Нет, белый водород не является безграничным источником чистого топлива

Это не является основой для радикального расширения использования водорода в энергетической экономике, но вселяет некоторую надежду на декарбонизацию части текущего использования водорода.

К

Опубликовано

Недавно люди просили меня высказать мнение о новом цвете водорода — белом. Моя цветовая слепота делает весь цветовой спектр водорода еще более глупым, чем он есть сейчас, поскольку я думаю, что в настоящее время у нас на 23 цвета больше, чем требуется.

На самом деле существует только два типа водорода — низкоуглеродистый водород и высокоуглеродистый водород. Если применяются цвета, они должны быть зелеными и черными. Основатели Hydrogen Science Coalition, инженеры с длительным профессиональным и академическим опытом работы с водородом, спорили между собой о том, какой должна быть точка отсечения, согласованная с климатическими решениями, для производства водорода, и остановились на килограмме углекислого газа или его эквивалента (CO2e), образующегося при производстве. килограмм водорода. Этот довольно хороший порог предполагает, что килограмм или меньше — зеленый, а все остальное — черное. Я бы согласился с этим. По крайней мере, я мог различать цвета.

Речь идет об углеродоемкости водорода на протяжении всего жизненного цикла, а не о процессе или сырье, используемом для его производства. Все цвета — это всего лишь варианты процесса или источника, что вызывает головную боль даже у людей с нормальным цветовосприятием, не говоря уже о конкурирующих определениях цветов.

Давайте немного разберемся, что означает интенсивность выбросов углерода один килограмм на килограмм. Для производства килограмма водорода с помощью электролиза, с учетом баланса установки, требуется от 55 до 60 кВтч электроэнергии. Между прочим, оно не станет волшебным образом меньше по мере того, как мы приближаемся к пределам физики в этом вопросе. На него не распространяется закон Райта, согласно которому удвоение количества произведенных единиц снижает затраты на единицу продукции на 20–27%. Экономия на масштабировании доступна для производства водорода, но в основном за счет создания очень крупных заводов, которые по-прежнему будут очень капиталоемкими.

Если использовать один килограмм CO2-эквивалента, это означает, что на каждый кВтч электроэнергии может приходиться около 18 граммов CO2-эквивалента. Это прекрасно работает в моей родной провинции Британская Колумбия в Канаде от сетевого электричества, интенсивность выбросов углекислого газа которого составляет 12,9 граммов CO2-эквивалента на кВтч. В Вермонте уровень выбросов CO2-экв на киловатт-час еще ниже, и он может производить экологически чистый водород по этому определению из сетевого электричества, в то время как даже штат Вашингтон не может сократить его до уровня примерно 84 граммов CO2-экв/кВт-ч. В Европе Швеция находится ближе всего к этому показателю, но ее выбросы по-прежнему составляют 45 граммов CO2-экв/кВтч, что более чем в два раза превышает пороговое значение. И вся сетевая электроэнергия декарбонизируется, хотя и не так быстро, как требуется. В конечном итоге все сети окажутся в пределах Британской Колумбии и Вермонта.

Тем не менее, я бы предпочел иметь сетевой водород в Вермонте или Швеции, чем водород, производимый из природного газа, который между выбросами метана в процессе добычи и процессом паровой конверсии составляет 10 килограммов CO2-эквивалента на килограмм водорода. А голубой водород, скорее всего, снизит это значение только до 2-4 килограммов CO2e на килограмм водорода, а нижний предел этого диапазона требует очень строгого управления выбросами метана.

Для контекста степени лоббирования вокруг того, что представляет собой «зеленый» водород, правила ЕС для возобновляемого водорода определяют достаточно высокую углеродоемкость на уровне 3,38 кг CO2-эквивалента на килограмм водорода. Да, Коалиция водородной науки считает, что это не очень хороший уровень. Да, существует много критики в адрес такой интенсивности выбросов углерода из самых разных источников. Для этого есть веская причина. Это даже отдаленно не связано с достижением климатических целей, даже если ЕС не был по глупости и временно одержим идеей сделать водород носителем энергии. Но это вполне достижимо для получения водорода из природного газа. Удобно, нет?

Почему я так сосредоточен на сетевом электричестве? Две причины.

Во-первых, 85% водорода, который мы используем сегодня, производится на месте использования. Это потому, что распространение водорода очень дорого. Большинство автомобильных насосов на водородных топливных элементах перекачивают черный водород, полученный из ископаемого топлива. Это самая дешевая форма водорода, которая у нас когда-либо была. В США можно производить водород из дешевого природного газа по цене чуть менее одного доллара США за килограмм. Несмотря на это, стоимость доставки водорода в грузовике обычно составляет 10 долларов США за килограмм. А килограмм водорода, подаваемый насосом топливных элементов, за последние несколько лет колебался в пределах 15-25 долларов США.