Бегом по «водородной радуге» Электролиз воды и другие способы получения водорода

Водород — ​бесцветный газ без вкуса и запаха. Но с переходом на зеленую энергетику элемент номер один в таблице Менделеева окрасился в разные цвета, указывающие на безопасность топлива для планеты. Правда, человечество несколько способов производства водорода — от опасных, представляющих собой определенную угрозу до экологически чистых, «зеленых» и открывающих весьма радужные перспективы.

Зеленый водород

Способ получения: электролиз* воды с помощью электричества, полученного из возобновляемых источников энергии

Источники энергии: ветряные, солнечные, приливные электростанции, ГЭС

Выбросы CO₂: отсутствуют

Цена: 6–8 долл/кг

«Зеленый» водород — ​это полностью безопасный, экологически чистый источник энергии. Он наиболее востребован в безуглеродной экономике будущего. Производство водорода из возобновляемых источников энергии позволяет эффективно расходовать электроэнергию и сглаживать пики и спады производства электричества на комплексах, зависящих от внешних условий.

Желтый водород

Способ получения: электролиз воды с помощью электричества, полученного на АЭС

Источники энергии: атомные электростанции

Выбросы CO₂: отсутствуют

Цена: 4–5 долл/кг

С точки зрения выбросов парниковых газов «желтый» водород также безопасен, как и «зеленый». Однако риск аварий на атомных электростанциях, высокие затраты на строительство новых АЭС и проблема ядерных отходов делают его менее привлекательным.

Бирюзовый водород

Способ получения: разложение метана при высоких температурах (пиролиз)

Источники энергии: электричество, природный газ

Выбросы CO₂: низкие

Цена: 1,5–2,5 долл/кг

При температурах 1200–1500 °C метан, получаемый из природного газа, сначала распадается на ацетилен и водород, а затем сам ацетилен превращается в углерод (в виде твердой сажи) и водород. Все продукты этой реакции полезны для промышленности: ацетилен используется как сырье для химического синтеза или горючее для газовой сварки, а сажу добавляют в резину для увеличения прочности (поэтому автомобильные шины черные).

Водород, полученный пиролизом метана, оставляет небольшой, но ненулевой углеродный след. Углекислый газ выбрасывается в атмосферу при производстве катализаторов, которые нужно регулярно обновлять. Сейчас во многих странах работают заводы по пиролизу метана, но их основной продукт — ​сажа. Водородсодержащий газ сжигается для производственных нужд.

Серый водород

Способ получения: паровая конверсия природного газа

Источники энергии: электричество, природный газ

Выбросы СО₂: высокие

Цена: от 1 долл/кг

Паровая конверсия природного газа — ​основной промышленный метод производства водорода. Сначала газ очищают от соединений, содержащих серу. Затем углеводороды смешивают с водяным паром и нагревают до 1000 °C, при этом органические соединения превращаются в угарный газ и водород. Затем угарный газ снова реагирует с паром, образуются водород и углекислота.

При паровой конверсии природного газа в атмосферу выделяется столько же СО₂, как и при обычном сжигании метана.

Голубой водород

Способ получения: паровая конверсия природного газа с улавливанием СО₂

Источники энергии: электричество, природный газ

Выбросы СО₂: низкие

Цена: 1,5–2,5 долл/кг

Для производства «голубого» водорода используется та же технология паровой конверсии природного газа, что и при получении «серого» водорода, но большую часть углекислого газа улавливают и захоранивают. Дополнительный процесс повышает себестоимость топлива в два раза, но благодаря экологической чистоте оно востребовано на мировом рынке. Россия планирует заменить «серый» водород «голубым» в ближайшие годы.

Еще один полезный продукт паровой конверсии — ​синтез-газ (смесь угарного газа с водородом). Он необходим для производства метанола и искусственных жидких углеводородов.

Бурый водород

Способ получения: газификация каменного угля, мазута, торфа, горючих сланцев

Источники энергии: электричество, уголь

Выбросы СО₂: очень высокие

Цена: от 1 долл/кг

В газогенераторах уголь, мазут, торф, горючие сланцы смешивают с водяным паром и воздухом, а затем нагревают до 1000–2000 °C. На выходе получается смесь из угарного газа и водорода, которую можно разделить на компоненты или сжигать целиком в теп­ловом двигателе.

В середине ХХ века выпускали даже тракторы и грузовики, работающие на дровах, торфе и угле: газогенератор в кузове превращал подручное топливо в горючее для двигателя внутреннего сгорания.

Сегодня газификация бурого угля считается экологически опасной технологией.

Читайте также, почему в XXI веке водород снова может возглавить техническую революцию: