Od přípravy zeleného vodíku po budoucí aplikace a jeho hluboký dopad na životy běžných lidí

V současné době existují především tyto způsoby výroby vodíku:

Výroba vodíku z fosilních paliv: především výroba vodíku ze zemního plynu a výroba vodíku z uhlí. Výroba vodíku ze zemního plynu je v současnosti nejdůležitější metodou výroby vodíku, a to především metodou metanového parního reformingu. I když jsou náklady na výrobu vodíku z uhlí nízké, není to ekologické.

Průmyslová produkce vodíku jako vedlejšího produktu:Použití vedlejších produktů produkovaných v procesu průmyslové výroby k výrobě vodíku je nízké. Zahrnuje především výrobu vodíku z koksárenského plynu a vodíku produkovaného chlor-alkalickým průmyslem.

Výroba vodíku elektrolýzou vody:Vodík se vyrábí elektrolýzou vody. Produkt má vysokou čistotu a žádné znečištění. Je to klíčový směr budoucího vývoje. Současné náklady jsou však poměrně vysoké a je třeba je dále snižovat.

Nízká spotřeba energie a zlepšená účinnost.

Výroba vodíku z biomasy:Použití materiálů z biomasy k výrobě vodíku prostřednictvím biologických nebo termochemických procesů není tato technologie ještě plně zralá.

Fotolýza vody za vzniku vodíku:Pomocí solární energie k přímému dělení vody k výrobě vodíku je tato technologie stále ve fázi výzkumu a vývoje.

Z hlediska ekonomické a technologické vyspělosti v současnosti dominuje výroba vodíku ze zemního plynu a průmyslový vedlejší produkt vodík. Z dlouhodobého hlediska je však výroba vodíku elektrolýzou vody považována za klíčový směr budoucího rozvoje díky svým čistým a ekologickým vlastnostem. Očekává se, že díky technologickému pokroku a snížení nákladů přinese výroba vodíku z elektrolýzy vody v příštích 3-5 letech důležité rozvojové příležitosti.

V závislosti na způsobu výroby vodíku a stupni emisí uhlíku lze vodík rozdělit do tří typů: šedý vodík, modrý vodík a zelený vodík:

Šedý vodík:

Šedý vodík je vodík vyrobený z fosilních paliv (jako je zemní plyn, uhlí, ropa atd.). V současnosti jde o nejdůležitější způsob výroby vodíku, který představuje přibližně 95 % celosvětové produkce vodíku. Náklady na výrobu šedého vodíku jsou nižší, ale emise uhlíku jsou velké a mají větší dopad na životní prostředí.

Modrý vodík:

Modrý vodík se také vyrábí z fosilních paliv (hlavně zemního plynu), ale ve výrobním procesu využívá technologii zachycování a ukládání uhlíku (CCS). Tato metoda může výrazně snížit emise uhlíku, ale náklady na zachycení jsou vysoké. Modrý vodík je považován za meziprodukt při přechodu z šedého vodíku na zelený vodík.

Zelený vodík:

Zelený vodík je vodík vyrobený elektrolýzou vody s využitím obnovitelných zdrojů energie (jako je solární energie, větrná energie atd.). Tato metoda neprodukuje téměř žádné uhlíkové emise během celého výrobního procesu a je nejčistším způsobem výroby vodíku. V současné době jsou náklady na zelený vodík poměrně vysoké, ale jak klesají náklady na energii z obnovitelných zdrojů a postupuje technologie elektrolýzy, očekává se, že se jeho ekonomika bude nadále zlepšovat.

vývojový trend:

Výzkum se zaměřuje na vývoj levných katalyzátorů, zlepšování výkonu a životnosti membrány a optimalizaci návrhu systému za účelem snížení nákladů.

Technologie PEM je zvláště vhodná pro použití s ​​obnovitelnými zdroji energie s vysokou volatilitou díky vysoké účinnosti a rychlé odezvě. Očekává se, že s technologickým pokrokem a snížením nákladů bude PEM v příštích 5-10 letech více využíván, zejména v oblastech distribuované výroby vodíku a výroby vodíku z obnovitelných zdrojů energie.

vývojový trend:

Zaměření výzkumu zahrnuje vývoj vysoce výkonných, vysoce stabilních aniontových výměnných membrán a odpovídajících účinných katalyzátorů.

vývojový trend:

Výzkum se zaměřuje na vývoj materiálů elektrod a elektrolytů s dlouhou životností odolných vůči vysokým teplotám a optimalizaci návrhu systému s cílem zlepšit účinnost a snížit náklady.

Technologie SOE je považována za perspektivní technologii výroby vodíku díky vysoké účinnosti a využití vysokoteplotních zdrojů tepla. Je zvláště vhodný pro použití v kombinaci s vysokoteplotními zdroji tepla, jako je jaderná energie a solární tepelná výroba energie. Očekává se, že díky pokroku ve vědě o materiálech a technologii systémové integrace dosáhne SOE v příštích 10-15 letech komerčního využití a poskytne nové možnosti pro rozsáhlou, vysoce účinnou výrobu zeleného vodíku.

Mezi těmito metodami jsou v současnosti dvě nejpoužívanější technologie AWE a PEM. AWE zaujímá dominantní postavení díky své nízké ceně a vyspělé technologii a je zvláště vhodný pro velkovýrobu vodíku. PEM je vhodnější pro použití s ​​obnovitelnými zdroji energie s větší volatilitou díky vysoké účinnosti a rychlé odezvě. S technologickým pokrokem se očekává, že PEM bude v příštích 5-10 letech rozšířenější.

Náklady na různé způsoby výroby vodíku

Různé metody přípravy zeleného vodíku se týkají především využití obnovitelné energie k elektrolýze vody k výrobě vodíku. Cena je následující:

Výroba vodíku v alkalickém elektrolyzéru:

Cena je přibližně 3-6 USD/kg. V současnosti se jedná o nejvyspělejší a nejrozšířenější technologii výroby vodíku elektrolýzou vody.

Výroba vodíku v elektrolyzéru s protonovou výměnnou membránou (PEM):

Cena je přibližně 4-8 USD/kg. Ve srovnání s alkalickými elektrolyzéry jsou elektrolyzéry PEM účinnější, ale cena je také o něco vyšší.

Výroba vodíku elektrolyzérem s pevným oxidem (SOEC):

Cena je přibližně 5-9 USD/kg. Technologie SOEC je stále ve fázi vývoje a v současné době stojí relativně vysoké.

Očekává se, že s technologickým pokrokem a rozšířením rozsahu se náklady na přípravu zeleného vodíku dále sníží. Očekává se, že náklady na výrobu vodíku elektrolýzou vody z obnovitelných zdrojů v budoucnu klesnou na přibližně 2-3} USD/kg, díky čemuž bude cenově konkurenceschopná s výrobou vodíku z fosilních paliv.

Je třeba poznamenat, že specifické náklady na zelený vodík jsou také ovlivněny faktory, jako jsou náklady na energii z obnovitelných zdrojů a využití zařízení, a mohou se lišit v různých regionech a scénářích použití.

Vodíková energie bude hrát klíčovou roli v budoucí energetické struktuře. S rozvojem technologie výroby vodíku v elektrolytické vodě a snížením nákladů bude vodíková energie kombinována s obnovitelnými zdroji energie, aby se zlepšila stabilita a spolehlivost energetického systému, podpořila se transformace energie v dopravě, průmyslu, výrobě energie a dalších oblastech a dosáhlo se udržitelný rozvoj. Pro obyčejné lidi může popularizace vodíkové energie nejen snížit znečištění a zlepšit kvalitu ovzduší, ale také poskytnout stabilní a čistou energii pro domácnost a přinést nové pracovní příležitosti a body hospodářského růstu, a tím zlepšit celkový blahobyt společnosti a vytvořit lepší svět. . s budoucností.

Zobrazit více