Недостатки водородного топлива:
водород более взрывоопасен, чем, например, метан;
объемная теплота сгорания водорода в три раза меньше, чем у природного газа;
относительно высокая цена при промышленном получении водорода (два основных направления получения водорода электролиз и плазмохимия.
При электролизе для получения одного кубометра водорода требуется 45 киловатт-часов электроэнергии. Это дорого. Например, производство такого же количества бензина обходится примерно втрое дешевле). И всё же преимуществ у водородного топлива гораздо больше, чем недостатков. Таким образом, водород является перспективной заменой используемым сейчас источникам энергии.
Главные направления использования водорода сегодня в нефтепереработке и в химической промышленности (для производства различных товаров, в первую очередь аммиака и метанола), рис. 1.3.
Энергетическое использование водорода, по данным ARENA, оценивается всего в 12% от общих объемов его потребления. Общий объем производства водорода в мире в настоящее время оценивается различными источниками в 5565 млн тонн, причем совокупные среднегодовые темпы его роста за последние 20 лет невысоки около 1,6%. Более 90% водорода производят на месте его потребления.
Резкое увеличение интереса к водороду как к горючему и энергоносителю, наблюдаемое в мире в последние десятилетия, определяется его следующими основными особенностями:
запасы водорода практически не ограничены,
водород универсальный вид энергоресурса, он может использоваться в качестве горючего для производства электроэнергии в рабочих циклах различного типа и в качестве энергоносителя для транспортировки в газообразном, жидком и связанном состояниях,
при помощи водорода возможна аккумуляция энергии,
среди прочих видов органического топлива водород отличается наибольшей теплотворной способностью на единицу массы и наименьшим отрицательным воздействием на окружающую среду.
Рис. 1.3. Направления использования водородa
Для массового использования водорода в энергетике важно разработать экономически выгодные условия его получения и создать необходимую инфраструктуру, обеспечивающую доставку и хранение водорода. Он не является первичным источником энергии, как нефть или природный газ, но может быть использован в качестве энергоносителя.
В существующих реалиях «водородная энергетика», дополняющая традиционную энергетику, основанную на органическом топливе, рассматривается:
как способ производства водорода с использованием не возобновляемых и возобновляемых источников энергии (органическое топливо, энергия АЭС, гидроэнергетика, энергия солнца, ветра, биомассы);
надежное хранение и транспортировка водорода;
использование водорода в энергетике, промышленности, на транспорте и в быту;
обеспечение надежности и безопасности водородных энергетических систем.
Концепция «водородной энергетики» включает в себя решение целого комплекса проблем, рис.1.4.
Рис.1.4. Технологические цепочки водородной энергетики
Показанная технологическая цепочка водородной энергетики дает общее представление о масштабности и сложности решения проблемы.
Глава 2. Методы производства водорода
Водород можно получать на основе различных источников сырья, применяя для этого самые разнообразные технологии. Около 68% производимого в настоящее время водорода получают риформингом (конверсией) природного газа (метана, попутного нефтяного газа), 16% риформингом нефти и жидких нефтепродуктов, 11% газификацией угля и 5% электролизом воды. В разработке находятся также новые способы получения водорода, включая биохимические методы, термохимическое расщепление воды энергией солнца, высокотемпературный электролиз и другие.
По способу производства водорода в Европейском Союзе принята классификация водорода по цвету, рис.2.1.
1. «Зеленый водород» является самым экологичным, т. к. получают его с помощью электролиза, если электричество поступает от ВИЭ, таких как ветер, солнечная или гидроэнергия, выбросы СО2 отсутствуют.
2.«Желтый и оранжевый водород» как и зеленый получают путем электролиза, однако, источником энергии являются атомные электростанции, энергия передается по сетям, выбросы СО2 отсутствуют, но метод не является абсолютно экологичным