при давлении более 3000 фунтов на квадратный дюйм до одного процента от объема, занимаемого при нормальном атмосферном давлении, может сжигаться в двигателе внутреннего сгорания после его соответствующего переоборудования для использования СПГ. Только 0,1 процента природного газа, потребляемого в Соединенных Штатах в 2012 году, использовался в качестве топлива для транспортных средств; но в энергетическом эквиваленте это более 5 миллионов баррелей нефти.

Автомобили на СПГ выделяют гораздо меньше окиси углерода, оксидов азота (NOx) и твердых частиц, чем автомобили на бензиновом двигателе. Главный недостаток СПГ – низкая плотность энергии по сравнению с жидким топливом. Галлон СПГ по энергетической ценности равен только четверти галлона бензина. Поэтому автомобили на СПГ нужно оснащать большими, громоздкими топливными баками, что практически возможно только для крупных транспортных средств, таких как автобусы и грузовики.

Природный газ может сыграть определенную роль в сокращении загрязнений, ведущих к глобальному потеплению, но его использование в качестве транспортного топлива – далеко не лучшее решение в контексте проблемы изменения климата. Например, автомобиль Honda Civic на СПГ дает примерно на 15 процентов меньше выбросов, способствующих глобальному потеплению, чем Honda Civic с обычным бензиновым двигателем; при этом автомобиль Civic на гибридном бензиново-электрическом двигателе стоит меньше и дает на 30% меньше вредных выбросов. Более эффективное использование природного газа в транспортном секторе станет своего рода ресурсом для производства электроэнергии для гибридных автомобилей, в которых предусмотрена подзарядка от сети, или же для производства водорода для автомобилей на топливных элементах, что может сократить примерно на 40% выбросы, способствующие глобальному потеплению.