Все про; водень ІФПЕН

Подібно до електрики, водень є насамперед носієм енергії, а не енергією як такою, хоча спостерігалося кілька джерел природного виробництва водню. Тому він виробляється з джерела енергії. В даний час з економічних причин 95% його походить від трансформації викопного палива, майже половина з яких - із природного газу.

іфпен

Зі збільшенням виробництва електроенергії з безвуглецевих енергій, зокрема відновлюваних, вивчається виробництво водню шляхом електролізу води та його використання в рамках енергетичного переходу для досягнення вуглецевої нейтральності в 2050 році. На сьогоднішній день водень, в основному використовуваний у хімічних речовинах або переробці, міг би знайти інші сфери застосування, такі як декарбонізація певних галузей промисловості, забезпечення зберігання електроенергії або постачання транспортного сектора.

Джерела водню

Основними ресурсами, що використовуються для отримання дигідрогену Н2 (який далі буде неправильно називатися воднем), є вода та вуглеводні (вугілля, нафта або газ).

Дійсно, кожна молекула води є результатом поєднання атома кисню та двох атомів водню за формулою H2O.

Водень міститься також у вуглеводнях, які утворюються комбінацією атомів вуглецю та водню. Це, наприклад, випадок метану, основної складової природного газу, формулою якого є CH4, одна з найпростіших комбінацій вуглеводнів.

Ти знав ?Молекула ді-водню, що складається з двох атомів водню, є особливо енергійною: Спалення одного кг водню виділяє приблизно втричі більше енергії, ніж кг бензину, і лише виробляє воду. На відміну від цього, водень займає при однаковій масі значно більший об’єм, ніж будь-який інший газ. Отже, щоб отримати стільки енергії, скільки літр бензину, вам потрібно від 6,4 до 7 літрів водню, стисненого до 700 бар (в 700 разів більше атмосферного тиску).
Водень дуже легкий, що є недоліком для його зберігання та транспортування. Як правило, використовуються пляшки або трубопроводи, в яких він подорожує в стиснутому вигляді. Однак більш щільна рідка форма (при температурі - 253 ° C) набагато дорожча.

Водень також існує природним шляхом. Перші природні джерела водню були виявлені на дні моря в 1970-х і нещодавно на суші. Але перед розглядом вигідних операцій потрібно пройти довгий шлях. Знання про походження утворення цього водню та дослідження вигідних технологій виробництва все ще повинні прогресувати.

Експлуатація природного водню на дні моря, на дуже великих глибинах і дуже далеко від узбережжя, не є економічною. Зовсім недавно легше доступні випаровування водню на суші були виявлені у двох типах геологічного контексту:

  • великі наземні масиви перидотиту, де певний тектонічний контекст піддає гірські породи вивітрюванню метеорними водами,
  • райони, розташовані в серці континентів, внутрішньопластинчасті ділянки, і зокрема в найдавніших частинах, Докембрійські кратони, розташована в центрі материків, що виникли.

Визначення
Перидотит: гірська порода з земної мантії, що складається в основному з олівіну (до 90%) та піроксенів (феромагнезійних мінералів). Ці мінерали містять відновлене залізо, при окисленні якого водою утворюється водень. Ці гірські породи локально виставляються на поверхні дна океану. Вони також з’являються на суші, зокрема в тектонічному контексті.
Внутрішня плита: зона, розташована всередині тектонічної плити, на відміну від зони на краю плити. У внутрішньопластинковій зоні, де обмін з глибинами більш обмежений, ніж на краях плит, знаходяться найдавніші частини материків, кратони.

Методи отримання водню

Методи виробництва полягають у вилученні водню з первинного ресурсу.

Існують різні технології виробництва:

  • реформування природного газу водяною парою є найбільш широко застосовуваною технікою. Це передбачає реакцію метану з водою з отриманням суміші, що містить водень і СО2. СО2, що виділяється цим процесом, може бути уловлений і зберігатись для отримання безвуглецевого водню. Замість природного газу використання біометану (метану при бродінні біомаси) також є рішенням для отримання безвуглецевого водню;
  • газифікація дозволяє отримувати шляхом спалювання суміш CO і H2 із вугілля (розчину, що виділяє багато СО2) або біомаси;
  • водень також може вироблятися з води та електрики, це електроліз води. Електролізер розділяє молекулу води на водень та кисень. Цей шлях все ще не дуже поширений, оскільки він набагато дорожчий (у 2-3 рази дорожчий за переробку природного газу) і зарезервований для конкретних потреб, таких як електроніка, що вимагає високого рівня чистоти.

«На сьогодні 95% водню виробляється з вуглеводнів (нафта, природний газ та вугілля), що є найдешевшим рішенням. Однак цей процес виділяє CO2, парниковий газ. Для отримання безвуглецевого водню виробникам доступні два варіанти: або уловлювати СО2, що виділяється під час виробництва, шляхом переробки викопного палива, потім транспортувати його для зберігання в геологічному відношенні, або виробляти через електроліз води, при електролізі з вуглецевого безкоштовна електроенергія, що постачається за допомогою енергії вітру або сонця Однак питання залишається у вартості цього способу виробництва, який на сьогоднішній день набагато дорожчий, ніж у реформуванні ".

Гай Мезоньє, інженер-економіст, IFPEN

Вживання водню сьогодні

В даний час водень має два основних способи використання: це, з одного боку, а вихідна сировина для виробництва аміаку (добрив) та метанолу а, з іншого боку, використовується як реагент у процесах переробки нафтопродукти, паливо та біопаливо.

Глобальне споживання водню в 2018 році оцінюється у 74 мільйони тонн (Мт).
У Франції споживання водню становить близько 900 000 т/рік

Для порівняння, у 2017 році споживання енергії у світі склало близько 13 800 мільйонів тонн нафтового еквівалента (Mtoe) (усі енергії зменшуються до енергетичної потужності однієї тонни нафти); Отже, водень представляє 0,4% цієї кількості за масою, але 1,2% за енергією (одна тонна водню становить 2,86 т у тепловому еквіваленті).

Міжнародне енергетичне агентство (МЕА) підрахувало, що безвуглецевий водень може внести 13% до загальносвітової енергетичної суміші в 2050 році, що в 10 разів перевищує сьогодні.

Водень транспортується переважно мережею трубопроводів відносно великий, загалом понад 4500 км по всьому світу, включаючи 1600 км у Європі та 2500 км у Сполучених Штатах. Такі країни, як Японія, також розглядають можливість імпорту водню, який потім транспортуватиметься на кораблі з Австралії, наприклад.

Водень в енергетичному переході

Водень та виклики енергетичного переходу

Водень може вирішити три основні проблеми енергетичного переходу:

  • Декарбонізуйте промисловий сектор, який споживає багато енергії.
    У цьому випадку водень мав би два варіанти використання: з одного боку, для постачання безвуглецевої енергії відповідним промисловим установкам; з іншого боку, сприяти декарбонізації відповідних промислових процесів, замінюючи викопне паливо, що використовується в даний час; це має місце, наприклад, при виробництві сталі, яка є результатом відновлення залізних руд; це скорочення, здійснене сьогодні за допомогою вугілля, завтра може бути здійснено за допомогою безвуглецевого водню.
  • Декарбонізувати транспортний сектор.
    Електричні транспортні засоби, обладнані паливними елементами (PAC), перетворюють водень в електроенергію та водяну пару, але це рішення є вигідним лише в екологічному плані, якщо водень виробляється з джерел, що не містять вуглецю; водень має переваги перед акумуляторами з точки зору дальності (від 500 до 700 км) та часу перезарядки (спрощений ланцюг водню: від виробництва до використання

Умови для забезпечення використання безвуглецевого водню

Розгортання безвуглецевого водню можна передбачити до кінця цього десятиліття до знайде свій повний розвиток у наступному десятилітті. Проблем насправді багато:

Національні плани щодо водню у Франції: орієнтири

У 2015 році прийнято Закон про енергетичний перехід для зеленого зростання встановила мету досягти в 2030 р. рівня 32% відновлюваних джерел енергії в кінцевому споживанні енергії та 40% відновлюваних джерел енергії у виробництві електроенергії. Водень є цікавим важелем досягнення цих цілей.

У 2018 році Франція була однією з перших країн, яка запровадила план щодо водню. Цілі держави щодо цього нового водневого сектору були розбиті на кілька заходів:
- використання Програми майбутніх інвестицій (PIA) через підтримку впровадження демонстрантів та придбання пакетів акцій компаній з високим потенціалом;
- підтримка громадських досліджень за допомогою ANR;
- підтримка Bpifrance стартапам або МСП у їхніх проектах технологічних інновацій та розвитку;
- підтримка розгортання водневої мобільності завдяки внеску від Ademe у розмірі 80 млн. євро;
- позиціонування Банку територій через підтримку проектів розгортання водню, що здійснюються місцевою владою.