5 основных технологий производства водорода: полное исследование, сравнение стоимостей, экологических аспектов и перспектив развития 

В современном мире, энергетические отрасли стремятся к устойчивому и экологически чистому развитию. Водородная энергия становится все более важной частью этого плана. Она имеет огромный потенциал как чистый и эффективный источник энергии. В связи с этим, рассмотрим подробно различные аспекты производства водорода, включая пять основных технических маршрутов, затраты и перспективы его применения.

В настоящее время рынок новых энергетических транспортных средств, аккумуляторных батарей и фотоэлектрических установок растет. Однако, из-за интенсивной конкуренции и экономических трудностей, поиск новых источников роста становится крайне важен. Водородная энергия, благодаря своей экологичности и низким выбросам загрязняющих веществ, может стать важнейшим элементом энергетического будущего. Всюду по миру правительства и компании внедряют политики и проекты по развитию водородной энергетики, что способствует росту производства водорода.

В 2020 году в Китае объем производства водорода превысил 25 миллионов тонн. Рыночный спрос на водородную энергию составлял 21,05 млн тонн, в основном он использовался в химической промышленности, а лишь менее 0,01% – в качестве топлива для топливных элементов. В структуре производства водорода в Китае 62% приходится на угольную гидрогенэректику, 19% – на производство из природного газа, 18% – на вторичный промышленный гидроген и 1% – на электролизный гидроген.

Рисунок: В 2020 году угольная гидрогенэректика составляла 62% от объемов производства гидрогена в Китае.

Главный плюс производства водорода из угля – низкая стоимость. При крупномасштабном производстве, цена может быть около 0,8 юаня за кубический метр, а в некоторых случаях – даже 0,4 – 0,5 юаня за кубический метр. Однако, этот метод имеет недостаток в виде выделения парниковых газов, таких как углекислый газ. Технология производства водорода из угля хорошо развита и широко применяется в странах с большими запасами угля.

Природный газ является одним из основных источников водорода в мире. В 2020 году 43,8% мирового производства чистого водорода было получено из природного газа (преимущественно метана). Этот метод распространен в Северной Америке, на Ближнем Востоке и других регионах. Основными технологиями производства водорода из природного газа являются паровой риформинг, частичное окисление и каталитический крекинг. Они обеспечивают более высокий выход водорода и меньшие выбросы парниковых газов по сравнению с производством из угля.

Для производства водорода из нефти обычно используют продукты первичного крекинга нефти, такие как нафта, тяжелая нефть, нефтяной кокс и сухой газ нефтеперерабатывающей зоны (НПЗ). Этот процесс требует специальных технологий и оборудования для извлечения водорода из сложных углеводородных соединений.

Производство водорода в качестве побочного продукта имеет большой потенциал. Например, в процессе риформинг на НПЗ, дегидрирования пропана, коксового газа и производства хлорно – щелочных химикатов образуется значительное количество водорода. Часть этого побочного водорода используется в качестве топлива или выбрасывается в атмосферу, но он может быть переработан и использован в автомобилях на топливных элементах. После обработки, такой водород получается по более низкой цене, чем при получении из других химических топлив.

Производство водорода путем электролиза воды – это один из наиболее перспективных способов получения экологически чистого водорода. Технологии электролиза воды делятся на щелочной электролиз (ALK), протонообменную мембрану (PEM) и твердооксидный электролиз (SOEC). В настоящее время отечественный ALK – это наиболее зрелый и экономичный технический маршрут. Технология PEM быстро развивается для индустриализации, SOEC находится на стадии предварительной демонстрации, а исследования AEM (анионообменная мембрана) только начались. Технология PEM имеет высокую плотность тока, небольшие размеры электролизера и хорошо сочетается с ветроэнергетикой и фотоэлектричеством.
Электролиз воды с использованием возобновляемых источников энергии, таких как ветроэнергия и солнечная энергия, позволяет получать “зеленый” водород, практически не вносящий вклад в выбросы парниковых газов.

Стоимость производства водорода из угля составляет около 9 юаней/кг, из природного газа – около 15 юаней/кг. Стоимость производства водорода при электролизе воды зависит от цены электроэнергии.

При использовании коммерческого электричества стоимость может составлять 23 – 50 юаней/кг, а при использовании низковольтного электричества или электроэнергии из возобновляемых источников – 13,7 – 25,3 юаня/кг. С развитием технологии электролитического производства водорода, цена может снизиться до менее 10 юаней/кг.
Важно учитывать, что затраты на производство водорода могут меняться в зависимости от многих факторов, таких как цена сырья, эффективность технологий и масштаб производства.

Большие ветряные и фотоэлектрические проекты обычно находятся в отдаленных районах, где отсутствует местный рынок для потребления водорода. Основными способами транспортировки водорода являются транспортировка газообразного водорода под высоким давлением, транспортировка жидкого водорода и трубопроводный транспорт. Преобразование водорода в аммиак и спирт, которые легче хранить и транспортировать, является будущим направлением развития. К концу 2023 года в Китае количество запланированных проектов по производству зеленого метанола достигло 56, с планируемой производственной мощностью более 22 477 500 тонн, а количество запланированных проектов по производству “зеленого” аммиака – 45, с планируемой мощностью более 8 306 000 тонн.
Такие проекты интеграции позволяют использовать преимущества различных видов энергии и создать более устойчивую и эффективную энергетическую систему.

В заключение, производство водорода имеет огромный потенциал для развития. Различные технические маршруты производства, а также вопросы затрат и перспектив применения требуют дальнейшего изучения и разработки. С развитием технологий и снижением затрат на производство, водородная энергия может стать важнейшим элементом энергетического будущего.

ссылка：https://www.yaxikeji.ru/