зеленый и голубой водород в чем разница
Классификация водорода по цвету
Для простоты каждый «сорт» обозначается цветом
В классификации водорода главным критерием является его экологичность.
Чем больше оксидов углерода выделяется при производстве водорода, тем менее экологичным он будет считаться.
Для простоты каждый «сорт» обозначается цветом.
Зеленый водород
Данный водород является самым экологичным, т. к. получают его с помощью электролиза.
Если электричество поступает от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как ветер, солнечная или гидроэнергия, то выбросы СО2 отсутствуют.
Желтый (оранжевый) водород
Как и зеленый, его получают путем электролиза.
Однако источником энергии являются атомные электростанции (АЭС).
Выбросы СО2 отсутствуют, но метод не является абсолютно экологичным.
Бирюзовый водород
Этот водород получают разложением метана на водород и твердый углерод путем пиролиза.
Производство бирюзового водорода дает относительно низкий уровень выброса углерода, который может быть либо захоронен, либо использован в промышленности, например, в производстве стали или батарей.
Таким образом, он не попадает в атмосферу.
Серый водород
Серый водород производится путем паровой конверсии метана.
Исходным сырьем для такой реакции служит природный газ.
Этот процесс легко осуществим с практической точки зрения, однако в ходе химической реакции выделяется углекислота, причем в тех же объемах, что и при сгорании природного газа (также расходуется энергия на конверсию).
Коричневый (бурый) водород
Для получения коричневого водорода в качестве исходного сырья используется бурый уголь.
Далее с помощью газификации бурого угля образуется синтез-газ (сингаз): смесь углекислого газа (CO2), окиси углерода (CO), водорода, метана и этилена, а также небольшое количество других газов.
Первые 2 из этих газов бесполезны в производстве электроэнергии.
Это делает процесс очень неэкологичным по сравнению с другими методами.
Синий водород против зелёного
В сегодняшних обсуждениях «водородного будущего» Европы и других регионов, всё чаще поднимается тема так называемого «синего» (или, если хотите, «голубого») водорода. «Синим» считается водород, производимый из ископаемого топлива, например, природного газа, но очищенный от СО2 с помощью технологий улавливания и хранения углерода (CCS).
Например, в предварительной концепции водородной стратегии ФРГ говорится, что произведённый из ископаемого топлива (но при этом CO2-нейтральный) водород должен будет играть свою роль в декарбонизации «по экономическим причинам».
Европейские инфраструктурные организации, Объединение операторов европейских газотранспортных систем (ENTSOG) и Европейская сеть системных операторов передачи электроэнергии (ENTSO-E) также считают, что «ископаемый», но очищенный водород в будущем потребуется.
Что не так с синим водородом?
В ранних концепциях декарбонизированных энергосистем, авторы рассматривали зелёный водород в первую очередь в качестве необходимого средства для хранения, в том числе долгосрочного, сезонного, «избыточной» ВИЭ-электроэнергии и балансировки системы (см., например, «Третью промышленную революцию» Джереми Рифкина). Такая «лишняя» электроэнергия неминуемо появляется в результате массивного расширения мощностей солнечной и ветровой энергетики. И зелёный водород призван играть важную роль в поддержке этого расширения.
Синий водород – это газ, предназначенный для конечного потребления на транспорте, в промышленности, теплоснабжении, но непригодный для выполнения указанной важной роли — хранения энергии и поддержки интеграции вариабельных ВИЭ.
Сегодня всё чаще говорят, что очень скоро (в ближайшие десятилетия) потребуется очень много водорода, он будет нужен везде (во всех секторах конечного потребления энергии), и зелёная энергетика никак не сможет удовлетворить потребности в таких объёмах (см., например, вышеупомянутые публикации). Соответственно, обосновывается, необходимость в водороде синем.
Следует учитывать, что у синего водорода есть могущественные сторонники. Это сырьевые компании, которые желают и дальше добывать углеводороды, превращать их в «серый» водород, подразумевая последующее его очищение до состояния «синего», а также инфраструктурные компании, которые хотят модернизировать и расширять сети трубопроводов («одна труба под природный газ, другая под водород, третья под CO2»). Очевидно, эти предприятия обладают колоссальным политико-экономическим весом.
В связи с этим, когда мы изучаем прогнозы будущих потребностей в водороде, сложно оценить, действительные ли это потребности, или в расчётах учтены «пожелания» заинтересованных сторон.
Издание Recharge опубликовало интересное интервью с Грэмом Кули (Graham Cooley), главой британского производителя электролизёров ITM Power. Он называет идею производить водород из ископаемого топлива «полной ерундой».
Напомню, ITM Power является участником проекта «Gigastack», нацеленного на резкое снижение стоимости зеленого водорода путём массового производства модульных электролизеров единичной мощностью 5 МВт объёмом до 1 ГВт в год с последующим их развертыванием в «очень крупном масштабе» для «использования синергии» с гигаваттными морскими ветровыми электростанциями.
«Я обеспокоен тем, что правительствам продали щенка с голубым водородом и CCS», — говорит мистер Кули, используя британское выражение «sold a pup» («надуть, облапошить»). Он не только дороже, чем зеленый водород [в среднесрочной перспективе], он не помогает хранить энергию и интегрировать больше возобновляемых источников энергии в сети, а также не является технологией с «нулевыми выбросами», так как невозможно уловить все выбросы CO2 при создании H2 из метана или угля. Таким образом, система с нулевыми выбросами, как обещало правительство Великобритании, будет просто невозможна с использованием синего водорода.
ITM Power в настоящее время строит завод по выпуску электролизёров мощностью 1 ГВт в год в северной Англии, что сделает британскую компанию крупнейшим производителем в мире. Завод снизит стоимость продукции за счет экономии на масштабе, что, следовательно, позволит снизить цены на зеленый водород.
«Проблема с синим водородом заключается в том, что вам нужен не только водородный трубопровод, но вам понадобится и метановый трубопровод, а затем вам понадобится трубопровод CO2», — говорит Кули. «И единственное коммерческое применение [уловленного CO2] — это повышение эффективности нефтяных скважин, то есть производство ещё большего количества CO2. Так что это полная чушь».
«И еще одно о CCS — никто никогда не реализовывал большой проект. Люди говорят, что никто не знает, какова стоимость электролиза в сочетании с ветровой энергией. Что ж, я могу сказать вам, что затраты более прозрачны, чем для CCS».
«Я не понимаю, как нефтегазовая отрасль смогла убедить правительства [в ценности синего водорода]», — говорит Кули. «Я имею в виду, они сделали одну хорошую вещь, они продемонстрировали, что единственный способ получения возобновляемого тепла — это иметь газовую сеть, заполненную водородом. То, с чем они также справились, они убедили правительства, что хороший способ сделать это в больших масштабах — это CCS. В то время как на самом деле вам нужен избыток возобновляемых источников энергии».
Кули упоминает недавний отчет Водородного совета, в котором подсчитано, что производство зеленого водорода будет конкурентоспособным по стоимости с серым H2 — и, следовательно, дешевле, чем синий — к концу этого десятилетия, а затем станет ещё дешевле.
Электролизёры необходимы для декарбонизации энергетического сектора, поскольку они позволяют добавлять в сеть все больше и больше солнечной и ветровой энергии от проектов, которые в противном случае могли бы быть убыточными. Поскольку в систему интегрируется всё больше ветровых и солнечных установок, это увеличивает периоды времени, в течение которых предложение зелёной электроэнергии превышает спрос (в ветреные и / или солнечные дни), что приводит к снижению оптовых цен до нуля или ниже и, соответственно, к вынужденным потерям электроэнергии и убыткам. Но если избыточная возобновляемая энергия может быть продана производителям экологически чистого водорода, это увеличит доход владельцев ветряных и солнечных проектов.
По словам Кули, решение проблемы декарбонизации энергетического сектора и газового хозяйства заключается в простом и гармоничном добавлении в систему все большего количества возобновляемых источников энергии и электролизёров.
«Насколько мне известно», — говорит Кули, «зеленый водород — это решение для нулевых выбросов, а синий водород — нет».
Классификация водорода по цвету
Для простоты каждый «сорт» обозначается цветом
В классификации водорода главным критерием является его экологичность.
Чем больше оксидов углерода выделяется при производстве водорода, тем менее экологичным он будет считаться.
Для простоты каждый «сорт» обозначается цветом.
Зеленый водород
Данный водород является самым экологичным, т. к. получают его с помощью электролиза.
Если электричество поступает от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как ветер, солнечная или гидроэнергия, то выбросы СО2 отсутствуют.
Желтый (оранжевый) водород
Как и зеленый, его получают путем электролиза.
Однако источником энергии являются атомные электростанции (АЭС).
Выбросы СО2 отсутствуют, но метод не является абсолютно экологичным.
Бирюзовый водород
Этот водород получают разложением метана на водород и твердый углерод путем пиролиза.
Производство бирюзового водорода дает относительно низкий уровень выброса углерода, который может быть либо захоронен, либо использован в промышленности, например, в производстве стали или батарей.
Таким образом, он не попадает в атмосферу.
Серый водород
Серый водород производится путем паровой конверсии метана.
Исходным сырьем для такой реакции служит природный газ.
Этот процесс легко осуществим с практической точки зрения, однако в ходе химической реакции выделяется углекислота, причем в тех же объемах, что и при сгорании природного газа (также расходуется энергия на конверсию).
Коричневый (бурый) водород
Для получения коричневого водорода в качестве исходного сырья используется бурый уголь.
Далее с помощью газификации бурого угля образуется синтез-газ (сингаз): смесь углекислого газа (CO2), окиси углерода (CO), водорода, метана и этилена, а также небольшое количество других газов.
Первые 2 из этих газов бесполезны в производстве электроэнергии.
Это делает процесс очень неэкологичным по сравнению с другими методами.
Что такое «зелёный водород» и какой водород бывает вообще?
Почему водород?
Несмотря на ряд преимуществ альтернативной возобновляемой энергетики, главным её минусом является зависимость от конкретных погодных условий. В результате, делать точные прогнозы по выработке электроэнергии для коррекции графика нагрузок энергосистемы и менять режим работы электростанций, работающих в базовой части графика нагрузок, достаточно проблематично. Электроэнергию, полученную в результате преобразования энергии ветра или солнца, эффективнее было бы где-то накапливать.
Современные энергосистемы работают по принципу постоянного баланса генерации и потребления. Для снижения влияния неравномерности графика нагрузок энергосистемы ряд станций переводится в режим работы по «пиковой» части графика нагрузок. Там где мощности «пиковых» электростанций не хватает, строятся электростанции, способные накапливать излишки этой самой мощности. Широкое распространение из станций этого типа получили гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Однако, предпринимаются попытки строительство аккумулирующих станций, действие которых основано на совершенно различных принципах работы.
Достаточно мощным ВИЭ трудно встроиться в этот баланс.
Использование аккумуляторов для целей накопления электроэнергии ВИЭ не идёт ни в какое сравнение с водородом.
Термин «Зелёный водород»
При переходе на зелёную энергетику и на водород, как на топливо будущего, важно, каким образом этот водород получен. Согласитесь, какая польза для экологии будет, если для производства водорода использовать мощности угольных электростанций?
Применение зелёного водорода
Изначально, применение водорода предполагалось в первую очередь на транспорте, как замена классического топлива для двигателей внутреннего сгорания, получаемого из нефти.
Однако, переход на безуглеродную экономику предполагает его более широкого применение, начиная от транспортной инфраструктуры, заканчивая тяжёлой промышленностью и энергетикой.
Современные разработки в области безопасного использования водорода в топливных элементах на транспорте позволяют, при должном подходе и дальнейшем развитии технической базы, полностью отказаться от классического ископаемого топлива без потери удобства от использования, в отличии от тех же электромобилей, где помимо существующих проблем с временем заправки и стоимостью батарей, есть ещё ряд проблем экологического характера, связанных как раз с аккумуляторами.
Водород может применяться в качестве основного топлива в тяжёлой промышленности, например, металлургии и машиностроении.
Применение водорода возможно на тепловых электростанциях как в качестве самостоятельного топлива, так и в качестве «добавки» к топливу ископаемому, для уменьшения углеродного следа.
Существует ряд технологий, которые позволяют смешивать природный газ с водородом, благодаря чему использовать ископаемое топливо можно более экономично, при этом, нет необходимости в замене основной газораспределительной инфраструктуры или даже частичной модернизации газового оборудования на стороне потребителей.
Виды водорода по общепринятой классификации
Так как потребности в водородном топливе будут расти с некоторым опережением его производства при помощи возобновляемых источников энергии, на ранних этапах водородного перехода, существует необходимость в восполнении дефицита водорода с применением классических технологий.
Не вся классическая энергетика одинаково вредна для экологии. Так, например, гидроэлектростанции так же относятся к возобновляемым источникам электроэнергии, поэтому произведённый с применением их энергии водород будет считаться зелёным. Водород, произведённый с применением энергии угольных электростанций самый вредный, у электростанций на природном газе влияние на экологию меньше, ещё меньше на экологию (доказано!) влияет атомная энергетика.
Однако, водород классифицируют не по типам электростанций, чьей энергией был произведен электролиз.
Многими экспертами в области водородной энергетики была принята так называемая цветовая классификация водорода по типам производства.
Зелёный водород
Собственно, это тот самый водород, который произведён при помощи электролиза воды, с использованием электроэнергии от любых возобновляемых источников энергии. Характеризуется в первую очередь тем, что при его производстве отсутствует так называемый углеродный след, а остальные экологические издержки сведены до минимума.
Оранжевый (или желтый) водород
Этот водород тоже получается методом электролиза воды, однако, в качестве источника электроэнергии для обеспечения процесса выступает атомная электростанция. Общепринято, что атомная энергетика не оставляет углеродного следа, но, при этом, создаёт тепловое загрязнение окружающей среди и требует утилизации радиоактивных отходов. Плюс ко всему, существует риск техногенной аварии, которая может привести к серьёзным последствиям для экологии.
Бирюзовый водород
Водород, получаемый разложением метана на водород и твердый углерод методом пиролиза. Производство бирюзового водорода дает относительно низкий уровень выброса углерода. Сам углерод получается не в виде СО2, а в практически чистом виде, и может быть либо захоронен, либо использован как сырьё для промышленности. Выбросов в атмосферу нет.
Серый водород
Этот водород производят при помощи паровой конверсии метана, где исходным сырьем является природный газ. Этот процесс можно легко организовать на практике, но в ходе химической реакции выделяется углекислый газ в тех же объемах, что и при сгорании природного газа, плюс расходы энергии на конверсию.
Голубой водород
При получении голубого водорода применяется метод паровой конверсии метана, однако, при условии что углерод улавливается. Данный метод дает примерно двукратное сокращение выбросов углерода.
Коричневый водород
Европейская классификация водорода по способу производства
Электролизный водород
Возобновляемый водород
Этот термин равнозначен термину «зелёный водород», который использовался в энергетическом сообществе Европы ранее.
Чистый водород
Так же в документах фигурирует термин Clean hydrogen, который является равнозначным термину «Возобновляемый водород».
Ископаемый водород
Fossil-based hydrogen – это водород, произведенный из ископаемого топлива по классической технологии.
Ископаемый водород с улавливанием углерода
Низкоуглеродный водород
В публикации могут быть некоторые неточности в части описания процесса производства для конкретного типа водорода. Однако, надо учитывать тот факт, что сам текст энергетической стратегии Европейского Союза содержит подобные неточности, и с точки зрения научного подхода требует уточнений. В процессе поступления новых материалов по данной теме публикация будет дополнена или изменена должным образом. Надо понимать, что многие описываемые в публикации данные имеют отношение к устоявшейся терминологии в европейском энергетическом сообществе и, в некотором смысле, носят скорее оценочный характер.
$100 млрд на зеленом и голубом газу
Документ разработан в Минэнерго и согласован с компаниями и профильными ведомствами, сообщил РБК представитель Минэнерго. По его словам, сейчас начата процедура согласования концепции с правительством. РБК направил запрос в пресс-службу правительства.
Разница в прогнозах связана с различными сценариями развития мирового рынка водорода в качестве энергоносителя и, соответственно, от спроса на него, следует из документа. Сейчас такого рынка нет, но в будущем он может стать крупным благодаря развитию технологий и масштабированию водородной энергетики, считают авторы концепции. Рынок может быть как глобальным — «с крупнотоннажными перевозками водорода от центров производства к центрам потребления по аналогии с рынками нефти и сжиженного природного газа (СПГ)», так и локальным, когда производство и потребление водорода будут сосредоточены в рамках одних и тех же стран или регионов, говорится в документе.
Россия как потенциально крупный поставщик водорода заинтересована в формировании глобального рынка водородных энергоносителей, подчеркивается в концепции.
Цветовая шкала для водорода
Для классификации водорода по технологиям производства и исходному сырью используется цветовая шкала. «Серый» водород производят из природного газа путем конверсии метана на крупнотоннажном производстве, «бурый» водород — из угля. Производство «серого» и «бурого» водорода предполагает выбросы углекислого газа (СО2) в атмосферу.
«Зеленый» водород получается электролизом воды из возобновляемых источников (ВИЭ), «желтый» — за счет электролиза при использовании атомной энергии (оба без выбросов СО2 или с их минимальным количеством). «Голубой» и «синий» водород производят из природного газа с последующим преобразованием CO2 в углерод по технологии CCS (Carbon Capture and Sequestration, улавливание и хранение углерода).
Как нарастить экспорт водорода
В России будут развивать технологии производства как «зеленого», так и «голубого» водорода, заявлял глава Минпромторга Денис Мантуров 13 апреля на конференции Ассоциации европейского бизнеса. По его словам, водород будет использоваться для нужд автотранспорта наряду с другими видами газомоторного топлива (сжиженный и компримированный, или сжатый, природный газ).
Сейчас в России нет промышленных проектов по производству «зеленого» водорода, говорил РБК глава столичного дептранса Максим Ликсутов. «Росатом» производит в год 4,2 тыс. т «желтого» низкоуглеродного водорода, уточняет доцент базовой кафедры возобновляемых источников энергии Российского государственного университета нефти и газа им. Губкина Владислав Карасевич. По его данным, российская нефтяная, атомная и аграрная промышленность производит около 3 млн т «серого» водорода в год для собственных нужд. Ежегодный же экспорт и импорт — это лишь 5 т, добавляет он.
Россия нацелена занять 20% мирового рынка водорода к 2030 году, говорил замглавы Минэнерго Павел Сорокин на коллегии министерства 12 апреля. «Мы считаем, что это (экспорт из России «зеленого» водорода. — РБК) в 2035 году может быть от 1 млн до 2 млн т в «низком» сценарии, до 7 млн т — при более активном бурном развитии [спроса на водород в мире]», — сказал он.
По данным Минэнерго, спрос на экологически чистый водород может существенно вырасти из-за планов Евросоюза к 2050 году достичь полной углеродной нейтральности (равенства вредных выбросов, выделяемых в атмосферу и извлекаемых оттуда). Частью «зеленых» инициатив ЕС является введение трансграничного углеродного налога — пошлины на импортируемые товары с большим углеродным следом. Этот налог может обойтись российским экспортерам от €33 млрд до €50,6 млрд до 2030 года, оценивали эксперты KPMG.
Кто планирует производить экологичный водород в России
Для достижения амбициозных целей в области производства и экспорта экологичных типов водорода Минэнерго к 2024 году предлагает создать четыре кластера по географическому принципу — Северо-Западный, Восточный, Арктический и Южный. Ведомство считает необходимым предоставить производителям меры господдержки: от специальных инвестконтрактов и возмещения части затрат на производство высокотехнологичной продукции до возмещения части затрат на купонный доход по «зеленым» облигациям, средства от продажи которых пойдут на финансирование таких проектов.
Для выполнения целей, указанных в проекте Концепции развития водородной энергетики, необходимо уже сейчас значительно активизировать работу по созданию мощностей для производства водорода, ориентированных на экспорт, а также договориться с заинтересованными потребителями и определить возможные варианты его транспортировки, замечает Карасевич.
«Росатом» к лету 2021 года рассчитывает представить результаты технико-экономического обоснования пилотного проекта поставок в Японию водорода, произведенного методом электролиза, сообщил 26 марта вице-президент по маркетингу и развитию бизнеса «Русатом Оверсиз» Антон Москвин, выступая на вебинаре «Водородная стратегия и ключевые тренды энергоперехода». В феврале «Росатом» сообщал, что способен обеспечить до 40% спроса Японии на водород до конца ближайшего десятилетия. В качестве приоритетного сценария экспортного японского проекта рассматривается организация производства сжиженного водорода на территории Сахалинской области и поставок его по морю в Японию. Кроме того, компания планирует в тестовом режиме запустить поезда на водороде на Сахалине.
Замглавы правления «Газпрома» Олег Аксютин в конце марта говорил, что компания планирует экспортировать водород в страны Азии. «Особый интерес представляет возможность производства водорода на территории Дальнего Востока методом парового риформинга метана с обеспечением улавливания и захоронения диоксида углерода («синий» водород. — РБК) и последующим экспортом водорода в страны-потребители (Япония, Южная Корея, Китай)», — отмечал он, не уточняя сроков начала экспорта.
Крупнейший в России производитель сжиженного природного газа НОВАТЭК вместе со своим французским партнером Total прорабатывает проект улавливания CO2 на Ямале и создания производств водорода для собственных нужд и на продажу, указывал начальник управления по связям с инвесторами компании Александр Назаров на конференции Московской школы управления «Сколково». Тогда же президент BP Russia Дэвид Кэмпбелл сказал, что британский мейджор заинтересован в сотрудничестве с российскими компаниями в проектах по производству водорода и развития технологии улавливания и хранения СО2. Сама компания собирается построить завод по производству «голубого» водорода в Великобритании.
РБК направил запросы в пресс-службы «Росатома», «Газпрома» и НОВАТЭКа по поводу их участия в разработке Концепции развития водородной энергетики и планов по производству и экспорту водорода до 2050 года.
Водород для транспорта