600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Индия разрабатывает стратегию производства экологически чистого водорода

Технологии силовой преобразовательной техники

Правительство Индии одобрило Национальная миссия «Зеленого водорода» в январе достичь мощности по производству экологически чистого водорода не менее чем в 5 миллионов метрических тонн (mmt) и дополнительных 125 ГВт мощностей по возобновляемой энергии к 2030 году.

Миссия намерена значительно сократить выбросы углекислого газа (CO2) выбросов к 2030 году путем стимулирования спроса на экологически чистый водород, его производства и использования в различных отраслях промышленности. Это поможет достичь поставленной цели по сокращению ежегодных выбросов парниковых газов примерно на 50 млн тонн. Миссия также намерена разработать скоординированную программу повышения квалификации, результатом которой станут многочисленные возможности трудоустройства.

Самое главное, Миссия хочет увеличить экспорт экологически чистого водорода при одновременном снижении импорта ископаемого топлива. Мотивация программы заключается в том, чтобы сосредоточиться на отечественном производстве электролизеров и производстве экологически чистого водорода. Зеленый водород создается путем электролиза с использованием возобновляемой электроэнергии.

Учитывая, что внутренние потребности Индии в энергопотреблении, как ожидается, значительно возрастут в течение следующих 20 лет, зависимость страны от ископаемого топлива является источником беспокойства. Экологически чистая энергия водорода, солнца и ветра может стать будущим решением для Индии, которая в настоящее время импортирует более 80% своей нефти. В некотором смысле, это приносит пользу возобновляемые источники энергии промышленность, потому что вырабатываемая солнечной энергией электроэнергия может обеспечить производство экологически чистого водорода.

По мнению экспертов, высокие цели Национальной миссии «Зеленый водород» необходимы для превращения Индии в центр экспорта «зеленого» водорода на Ближний Восток, Юго-Восточную Азию и Африку и привлечения иностранных инвесторов. Они также помогут обезуглероживать такие отрасли промышленности, как нефтеперерабатывающие заводы, черная металлургия, сталь и цемент, одновременно производя аммиак и метанол.

Применение зеленого водорода

Водород — единственный элемент на Земле, содержащий протон и электрон. Способность накапливать и распределять полезную энергию делает водород скорее энергоносителем, чем источником энергии.

Из-за своей высокой летучести водород должен взаимодействовать с другими элементами, чтобы стать стабильным. В сочетании с кислородом он образует воду. Водород и кислород отделяются от воды с помощью электролизного оборудования, работающего на возобновляемой электроэнергии. Это делает его идеальным для использования в топливных элементах и других типах систем накопления энергии. Топливный элемент — это устройство, которое превращает электрохимическую реакцию превращения водорода и кислорода в воду в электричество. Помимо энергии, единственными побочными продуктами реакций на водородных топливных элементах являются вода и тепло без содержания CO2 выбросы.

Водородные топливные элементы предлагаются для замены перезаряжаемых литий-ионных батарей в безуглеродных мобильных платформах, таких как электромобили (см. рисунок).

A hydrogen fuel-cell EV.
Электромобиль на водородных топливных элементах (источник: Министерство энергетики США)

Производство зеленого водорода

Сегодня лишь небольшая часть водорода, ежегодно потребляемого во всем мире, создается с использованием «зеленой» энергии; подавляющее большинство по-прежнему производится с использованием электроэнергии, получаемой из ископаемого топлива. Стоимость производства экологически чистого водорода является одной из трудностей. Для широкого использования он должен быть более доступным, чем такие источники энергии, как ископаемое топливо и энергия, хранящаяся в литий-ионных батареях.

В электролизерах, которые представляют собой машины, использующие электрическую энергию для расщепления молекул воды на водород и газообразный кислород посредством процесса, известного как электролиз, водород играет решающую роль. Контейнер, называемый электролизной ячейкой, который имеет два электрода — положительно заряженный анод и отрицательно заряженный катод, — которые разделены раствором электролита, используется для электролиза воды в электролизере. Молекулы воды распадаются на составляющие, когда к ним прикладывают электрический ток. Ионы водорода (H+) притягиваются к отрицательно заряженному катоду, в то время как ионы кислорода (O2) притягиваются к положительно заряженному аноду.

Газообразный водород (Ч2) создается на катоде, когда ионы водорода поглощают электроны из электрического тока. Этот газ собирается и используется в качестве топлива. Тем временем ионы кислорода на аноде выделяют электроны и объединяются, образуя газообразный кислород (O2), который обычно выбрасывается в атмосферу. В электролизерах водород служит одним из побочных продуктов процесса электролиза, который впоследствии может быть собран и использован в качестве чистого, устойчивого источника энергии.

Щелочные электролизеры и мембранные электролиты с полимерным электролитом (PEM) — это два типа технологий электролиза, используемых для получения газообразного водорода из воды путем электролиза.

Щелочной электролиз — одна из старейших и наиболее хорошо зарекомендовавших себя технологий электролиза. В качестве электролита служит водный раствор гидроксида калия (KOH) или гидроксида натрия (NaOH), а в щелочных электролизерах используются электроды из никеля или нержавеющей стали. Когда электрический ток пропускается через электролит, вода расщепляется на водород и газообразный кислород на катоде и аноде соответственно. Щелочные электролизеры известны своей эффективностью, долговечностью и способностью справляться с крупномасштабным производством водорода.

С другой стороны, электролиз PEM — это более новая технология, которая приобрела популярность в последние годы. Твердая полимерная мембрана, проводящая протоны (H+) является электролитом в электролизерах PEM. Когда электрический ток пропускается через мембрану, вода расщепляется на водород и газообразный кислород на аноде и катоде соответственно. Электролизеры PEM обладают рядом преимуществ по сравнению со щелочными электролизерами, включая более высокую эффективность, более быстрое время отклика и большую гибкость в эксплуатации и техническом обслуживании.

Как щелочные, так и PEM-электролизеры являются важнейшими технологиями для получения газообразного водорода методом электролиза. Каждый из них имеет уникальные преимущества и ограничения в зависимости от конкретного применения и требуемого масштаба производства водорода.

С точки зрения теплотворной способности, водород имеет почти в 2,5 раза больше энергии на тонну по сравнению с природным газом, что означает 5 миллионов тонн Ч2 может заменить почти 18 миллиардов кубометров природного газа.