Вы когда-нибудь слышали о водородной радуге?
Хотя сам по себе водород бесцветен, индустрия часто использует условные цвета как краткий способ описать процесс, использованный для получения конкретной партии этого газа. Существует серый, зеленый и синий водород, а также более яркие оттенки, например, розовый — целая (почти) радуга!
Водород часто называют климатическим героем, поскольку при его использовании в качестве топлива (например, в автобусах или при производстве стали) не происходит прямых выбросов углекислого газа, связанных с потеплением. По мере того как мир стремится сократить потребление ископаемого топлива, спрос на этот безуглеродный источник энергии может значительно возрасти.
Однако то, как производится водород, может существенно определить, насколько он будет полезен для климата. Здесь и пригодится эта радуга. (Ниже я разместил наглядную таблицу, чтобы вы могли разобраться во всех этих цветах.)
На прошлой неделе Европейская комиссия опубликовала правила, определяющие, что именно считать «возобновляемым» водородом, то есть, что означает, что водород является зеленым. Также на прошлой неделе в журнале Science появилась увлекательная статья о природном, или золотом, водороде.
Итак, давайте погрузимся в водородную радугу и изучим, откуда может взяться это топливо будущего.
Для чего нам нужен водород?
Мы уже активно используем водород: мировой спрос в 2021 году составил 94 миллиона метрических тонн (млн т). Большая часть этого объема пошла на нефтепереработку, а также на производство аммиака (для удобрений) и метанола (для химического производства).
В будущем ситуация, вероятно, изменится, поскольку водород является хорошей заменой ископаемому топливу в транспорте, тяжелой промышленности и других секторах. Если страны будут придерживаться своих климатических обязательств, к 2030 году спрос на водород может достигнуть 130 млн т, причем около четверти придется на новое применение.
Проблема в том, что сегодня производство водорода в подавляющем большинстве случаев требует использования ископаемого топлива, как правило, природного газа. При так называемом производстве «серого» водорода природный газ вступает в реакцию с водой, выделяя водород и выбрасывая углекислый газ.
Однако так быть не должно. Во-первых, мы можем попытаться улавливать выбросы углерода при производстве водорода на основе ископаемого топлива (этот метод дает так называемый синий водород). Это довольно спорный подход, поскольку улавливание углерода дорого, а его эффективность не всегда высока.
Или мы можем полностью пересмотреть процесс и начать использовать электричество для производства водорода. В этом процессе используется электролизер: на входе — вода и электричество; на выходе — водород и кислород. Если электричество, питающее эту реакцию, поступает из возобновляемых источников, водород официально получает звание «зеленого».
Что значит быть «зеленым»?
Именно этот вопрос пытается решить Европейская комиссия своими новыми правилами, представленными на прошлой неделе. Цель состоит в том, чтобы определить, какие проекты по производству водорода будут засчитаны для достижения климатических целей и смогут претендовать на специальное финансирование. (Это финансирование важно, поскольку зеленый водород сегодня значительно дороже серого водорода, получаемого из ископаемого топлива).
Эти новые правила состоят из двух важных частей. Во-первых, зеленый водород должен производиться с использованием возобновляемой электроэнергии. Производители должны либо напрямую подключаться к солнечным и ветровым электростанциям, либо получать энергию из сети и заключать договоры с производителями возобновляемой электроэнергии.
В этом процессе задействовано много возобновляемой электроэнергии. В рамках своего плана по сокращению выбросов и зависимости от российского ископаемого топлива ЕС стремится достичь объема внутреннего производства водорода в 10 миллионов метрических тонн в год к 2030 году, а также импортировать еще 10 миллионов.
Для достижения этой цели по внутреннему производству потребуется 500 ТВт⋅ч возобновляемой электроэнергии. Это почти 15% от общего потребления электроэнергии в ЕС.
Поскольку для удовлетворения спроса на водород требуется так много электроэнергии, регуляторы стремятся избежать сценария, при котором производство водорода просто поглотит все существующие мощности возобновляемых источников.
Для борьбы с этим комиссия потребует, чтобы производители водорода соблюдали принцип, называемый «дополнительностью». По сути, производители водорода должны добавлять новые возобновляемые источники в сеть, а не забирать старые. Таким образом, новые требования гласят, что производители водорода должны использовать возобновляемые источники энергии, введенные в эксплуатацию недавно (в течение последних трех лет).
Правила еще должны быть утверждены, что может занять несколько месяцев. В США аналогичные правила, касающиеся налоговых кредитов для водорода в Законе о снижении инфляции, в настоящее время разрабатываются администрацией Байдена, так что скоро мы узнаем больше о том, что означает «зеленый» для этого рынка.
Что, если бы водород рос на деревьях?
Ладно, не на деревьях, а что насчет подземных запасов? Статья, опубликованная на прошлой неделе в Science, исследует возможность существования природного водорода.
Водород не считался широко распространенным в природе (взгляните, сколько усилий мы приложили для его производства!). Но некоторые исследователи начинают менять свое мнение о том, насколько он может быть обилен.
В нескольких разведочных скважинах были обнаружены довольно чистые потоки водорода, и теперь люди начинают искать месторождения по всей Австралии, Африке и Европе. А почему мы не находили его раньше? Водород не встречается в тех же местах, что и нефть и газ, и в прошлом мало кто его там искал. (Кстати, природный водород иногда называют «золотым».)
Самое удивительное, что этот водород может оказаться возобновляемым ресурсом. Это связано с тем, что реакции, которые его производят, могут происходить естественным путем под землей, когда вода вступает в реакцию с горными породами. Его извлечение также может оказаться довольно дешевым. Остается много вопросов, прежде чем мы откажемся от электролизеров, но очень интересно наблюдать, как водородная радуга пополняется еще одним цветом.
Если вам было сложно уследить за всеми этими цветами, вы не одиноки. В конечном счете, самое важное, что нужно знать, — это не то, какое прозвище присвоено конкретному источнику водорода, а каковы будут итоговые выбросы. Но если вы хотите вспомнить радужную палитру, вот вам таблица!
Обратите внимание, что это не исчерпывающий список, и для некоторых цветов могут существовать альтернативные определения.
Зеленый водород был одной из наших 10 прорывных технологий 2021 года — ознакомьтесь с этим материалом, чтобы узнать больше о том, что поставлено на карту и что потребуется, чтобы сделать его реальностью.
Еще кое-что
Новые аккумуляторы появятся в США. На прошлой неделе Ford объявил о планах построить завод в Мичигане для производства типа литий-ионных аккумуляторов, которые сегодня в основном производятся в Китае. Эти батареи могут обеспечить появление более дешевых и долговечных электромобилей в Северной Америке. Читайте мой материал, чтобы узнать больше о технологии и о том, что ждет этот завод впереди.
Вокруг этого объекта наблюдается много меняющейся динамики и сохраняющейся неопределенности, поскольку Ford планирует лицензировать технологию у китайского аккумуляторного гиганта CATL для производства этих батарей. На этой неделе мой коллега Зейи Янг подробно рассказал в своей рассылке, почему аккумуляторы в последнее время стали такими политизированными.
Зейи также опубликовал на этой неделе материал о том, как Китай добился успеха в развитии своей индустрии электромобилей, который я настоятельно рекомендую.
Следим за климатом
Война в Украине началась ровно год назад на этой неделе. С тех пор она преобразила энергетический ландшафт Европы, ускорив прогресс в области возобновляемых источников энергии, поскольку страны работали над снижением своей зависимости от российского ископаемого топлива. (Bloomberg)
Насколько на самом деле хорош этот электрический грузовик для планеты? Зависит от того, с чем его сравнивать. Мне понравились визуализации в этом материале, демонстрирующие распространение выбросов от различных моделей транспортных средств. (New York Times)
→ Читайте прошлонедельный выпуск рассылки о массивных электромобилях. (MIT Technology Review)
«15-минутный город» — это идея городского планирования, основанная на плотных сообществах, которая может помочь сократить выбросы и сделать жизнь немного приятнее (кто бы отказался от более коротких поездок на работу?). Однако эта концепция превратилась в теорию заговора в интернете. (Wired)
Tesla откроет часть своих зарядных станций в США для всех водителей электромобилей. Этот шаг последовал за активной кампанией со стороны администрации Байдена. (Washington Post)
→ На прошлой неделе я обсуждал это и другие научно-популярные новости на Science Friday! Ознакомьтесь с сегментом для получения дополнительной информации. (Science Friday)
Майнеры криптовалют пытаются изменить свой имидж, чтобы выглядеть более дружелюбными к климату. Экологические группы и исследователи справедливо настроены скептически. (Grist)
United Airlines вкладывает средства в новое топливо, запустив на этой неделе фонд в размере 100 миллионов долларов для инвестирования в новые и существующие проекты «устойчивого авиационного топлива». (Canary Media)
→ Это не первый выход авиакомпании в эту сферу: в прошлом году я писал об одной из ее инвестиций — компании, производящей топливо с помощью микробов. (MIT Technology Review)
Производство никеля, металла, используемого в аккумуляторах электромобилей, удвоилось в Индонезии между 2020 и 2022 годами. Город Лабота расплачивается загрязнением окружающей среды и опасными условиями труда для рабочих. (Wired)
