Водород является самым распространенным элементом: его доля в массе Вселенной составляет более 75%. По сути, водород — это практически безграничный источник энергии, который при сгорании выделяет в три раза больше тепла, чем нефть. Использование водорода завершит эволюционную декарбонизацию производства энергии, идущую на протяжении всей истории человечества. Если, например, в древесине соотношение атомов углерода и водорода составляет 10 к 1, то в природном газе — уже 1 к 4. Основная проблема, мешающая совершить новую энергетическую революцию, заключается в том, что водород на Земле практически не встречается в свободном и чистом виде, как углеводородные источники энергии, а является лишь вторичной формой энергии.
Водород как химический элемент был впервые детально исследован в 1776 году англичанином Генри Кавендишем, а первое практическое применение нашел во Франции в 1794 году, когда недалеко от Парижа был сооружен генератор водорода, используемого для закачки в воздушные шары. Эти аэростаты применялись для воздушной разведки и передачи сообщений. Пионером использования водорода в коммерческих целях стала канадская компания Electrolyser Corp., которая с 1920-х годов является мировым лидером в производстве установок для электролиза.
На сегодняшний день в мире производится около 400 млрд кубометров водорода, но большая часть самого легкого элемента таблицы Менделеева используется не как топливо, а в качестве химического сырья для производства аммиачных удобрений, полипропилена, охлаждения генераторов и моторов и гидрогенизации пищевых органических масел.
Универсальный источник энергии
Водород начал всерьез рассматриваться в качестве универсального источника энергии после арабского нефтяного эмбарго 1973 года. В этом году в Майами (США) состоялась первая международная конференция по водороду, в ходе которой была создана Международная ассоциация водородной энергетики. С этого же времени ведет свой отсчет активная пропаганда водорода в качестве альтернативы нефти и газу. Новый всплеск интереса к водороду наблюдался во второй половине 1990-х годов, когда активно начали заявлять о себе различные «зеленые» движения, которые считают водородную энергетику панацеей от увеличения выбросов углекислого газа в атмосферу и глобального потепления климата.
Нефтегазовые компании тоже начали постепенно обращать свои взгляды на перспективный источник энергии. В частности, в 1996 году в компании Royal Dutch/Shell было создано специальное водородное подразделение. Одним словом, водород стал рассматриваться как серьезная и реальная альтернатива углеводородам.
И вполне закономерно, что уже в 1999 году Исландия впервые в мире объявила о долгосрочных планах создания национальной водородной экономики. Для реализации этой амбициозной задачи было создано СП в составе Royal Dutch/Shell, DaimlerChrysler, Norsk Hydro и ряда исландских предприятий, включая Исландский университет в Рейкьявике. Целью международного консорциума выступает перевод всей исландской экономики на водородные рельсы в течение 20 лет. По плану сначала на водородное топливо должен перейти транспорт, а затем электроэнергетика.
Высокая стоимость трудность транспортировки
Сегодня существует два основных способа промышленного производства водорода. Первый, самый распространенный и дешевый, на который приходится более половины произведенного в мире водорода, называется паровым риформингом. В этом процессе природный газ вступает в реакцию с паром в каталитическом конверторе, при этом происходит высвобождение атомов водорода, а в качестве побочного продукта реакции выступает углекислый газ.
Вторым способом производства водорода является электролиз. Этот процесс известен уже более ста лет и заключается в том, что в воду, электропроводимость которой усиливают за счет добавления электролита, помещают два электрода, положительный и отрицательный. Затем пускают постоянный ток, вода начинает расщепляться, и водород скапливается в виде пузырьков на отрицательно заряженном электроде (катоде), а кислород — на положительно заряженном (аноде).
Широкому промышленному распространению электролиза препятствует высокая стоимость электричества, делая весь процесс в целом в четыре раза дороже, чем производство водорода путем парового риформинга. Но ведь электроэнергию можно получать и не из крупных централизованных электросистем, а из возобновляемых источников. Конечно, это станет возможным лишь в том случае, если стоимость альтернативных источников энергии существенно снизится. При этом тенденция налицо: за последние 30 лет стоимость солнечных батарей снизилась вдвое и продолжает снижаться.
В 1995 году в Эль-Сегундо, штат Калифорния (США), была запущена в эксплуатацию первая солнечная водородная установка, с помощью которой получают водород путем электролиза за счет энергии, накопленной фотоэлектрической системой. Это совместный проект Electrolyser, Solar Engineering Applications и Xerox. Произведенный водород используется в качестве моторного топлива для грузовиков Ford Ranger. В Германии, Италии, Испании, Саудовской Аравии и Финляндии подобные установки строятся и на основе использования ветро- и гидрогенерации электроэнергии, необходимой для расщепления воды. Главным их преимуществом перед методом парового риформинга является отсутствие выбросов углекислого газа и постоянно растущая эффективность. Тем не менее созданию глобального рынка водорода препятствуют до сих пор не решенные проблемы с его хранением и транспортировкой.
