Исчерпываемость ископаемых, а также экологическая обстановка заставили человечество задуматься об альтернативных источниках энергии, в том числе и о «зеленом» топливе. Многочисленные исследования и эксперименты привели к созданию нескольких вариантов замены ископаемого топлива, но некоторые из них получают куда больше внимания. К числу избранных относится и голубой водород, который получают с помощью метана.

Средства массовой информации, ученые и политики со всего света называют его топливом будущего, а также экологичной и экономически выгодной альтернативой. Однако ученые из Корнеллского университета склонны с этим не согласиться. Они провели аналитическое сравнение воздействия на экологию голубого водорода и классического топлива. Выводы оказались не в пользу первого.

Насколько экологичен голубой водород, в каких именно аспектах он уступает классическому топливу, и как можно исправить ситуацию? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

На данный момент водород по большей степени используется в нефтепереработке и производстве синтетических азотных удобрений. В области энергетики его доля достаточно мала из-за дороговизны по сравнению с ископаемым топливом. Несмотря на это, многие средства массовой информации (в частности и New York Times, как отмечают ученые) называют водород топливом будущего.

Многие эксперты считают, что водород будет полезен не только в экономике для грузоперевозок на дальние расстояние, но и в быту для приготовления пищи и обогрева жилья. В отчете «Gas for Climate» ассоциация газопроводов Европы называет водород прекрасным источником топлива для отопления и производства электроэнергии в недалеком будущем. А группа «The Hydrogen Council», образованная из British Petroleum, Shell и других нефтегазовых гигантов, заявила, что в будущем все дома будут отапливаться исключительно водородом.

Все это звучит невероятно оптимистично и футуристично, если можно так выразиться. Водород — решение климатического и энергетического кризиса. Ура и слава водороду, расходимся по домам, греться у водородных батарей и готовить борщ на водородной плите. Но, как бы согласился с нами Эркюль Пуаро, дьявол сокрыт в мелочах. Большая часть водорода (96%) вырабатывается из ископаемого топлива, в частности, при паровой конверсии метана (SMR от steam methane reforming) из природного газа, а также при газификации угля.

В SMR, на который приходится примерно 3/4 всего производства водорода в мире, тепло и давление используются для преобразования метана в природном газе в водород и диоксид углерода. Полученный таким путем водород называют «серым», а при газификации угля получают «коричневый». На производство серого водорода уходит около 6% от всего добытого в мире природного газа.

Еще один вариант получения водорода — электролиз воды. Когда в этом методе задействовано электричество из чистого возобновляемого источника (ветер, солнце и т.д.), то полученный водород именуют «зеленым». Проблема такого водорода в его дороговизне, посему в ближайшие несколько десятилетий мы вряд ли увидим переход на промышленные масштабы производства этого вида топлива.

Популярность голубого водорода в противовес серого растет еще и за счет того, что второй генерирует гораздо больше парниковых газов. По своей сути голубой водород также может относиться к SMR или газификации угля, но с последующим улавливанием диоксида углерода. По данным на 2021 год в мире насчитывается всего лишь два завода по производству голубого водорода, которые используют природный газ для производства в промышленных масштабах: Shell в Альберте (Канада) и Air Products в Техасе (США).

Очень часто можно услышать/прочесть, что голубой водород имеет нулевой (или близкий к таковому) уровень выброса парниковых газов. Звучит заманчиво, но неправдоподобно.

Что любопытно, ни в одном из отчетов по выбросам от производства голубого водорода не упоминался метан, который также вносит свой немалый вклад в парниковые газы. Если сравнить метан (CH₄) и углекислый газ (CO₂), то первый является в 100 раз более сильным «согревающим» агентом (агент, участвующий в парниковом эффекте). Если одновременно выбросить в атмосферу одинаковую массу метана и углекислого газа, то спустя 20 лет CH₄ вызовет потепление в 86 раз больше, чем CO₂.

По некоторым данным 25% от глобального потепления, произошедшего за последние десятилетия, связано именно с метаном. Недавний отчет ООН гласит, что к 2030 году необходимо будет снизить уровень глобального выброса метана на 40–45%, чтобы достичь наименее затратного пути сдерживания повышения температуры Земли до 1.5 °C (задача, поставленная в 2015 году на конференции по климату в Париже, COP21).

Учитывая вышесказанное, сложно поверить, что водород так невинен, как о том говорят. Посему авторы рассматриваемого нами сегодня труда и решили выяснить влияние как серого, так и голубого водорода (полученного с помощью SMR) на уровень парниковых газов, при этом учитывая и метан, и углекислый газ.