Электролизный Водород, альтернатива нефти или дополнение
В 30-е годы прошлого столетия основным промышленным методом получения водорода был электролиз воды. Таковым он оставался до 60-70 годов, когда его практически вытеснил промышленный метод паровой конверсии метана или автотермический метод в случае наличия дешевого кислорода. Электролиз воды продолжал использоваться на электростанциях для выработки водорода для охлаждения генераторов, а также для получения ракетного горючего вблизи места запуска таких ракет тем самым поддерживая как-то фирмы производители оборудования.
Много надежд было на возрождение электролиза воды в случае реализации управляемого термоядерного синтеза, но до промышленного применения этого источниае энергии, похоже, еще очень далеко.
Вместе с тем в последние годы требования декарбонизации выбросов стали слышны все громче вместе с успехами в снижении стоимости возобновляемой энергии, и многие вспомнили про старый добрый метод электролиза.
В начале месяца фирма ITM завершило строительство нового завода в Шефилде по п роизводству электролизеров воды мощностью 1 ГВт в год.
https://www.rechargenews.com/transition/green-hydrogen-itm-power-s-new-gigafactory-will-cut-costs-of-electrolysers-by-almost-40-/2-1-948190
Поскольку только Чили к 2030 году планирует установить электролизеры суммарной мощностью 40 ГВт, а Европейский Союз до 25 ГВт к этому сроку, ITM уже имеет финансовое решение по расширению производства до 2 ГВт в год. Уже сейчас на новом заводе только масштаб производства позволит снизить цену электролизеров на 37,5 %. Кроме того, улучшается конструкция электролизеров, снижается стоимость электродов (они пока еще содержат значительную долю благородных металлов).
Электролизер воды
Управляющий компанией ITM считает, что при цене на электроэнергию 5,5 центов за кВт час стоимость электролизного водорода уже сейчас сопоставима со стоимостью водорода из газа при условии отделения углекислого газа и его захоронения. Чтобы быть на уровне обычного водорода без удаления углекислого газа нужно иметь стоимость энергии около 3,5 центов за кВт час.
Трудно проверить эти цифры без детальной калькуляции, отметим что норвежская фирма Nel ASA планирует производить электролизный водород по цене $1.5/кг к 2025 году.
https://www.h2-view.com/story/nel-targets-green-hydrogen-production-at-1-5-kg/
Если поверить в реальность этой цены, которая все таки пока на 50-60% выше цены водорода при паровом реформинге углеводородов, и принять во внимание побочный продукт электролиза - кислород, выход которого в 8 раз больше по массе, то получим, что при цене технического кислорода около $50/тонну цена водорода будет составлять примерно $1.1/кг. Получается, чтобы быть на уровне некоторых традиционных способов выработки водорода нужно иметь возможность сбывать в больших количествах технический кислород (медицинского столько не нужно).
Поэтому сразу возникают две области, где такая возможность есть. Давайте для начала вспомним, что Германия в годы второй мировой войны около 2/3 потребностей в топливе обеспечивала за счет синтеза путем газификации угля по двум технологиям - гидрогенизации угля в мазуте, а также посредством реакции Фишера -Тропша.
Упрощенная схема синтеза Фишера-Тропша
Последний метод в усовершенствованном виде в 90-х годах рассматривали как перспективный для получения синтетических масел и чистых топлив. Гигантский завод заработал тогда в Катаре на основе природного газа. Еще раньше в 80-х годах ЮАР была вынуждена использовать этот метод для переработки угля в топливо как ответ на ограничения в поставках нефти из-за режима апартеида. Детальной информации о южноафриканских установках нет, но из косвенных данных (поставка самого крупного в мире компрессора кислорода) можно сделать вывод, что процесс не сворачивается, а скорее, модернизируется.
Газификатор угля
В 2000-х годах в Китае было множество проектов по газификации углей, среди которых один был предназначен для среднего по мощности синтеза Фишера-Тропша, остальные обеспечивали химические проекты и удобрения. Так, кроме метода синтеза Фишера-Тропша в Китае сегодня используют синтез-газ газификации также для получения метанола, а затем из спирта-сырца гибко получают различные соотношения этилена и пропилена посредством метода MTO (метанол в олефины). Здесь кислород может быть использован не только на стадии газификации, но и для получения оксида этилена, из которого в дальнейшем производят моноэтиленгликоль - компонент полиэфиров и антифризов.
Итак, необходимая для электролиза вода при газификации имеется, использование кислорода обеспечено для получения синтез-газа или оксида этилена, дело остается за источниками дешевой электроэнергии. Конечно, сразу приходит идея о расположении производства недалеко от ГЭС вблизи мест переработки угля в таких странах как Норвегии, Бразилия, Китай и т.д., но поскольку дешевый карьерный уголь и ГЭС не часто соседствуют, возможны и варианты газификации нефтяных остатков, таких как битум или асфальт. Рано или поздно эта проблема заставит нефтепереработчиков принимать кардинальные решения, особенно в тех местах где реализация морского тяжелого топлива затруднена из-за длинного транспортного плеча (вдали от портов).
Следует отметить, что проводились эксперименты на действующей установке в Испании по совместной газификации биомассы и угля (нефтяного кокса), до 20% в смеси соломы или отходов древесины не влияют на футеровку и технологические параметры. Кстати, самый большой из заявленных процессов по газификации нефтяного кокса продолжается с переменным успехом в Индии на крупнейшем в мире НПЗ в городе Jamnagar. Но там первоначально процесс был запроектирован на получение синтетического природного газа из синтез-газа газификации. Вследствие снижения цен на газ рентабельность проекта стала сомнительной, почему бы не рассмотреть альтернативы?