Последнее время все перевозбуждены новой модной темой “Водородной энергетикой”. Уже даже Газпром заявил, что готов по трубам вместе с природным газом, транспортировать водород.
Водород имеет два основных преимущества:
- это экологически чистое топливо, так как продукты окисления обычная вода;
- планируется его использовать как аккумулятор энергии для зеленой энергетики.
С этих позиций и оценим перспективы водородной энергетики.
Для начала надо понять как получают водород и сколько он стоит. Википедия заявляет, что сейчас водород стоит $2,5 за килограмм, но есть перспектива снижения стоимости до $1,5. Не очень понятно, откуда такие цифры и по какой стоимости были учтены ресурсы для получения водорода.
Чтобы с этим разобраться применим другой подход – посмотрим сколько водорода получается при использовании различных способов его получения.
Но перед этим, сделаем небольшую остановку. 1 кг H2, который стоит 150-100 рублей, дает 140 МДж. Это около 6 м3 природного газа, который у нас стоит около 35 рублей. На этом можно было бы и закончить… но может водород в Википедии “добывают” с использованием очень дорогой энергии?
Попробуем уйти от стоимости и выразить энергию водорода через энергию, с помощью которой его получают.
Основными способами промышленного производства водорода являются:
- конверсия метана с водяным паром, 1;
- каталитическое метана окисление, 2;
- из угля и воды, 3;
- электролиз, 4;
Кроме этих известных методов, для целей анализа приведены данные для
- Гипотетическая реакция “выпадения угля из метана”, 5;
- Гипотетическая реакция “выпадения угля из нефти”, 6;
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Исходный продукт | CH4 | CH4 | C | H2O | CH4 | CxH2x |
| Теплота сгорания исходного продукта, МДж/кг | 50 | 50 | 34 | 50 | 46 | |
| Атомный вес | 16 | 16 | 12 | 16 | 14х | |
| Плотность исходного продукта, кг/м3 | 0,67 | 0,67 | 0,67 | |||
| Объем 1 кг исходного продукта, м3 | 1,49 | 1,49 | 1,49 | |||
| Компонент | H2O | 1/2O2 | H2O | |||
| -> | ||||||
| Количество H2 | 3H2 | 2H2 | H2 | H2 | 2H2 | H2х |
| Побочный продукт | CO | CO | CO | O | C | Cх |
| Соотношение масс | 6 | 4 | 2 | 4 | 2 | |
| Масса H2 от массы исходного продукта, % | 38% | 25% | 17% | 25% | 14% | |
| Плотность H2, кг/м3 | 0,09 | 0,09 | 0,09 | 0,09 | 0,09 | |
| Объем полученного продукта, м3 | 4,17 | 2,78 | 1,85 | 2,78 | ||
| Во сколько раз объем полученного продукта больше исходного | 2,8 | 1,87 | 1,87 | |||
| Энергия H2, МДж/кг | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 | |
| Энергия H2 из одного кг исходного сырья, МДж | 52,5 | 35 | 23,3 | 35 | 20 | |
| Продуктовый КПД | 105% | 70% | 69% | 70% | 43% | |
| Экологически чистый | Нет | Нет | Нет | Да | Да | Да |
| Накопитель энергии | Нет | Нет | Нет | Да | Нет | Нет |
В таблице выше не учитывается энергия необходимая на проведение реакции, а только сколько энергии имел исходный продукт и сколько имеет полученный водород.
Энергия из водорода, при получении из углеводородов, даже без учета затрат на проведение самой реакции будет в 1,5 раза дороже, чем энергия исходных углеводородов.
Если газ стоит 50, значит водород стоит 75, Если газ стоит 200, значит водород будет стоит 300!
Как видно из таблицы первые три способа получения не являются экологически чистыми, так как образуется угарный газ, который потом надо дожигать и образуется CO2. То есть, это все то же самое сжигание ископаемого топлива, только раздельное – уголь сжигается, например, в России, а водород в Европе.
Гипотетические реакции выпадения угля в осадок из газа или нефти, если будут осуществимы, будут экологическими только при том условии, когда “выпадающий в осадок” уголь будет не сжигаться, а складироваться. Например, в старых угольных шахтах.))
Примечание: может запасы угля так и образовались – его складировали исчезнувшие цивилизации?))
Но в этом случае оказывается, что надо будет добывать не только в 1,5 больше газа и в 2 раза больше нефти. Уголь также потребуется прекратить добывать. В противном случае получается бессмыслица – один уголь добывается из шахт, другой туда складируется!))
Мировое потребление энергии по выдам выглядит следующим образом:
На уголь нефть и газ приходится 85% энергопотребления планеты. Видно, что надо будет отказаться от угля и добывать нефть в 3 раза больше, а газ в 2! Это называется: – “Здравствуй нефть по 100500, а газ по 200000!”
И это при том, что водород в промышленных объемах возить через океаны вообще не умеют. Только по трубам, и то частично!
Таким образом, производить водород из ископаемого топлива и передавать его по трубам не имеет никакого смысла – ни экономического, ни экологического.
Остается электролиз. Но чтобы проводить электролиз, нужна электроэнергия. Причем добытая не из ископаемых видов топлива, а из формально экологически чистых – гидро и ветрогенерации, фотовольтаники и ядерной энергии. Но где ее взять? Посмотрите на картинку вверху – сейчас всех этих видов энергии менее 15%! Ситуация такая же, как с электромобилями – для них просто нет необходимого количества “чистой” электроэнергии! Или даже просто любой электроэнергии.
Остается понять может ли водородная энергетика выступить в качестве накопителя энергии для рваной генерации. То есть, электролиз воды излишками электроэнергии и обратная реакция, при ее нехватке (топливный элемент).
Электролиз воды имеет КПД порядка 60%, топливный элемент приблизительно такой же. Итого суммарный КПД 30-40%.
При этом КИУМ не увеличится ни у фотовольтаники, ни у ветрогенерации!
Использование водорода в автомобиле, на сегодняшний технологичной базе, еще более утопичная идея, так как запас хода у лучших образцов порядка 50 километров.
Использование для отопления – потребуется принципиальная модернизация всех газораспределительных сетей. К тому же отопление не нужно не круглый год и возникает ряд технических проблем при сжигании водорода.
Вот и остается использование водорода только в качестве локального или централизованного накопителя энергии с КПД около 35%.
Но даже если принять, что преобразование электричества в водород идет со 100% КПД и обратное преобразование водорода в электричество также идет со 100% КПД надо понимать, что сама зеленая или возобновляемая энергетика имеет существенные изъяны и ограничения:
- Солнечная и ветровая генерация:
- Экологически грязная, в том числе по углеродному следу, так как при ее производстве используются ископаемые виды топлива.
- Не может сама себя воспроизводить. Даже при производстве оборудования для этой энергетики с использованием более дешевой ископаемой энергии, ее энергия получается значительно дороже и такая энергетика может существовать только при наличии субсидий. А любые системы хранения энергии только увеличат эту стоимость!
- Ресурс гидроэнергетики и геотермальной ограничен и почти исчерпан. Имеет углеродный след, так как при строительстве используются ископаемые виды топлива.
- Ядерная энергетика имеет углеродный след, как и остальные виды зеленой энергии и дополнительные проблемы с ядерным загрязнением, в том числе при авариях.
И куда в таких условия приткнуться водороду?
Все же возбуждение вокруг водорода объясняется простым фактом – объемом емкости для хранения водорода. Рассчитаем необходимый объем на примере ветрогенератора:
| Мощность ветрогенератора, МВт | 1 | 5 | 1 | 5 |
| Суточный запас энергии, МВтЧ | 24 | 120 | ||
| 5 суточный запас энергии | 120 | 600 | ||
| Количество H2, кг | 600 | 3 000 | 3 000 | 15 000 |
| Нормальная плотность H2, кг/м3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Объем H2 при нормальных условиях | 6 667 | 33 333 | 33 333 | 166 667 |
| Объем H2 при давлении 200 атм, м3 | 33 | 167 | 167 | 833 |
| Радиус шара для хранения при 200 атм | 2 | 3 | 3 | 6 |
И вот тут у адептов секты зеленой энергетики срывает крышу. 200 атмосфер это совершенно рабочее давление для текущего технологического уровня, например, под таким давлением работает “Северный поток”. А надуть шарик диаметром 6 метров, пусть и под давлением 200 атмосфер, около каждого ветряка и может даже закопать его, чтобы глаз не мозолил, представляется совершенно выполнимой задачей. И одна из основных проблем возобновляемой энергетики, прерывистая генерация, будет решена.
Но не будет решена другая проблема – не существует никакой чистой энергии. Вся энергия имеет 100% углеродный след. И когда они это поймут, может успокоятся… но деньги будут уже освоены.))
Более подробно: Возобновляемая энергетика — это не энергетика. Это альтернативный транспорт
Я совершенно не против, если Европа и другие страны пойдут этим путем. Главное, чтобы мы успели на границе установить автоматические пулеметы до того момента, когда коренные жители, спасаясь от такой “чистой” энергии рванут в нашу сторону обгоняя “беженцев”. Вот только с Китаем могут быть проблемы – на всех патронов может и не хватить…
Послесловие.
Я совершенно не против технического прогресса, даже наоборот всеми руками и ногами “за”. Но я против различных проектов, которые противоречат элементарным знаниям на уровне средней школы.
С таким же успехом можно строить “пепелац”, а кто будет не верить в его светлое будущее – просто объявлять луддитом.
Если смотреть на энергетику человечества не с точки зрения попила бюджетов экологами разных мастей, а с точки зрения реальных проблем, то единственная реальная проблема которая угрожает человеческой цивилизации – исчерпанность экономически доступных сначала углеводородов, а затем и углей.
Возобновляемая энергетика только приближает срок исчерпания этих ресурсов, хотя сможет около четверти века “после исчерпания” снабжать энергией человечество.
