Производство водорода

Большинство экспертов в сфере энергетики склоняются к мнению, что наиболее перспективным топливом является водород. Однако массовое внедрение водородной энергетики сдерживается технологическими факторами, связанными с производством водорода. Промышленное производство водорода в том, виде, в котором оно существует на данный момент времени имеет ряд серьёзных недостатков, и первый из них — дороговизна получаемого продукта. Множество и применяемых и известных способов получения водорода либо дороги сами по себе, либо малопроизводительны, либо энергозатратны, в результате чего производимый продукт имеет высокую себестоимость. Стоимость произведенного водорода не спускается ниже 2-3 долларов США за килограмм. Это касается производства водорода и путем электролиза воды, паровой конверсии природного газа и метана, и газификации угля, и пиролиза, и биотехнологий, и процессов частичного окисления.

Кроме того, промышленное производство водорода существенно зависит от решения проблем не только получения дешевого продукта, хранения, транспортировки, применения и использования водорода, но и воздействия его на окружающую среду. Так, серьезной проблемой при производстве водорода является предотвращение попадания чистого, не связанного с другими элементами, газообразного или жидкого водорода в окружающую среду, поскольку он приводит к разрушению озонового слоя Земли.

Однако энергетическая и ресурсная привлекательность стимулирует развитие производства водорода и разработку самых разнообразных его способов. Так, в 2009 году российское предприятие «Славнефть-ЯНОС» ввело в эксплуатацию установку производства водорода высокой (99,5%) степени чистоты, предназначенную для обеспечения водородом строящихся объектов — установки гидроочистки дизельного топлива и установки изомеризации Мощность запущенной установки производства водорода составляет 45 тыс. куб. м водорода в час. Создание промышленной установки, начатое в 2007 году, обошлось почти в 2,5 млрд. рублей.

Япония выделила 4 млрд. долл. на исследования в области водородной энергетики до 2020 года. В Европе планируется потратить на научные исследования и разработки в области водородной энергетики 5 млрд. долл. В Канаде экстраводородные программы признаны приоритетными. Фирма Shell вкладывает миллиарды долларов в развитие методов генерации и использования водорода. Эксперты Еврокомиссии представили водородный сценарий развития мировой экономики до 2050 г. Он предполагает производство водорода как путем термохимической конверсии первичной энергии, так и путем электролиза воды, используя как традиционные источники энергии (уголь, нефть, газ), так и альтернативные, в том числе возобновляемых (включая большую и малую гидроэнергетику, геотермальные, ветровые и солнечные электростанции, а также электростанции на биомассе и отходах).

Несмотря на все трудности, производство водорода расширяется и развивается, поскольку спрос на него и потребность в нем растет, можно сказать «не по дням, а по часам».

Компании Siemens, Ford, General Electric, General Motors" активно ведут работы на миллиарды долларов по переводу автомобилей на водородное топливо. Фирма Siemens-Westinghouse реализует энергетические установки для использования на электростанциях, работающие на водородных топливных элементах. Автоконцерн Toyota начал серийный выпуск автомобилей с двигателями, использующими комбинацию бензина и водорода. Компании General Motors, Ford Motors и BMW разрабатывают грузовые автомобили на водородном топливе.

В рамках европейского проекта CUTE компания Daimler-Chrysler приступила к производству водородных автобусов, корпорация British Petroleum будет производить установки для их заправки. Компания Hydro Electrolysers успешно организует в Европе по различным проектам поставку электролизеров для заправочных станций. Компания Airbus занята созданием воздушных транспортных средств на водородном топливе. Япония собирается к 2010 году выпустить на свои дороги 10 тысяч автомобилей на топливных элементах, а к 2020 — 50 тысяч и обеспечить их водородными заправками.

В принципе можно констатировать, что сейчас у каждого из автомобилестроителей с мировым именем есть автомобили на водороде. Однако их массовое внедрение сдерживают факторы, касающиеся производства водорода. Промышленность пока что не готова производить водород в масштабах, которые бы удовлетворили транспортную сферу по более-менее адекватной цене.

Исследования в сфере разработки дешевых технологий производства водорода ведутся во многих странах. Результаты этих исследований воплощаются в опытных образцах оборудования для производства водорода, а в случае положительных технико-экономических показателей внедряются в производство.

Активно идут разработки альтернативных способов получения водорода в исследовательских центрах и институтах:

бельгийские ученые из университета Гента работают над созданием оптимальной конструкции микробных топливных элементов, которые, используя реакцию окисления водорода в мембранном электрохимическом процессе, вырабатывают энергию из промышленных отходов;
китайские исследователи построили экспериментальный аппарат, не требующий внешнего электропитания, в котором колония микроорганизмов вырабатывает водород из ацетатов — солей уксусной кислоты;
ученые из университета Пенсильвании совместно и американской компании Ion Power разработали уникальный тип микробных элементов, способных не просто производить водород из биомассы, а в 4 раза интенсивнее, чем при обычном брожении;
американской Национальной лаборатории Брукхэвен проводит опыты по производству водорода из глюкозы при помощи бактерий;
исследователи из Массачусетского технологического института нашли дешевый катализатор, который позволяет разлагать воду на кислород и водород, очень мало энергозатратен, работает в нейтральной среде (а не щелочной, которая разъедает материалы) и при комнатной температуре. По утверждению ученых, благодаря найденному катализатору можно будет за 2,5 часа, используя энергию от обычной домашней солнечной батареи, получить столько водорода, чтобы обогреть дом и заправить автомобиль.