Czy wodór to czysta energia przyszłości?

Wodór jest czystą alternatywą dla paliw kopalnych, ponieważ nie emituje gazów cieplarnianych ani zanieczyszczeń. Jednak produkcja wodoru na dużą skalę i wdrażanie go w różnych sektorach to długie i trudne zadanie. Przewiń w dół, aby dowiedzieć się więcej o rynku energii wodorowej, jego zróżnicowanych zastosowaniach i przyszłych prognozach.

Spis treści
Globalny rynek wytwarzania wodoru
Zastosowania wodoru
Przyszłość wodoru

Globalny rynek wytwarzania wodoru

Globalny Uwodornienia Oczekuje się, że rynek generacji będzie rósł w tempie CAGR wynoszącym 10.5% do 263.5 mld USD do 2027 r. Rosnący popyt na wodór do ogniw paliwowych w pojazdach elektrycznych i rakietach w przemyśle lotniczym i kosmicznym napędza rynek do przodu.

Ponadto polityka gospodarcza, w ramach której kraje zobowiązują się do osiągnięcia globalnej dekarbonizacji do 2050 r., zwiększyła wzrost rynku. W 2020 r. Unia Europejska ustanowiła wyjątkową Uwodornienia polityka wspierająca inicjatywy dotyczące produkcji zielonego wodoru.

Szacuje się, że największym rynkiem zbytu dla Azji i Pacyfiku jest Uwodornienia generacji w 2022 r., przy czym największy udział będą miały Chiny. Siemens Energy (Niemcy), ENGIE (Francja) i Linde plc (Irlandia) to główni globalni gracze w tej przestrzeni.

W tym artykule znajdziesz wszystko, co inwestorzy powinni wiedzieć o wodorze jako źródle energii, jego zastosowaniach i przyszłości.

Co to jest wodór?

Wodór jest naturalnie występującym gazem i jednym z najliczniej występujących pierwiastków chemicznych, stanowiącym 75% masy wszechświata. Jest bardziej przyjazną dla środowiska alternatywą dla metanu. Woda, zwierzęta, rośliny i ludzie zawierają Uwodornienia atomy. Chociaż wodór występuje w niemal wszystkich żywych organizmach, w postaci gazu jest bardzo rzadki.

Wodór może być wytwarzany z różnych źródeł, w tym energii jądrowej, biogazu, gazu ziemnego i energii odnawialnej, takiej jak energia słoneczna i wiatrowa. Ale największym wyzwaniem jest wykorzystanie wodoru jako gazu na dużą skalę do zasilania przedsiębiorstw.

Dlaczego wodór jest uważany za niezbędny dla przyszłości?

Przez wiele lat gaz ziemny był używany do ogrzewania i elektryczności w domach i firmach. W USA, 47% domów korzysta z gazu ziemnego, a 36% z energii elektrycznej, podczas gdy w Wielkiej Brytanii 85% gospodarstw domowych korzysta z gazu.

Metan jest głównym składnikiem gazu ziemnego pochodzącego z pól naftowych i gazowych. Przemysł nadal wykorzystuje gaz ziemny, ponieważ jest on łatwo dostępny, opłacalny i stanowi czystszą alternatywę dla węgla, najbrudniejszego paliwa kopalnego, na którym wiele krajów historycznie polegało w celu ogrzewania i wytwarzania energii elektrycznej.

Kiedy gaz ziemny jest spalany, wytwarza on cenną energię; jednak emituje dwutlenek węgla do atmosfery, przyczyniając się do zmiany klimatu. W przeciwieństwie do tego wodór emituje jedynie parę wodną jako produkt uboczny.

Czym zielony wodór różni się od szarego i niebieskiego?

Niebieski wodór jest produkowany z nieodnawialnych zasobów za pomocą dwóch różnych metod. Najpopularniejszą metodą jest reforming parowy metanu, który wytwarza wodór masowy i odpowiada za większość światowej produkcji. W tej metodzie reformer jest używany do reakcji pary w wysokich temperaturach i ciśnieniach z metanem i katalizatorem niklowym.

Drugą metodą jest reforming autotermiczny, w którym tlen, dwutlenek węgla lub para reagują z metanem, aby wytworzyć wodór. Wadą tych dwóch metod jest to, że mają węgiel jako produkt uboczny, co wymaga wychwytywania i magazynowania węgla w celu uwięzienia i przechowywania tego węgla.

Alternatywnie, zielony wodór może być również produkowany poprzez wykorzystanie energii elektrycznej do zasilania elektrolizera, który oddziela wodór od cząsteczek wody. W rezultacie powstaje czysty wodór, który nie uwalnia żadnych produktów ubocznych. Dodatkową korzyścią z wykorzystania energii elektrycznej jest to, że pozwala ona na przekierowanie nadmiaru energii elektrycznej do elektrolizy, więc jest ona wykorzystywana do produkcji gazu wodorowego, który może być magazynowany na potrzeby przyszłych potrzeb energetycznych.

Na koniec, szary wodór jest produkowany z paliw kopalnych, jest stosunkowo tani i powszechnie używany do produkcji nawozów. Niestety, na każdy 1 kg wyprodukowanego szarego wodoru, do atmosfery uwalnia się 10 kg dwutlenku węgla. W rezultacie jest on uważany za najmniej odnawialną formę wodoru.

Zastosowania wodoru

Wodór ma wiele zastosowań i jest używany w różnych procesach przemysłowych. W Stanach Zjednoczonych prawie cały wodór jest używany do rafinacji ropy naftowej, przetwarzania żywności, produkcji nawozów i obróbki metali. Rafinerie ropy naftowej w kraju wykorzystują wodór do redukcji zawartości siarki w paliwach.

Używany do eksploracji kosmosu

Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) wykorzystuje wodór jako paliwo rakietowe od lat 1950. XX wieku. NASA jako pierwsza zaczęła zasilać systemy elektryczne statków kosmicznych ogniwami paliwowymi zasilanymi wodorem.

Ogniwa paliwowe wodorowe wytwarzają energię elektryczną

Łącząc atomy tlenu i wodoru, Uwodornienia ogniwa paliwowe generują elektryczność. Podobnie jak bateria, wodór reaguje z tlenem w ogniwie elektrochemicznym, aby wytworzyć elektryczność. Istnieją różne rodzaje ogniw paliwowych dostępnych do różnych zastosowań.

Małe ogniwa paliwowe mogą zasilać telefony komórkowe i komputery. Natomiast duże ogniwa paliwowe mogą zasilać sieci elektryczne, zapewniać awaryjne zasilanie w budynkach i dostarczać energię elektryczną w obszarach, które nie są podłączone do sieci energetycznych.

W 2021 r. w Stanach Zjednoczonych działało około 166 generatorów energii elektrycznej na ogniwa paliwowe w 113 punktach sprzedaży, o łącznej mocy około 260 megawatów (MW). Z mocą wytwórczą około 16 MW, Bridgeport (Connecticut) Fuel Cell jest największą pojedynczą elektrownią na ogniwa paliwowe.

Kolejny co do wielkości obiekt, Red Lion Energy Center w Delaware, ma moc generowania energii elektrycznej 6 MW. Prawie wszystkie te działające ogniwa paliwowe wykorzystują gaz ziemny z rurociągów jako źródło wodoru, podczas gdy inne wykorzystują gaz wysypiskowy i biogaz.

Stosowany w elektrowniach

Rośnie zainteresowanie wykorzystaniem Uwodornienia w elektrowniach w Stanach Zjednoczonych. Kilka elektrowni ogłosiło chęć pracy na mieszance paliwa gazowego z wodorem w turbinach gazowych. Na przykład zakład Long Ridge Energy Generation o mocy 485 MW w Ohio, który ma turbinę gazowo-ogniową, która działa na mieszance paliwa w 95% gazu ziemnego i w 5% wodoru, planuje używać 100% zielonego wodoru produkowanego przy użyciu odnawialnych źródeł.

Innym przykładem jest elektrownia Intermountain Power Agency w stanie Utah, która planuje przekształcić istniejącą elektrownię węglową w elektrownię gazową, która początkowo będzie wykorzystywać do 30% wodoru, a docelowo 100% zielonego wodoru.

Stosowany w pojazdach

Na mocy Ustawy o polityce energetycznej z 1992 r. Uwodornienia jest uważany za alternatywę dla paliwa samochodowego. Istnieje rosnące zainteresowanie wodorem, ponieważ może on zasilać ogniwa paliwowe w pojazdach bezemisyjnych, ma potencjał wysokiej wydajności i może pochwalić się obiecującym potencjałem produkcji krajowej.

Ogniwo paliwowe może być 2 do 3 razy bardziej efektywne niż silniki spalinowe zasilane paliwami kopalnymi. Wodór może być również używany do zasilania silników spalinowych, ale uwalnia tlenek azotu.

Pojazdów napędzanych wodorem jest dziś mniej, ponieważ ogniwa paliwowe są drogie, a liczba stacji tankowania wodoru jest ograniczona. W Stanach Zjednoczonych dostępnych jest około 48 stacji wodorowych, a prawie wszystkie znajdują się w Kalifornii.

Kraje przechodzące na gospodarkę opartą na zielonym wodorze

Australia:Mimo że Australia ma niewielki udział na rynkach zielonego wodoru, współpracuje z różnymi organizacjami w celu opracowania projektów słonecznych i wiatrowych, które promują produkcję wodoru odnawialnego.

Kanada: Kanada ma prężnie rozwijający się segment wodoru i ogniw paliwowych dzięki wspólnym partnerstwom i inwestycjom z sektora prywatnego i publicznego. Globalni gracze w tym segmencie, tacy jak Ballard Power Systems i Hydrogenics, mają również siedzibę w Kanadzie.

Chiny:Pojazdy wodorowe są w tym kraju zwolnione z podatku, a wodór jest postrzegany jako potencjalny środek dekarbonizacji transportu. Ponadto Wuhan jest uważany za miasto wodorowe, ponieważ planuje otworzyć co najmniej 100 stacji paliw stacje dla pojazdów zasilanych ogniwami paliwowymi przez 2025.

Japonia: Japonia jest światowym liderem w produkcji ogniw paliwowych wodorowych dzięki producentom samochodów Toyota i Honda. Kraj ten jest również chętny do przejścia ze skroplonego gazu ziemnego na zielony wodór.

Przyszłość wodoru

Zapotrzebowanie na wodór

W krótkim terminie, Uwodornienia będą wykorzystywane w sektorach, w których istnieje presja społeczna na dekarbonizację. Firmy produkujące dobra konsumpcyjne w UE są coraz bardziej zainteresowane odnawialnymi źródłami energii.

Oczekuje się, że wodór w niedalekiej przyszłości zdekarbonizuje surowiec przemysłowy i wytwarzanie energii elektrycznej. W dłuższej perspektywie produkcja amoniaku i syntetycznych paliw węglowodorowych pochodzących z wodoru umożliwi dekarbonizację najtrudniejszych do ograniczenia sektorów, takich jak lotnictwo.

Dostawa wodoru

Sposób użycia Uwodornienia stanie się bardziej powszechny tylko wtedy, gdy koszt zielonego wodoru znacznie spadnie. Niebieski wodór najprawdopodobniej zostanie wykorzystany do zaspokojenia popytu, jeśli ceny będą wysokie w krótkim okresie.

Dystrybucja wodoru

W celu dostarczania wodoru będzie dostępny wydajny system dystrybucji, w tym dobrze połączony rurociąg oraz statki i ciężarówki. Ponieważ dedykowany Uwodornienia sieć nie będzie tak szeroko rozpowszechniona jak obecna sieć gazu ziemnego, dystrybucja wodoru za pomocą ciężarówek będzie konieczna. Import za pomocą rurociągów i statków będzie kluczowy dla zaspokojenia popytu krajowego.

Biorąc pod uwagę wysokie koszty transportu, lokalny wodór produkowany z taniej energii odnawialnej pozostanie konkurencyjny w stosunku do importowanego wodoru. Wraz ze wzrostem popytu na wodór, scentralizowana produkcja poprzez strukturę rurociągów do magazynowania na dużą skalę stanie się bardziej atrakcyjna.

Perspektywa polityczna

Europa najprawdopodobniej będzie motorem napędowym przemysłu wodorowego, otwierając nowe możliwości w innych regionach, np. produkcję elektrolizerów i ogniw paliwowych w Azji oraz eksport odnawialnych źródeł energii z Bliskiego Wschodu i Ameryki Północnej.

Koszt elektrolizerów i ogniw paliwowych musi zostać obniżony w celu zapewnienia krótkoterminowego zaopatrzenia w wodór. Jednak wodór zawsze będzie droższy niż paliwa kopalne, co wymaga zachęt politycznych, aby być konkurencyjnym.