Топливо на основе водорода должно в первую очередь использоваться в таких секторах, как авиация или промышленные процессы, которые не могут быть электрифицированы, считает группа исследователей. Производство этих видов топлива слишком неэффективно, дорого и их доступность слишком неопределенна, чтобы широко заменить ископаемое топливо, например, в автомобилях или для отопления домов. Для большинства секторов прямое использование электроэнергии, например, в электромобилях на батарейках или тепловых насосах, имеет больший экономический смысл. Повсеместная зависимость от топлива на основе водорода и сохранение технологий сжигания грозит дальнейшей зависимостью от ископаемого топлива и выбросами парниковых газов.
"Топливо на основе водорода может быть отличным экологически чистым энергоносителем, но при этом велики его затраты и связанные с ними риски", - говорит ведущий автор Фалько Юкердт из Потсдамского института исследований воздействия на климат (PIK). "Топливо на основе водорода как универсальное решение для изменения климата может быть немного ложным обещанием. Несмотря на то, что они удивительно универсальны, не следует ожидать, что они в значительной степени заменят ископаемое топливо. Топливо на основе водорода, скорее всего, будет дефицитным и неконкурентоспособным еще как минимум десять лет. Ставка на их широкое использование, вероятно, увеличит зависимость от ископаемого топлива: если мы будем цепляться за технологии сжигания и надеяться подпитывать их топливом на основе водорода, а они окажутся слишком дорогими и дефицитными, то в конечном итоге мы будем продолжать сжигать нефть и газ и выделять парниковые газы. Это может поставить под угрозу краткосрочные и долгосрочные климатические цели".
Уделение приоритетного внимания таким областям применения, как авиация и производство стали
"Следовательно, мы должны уделять приоритетное внимание тем ценным видам топлива на основе водорода, для которых они незаменимы: дальняя авиация, сырье для химического производства, производство стали и, возможно, некоторые высокотемпературные промышленные процессы", - говорит Юкердт. "Это отрасли и приложения, которые мы вряд ли сможем электрифицировать напрямую". Исследователи определяют "приоритетный порядок спроса на водород и электронное топливо": определение того, где использовать эти новые виды топлива.
Так называемый зеленый водород получают с помощью процесса, называемого электролизом. Чтобы взломать стабильный H2Для превращения молекул воды в водород и кислород требуется много электричества. Затем водород может быть использован для синтеза углеводородного топлива путем добавления углерода из CO2. Получаемое в результате электротопливо или электронное топливо легче хранить и транспортировать, чем электричество или чистый водород. "Самое главное, что электронное топливо можно сжигать в обычных процессах сгорания и двигателях и, таким образом, напрямую заменять ископаемое топливо", - говорит Гуннар Людерер, соавтор статьи. "Однако, учитывая их ограниченную доступность, было бы неправильно думать, что окаменелости могут быть полностью заменены таким образом".
Для вождения автомобиля на водородном топливе требуется в пять раз больше энергии, чем для электромобиля на батарейках
"В настоящее время мы далеки от 100% возобновляемой электроэнергии, поэтому ключевое значение имеет ее эффективное использование. Однако, если мы используем топливо на основе водорода вместо альтернатив прямой электрификации, потребуется от двух до четырнадцати раз больше выработки электроэнергии, в зависимости от применения и соответствующих технологий", - говорит соавтор Ромен Сакки из Института Пола Шеррера. "Потери эффективности происходят как со стороны предложения, в процессе производства топлива на основе водорода, так и со стороны спроса - двигатель внутреннего сгорания расходует намного больше энергии, чем электрический".
"Низкая энергоэффективность приводит к неустойчивой эффективности климата", - говорит Сакки. "При производстве с использованием нынешних смесей электроэнергии топливо на основе водорода увеличило бы, а не уменьшило бы выбросы парниковых газов. Для производства электроэнергии в Германии в 2018 году использование топлива на основе водорода в автомобилях, грузовиках или самолетах приведет к примерно в три-четыре раза большему выбросу парниковых газов, чем при использовании ископаемого топлива". В отличие от этого, электромобили или грузовики вызывают выбросы парниковых газов, которые сопоставимы или ниже, чем у дизельных или бензиновых автомобилей, уже работающих на современных смесях электроэнергии в большинстве стран, показывают исследователи на основе полного анализа жизненного цикла от колыбели до могилы, который включает также выбросы, связанные с производство аккумуляторных батарей.
"Только для действительно возобновляемых энергосистем топливо на основе водорода становится эффективным средством стабилизации нашего климата", - говорит соавтор исследования Джордан Эвералл. "Таким образом, топливо на основе водорода явно требует создания множества дополнительных мощностей по производству возобновляемой энергии".
Затраты на сокращение выбросов парниковых газов при использовании топлива на основе водорода в настоящее время составляют около 1000 евро за тонну CO2
Даже если предположить 100% возобновляемую электроэнергию, затраты на то, чтобы избежать одной тонны CO2 Исследователи подсчитали, что выбросы при использовании топлива на основе водорода в настоящее время составят 800 евро для жидкого и 1200 евро для газообразного топлива. Это намного выше, чем текущий CO2 цены, например, в Европейской схеме торговли выбросами, которые в настоящее время находятся ниже 50 евро за тонну. Однако, если будет продолжаться технологический прогресс, обусловленный СО2 цены, а также субсидии и инвестиции в водородную и смежные отрасли промышленности, к 2050 году эти СО2 Затраты на борьбу с выбросами могут снизиться примерно до 20 евро для жидкого и 270 евро для газообразного электронного топлива.
Следовательно, с увеличением CO2 цены на топливо на основе водорода могут стать конкурентоспособными по стоимости, вероятно, к 2040 году. Это слишком поздно для тех секторов, где существуют альтернативы прямой электрификации, учитывая настоятельную необходимость сокращения выбросов парниковых газов для стабилизации нашего климата.
Ценообразование на углерод необходимо для того, чтобы сделать топливо на основе водорода конкурентоспособным
"Несмотря на неопределенность в отношении будущих затрат, топливо на основе водорода потенциально может стать резервной технологией для замены всех оставшихся ископаемых видов топлива примерно в 2040-50 годах. Однако реализация зависит от существенной крупномасштабной политической поддержки и фактически субсидий в течение примерно двух десятилетий, прежде чем бизнес-кейсы могут быть обеспечены исключительно за счет повышения цен на выбросы углерода", - говорит Фалько Юкердт. "Общая политическая стратегия могла бы основываться на двух столпах: во-первых, широкая технологическая поддержка для стимулирования инноваций и первоначального расширения масштабов, включая прямую электрификацию. Во-вторых, существенное ценообразование на выбросы углерода и реформа налога на энергию, которые в совокупности создают равные условия для всех технологий и, следовательно, разумный баланс между прямой и косвенной электрификацией ".
"Долгосрочное видение топлива на основе водорода является многообещающим", - говорит Гуннар Людерер. "Используя огромный потенциал ветровой и солнечной энергии глобальных солнечных поясов, электронные виды топлива могут продаваться по всему миру и, таким образом, устранять проблемы с возобновляемыми источниками энергии в густонаселенных странах, таких как Япония или в Европе. Однако, поскольку международные и национальные климатические цели требуют немедленного сокращения выбросов, с точки зрения климата прямая электрификация должна быть на первом месте, чтобы обеспечить безопасное будущее для всех ".
Комментарии