Таза энергия тасымалдаушы ретіндегі тұрақты сутек

Жаңартылатын энергияны интеграциялау арқылы жасыл сутекті өндіру

Жасыл сутегі көбінесе жел электр станциялары мен күн панельдерінен түсетін қосымша жаңартылатын электр энергиясы электролиз деп аталатын процесті қамтамасыз еткенде шығады. Бұл негізінен судың молекулаларын сутегі мен оттегі газдарына бөлшектейді және өзінің өндірісі кезінде тікелей көміртек шығарылымын тудырмайды. Дәстүрлі әдістермен салыстырғанда, олар әдетте пайдаланылатын көмірсутектерге негізделеді, ал бұл тәсіл дәстүрлі жолмен өндірілген сутегінің әр килограмына шаққанда шамамен 9-12 килограмға дейін көміртек диоксидінің шығарылуын қатты төмендетеді. Жасыл сутегіні таза энергия шешімі ретінде перспективалы ететін нәрсе — оның жаңартылатын энергия көздерінен көп мөлшерде қуат болған кезде қалай жұмыс істейтіндігі. Электролизаторлар осындай уақытта максимум қуатпен жұмыс істегенде ресурстарды тиімді пайдаланады және электр желісіне қосымша жүктеме түсіруінің орнына оның қысымын азайтуға көмектеседі.

Қоршаған ортаға пайдасы және көміртегіні азайту мүмкіндігі

Халықаралық энергетикалық агенттіктің өткен жылғы есебіне сәйкес, 2030-жылдардың ортасына таман салмақты өнеркәсіптерде жылына шамамен 830 миллион тонна CO2 шығарындысын қысқарту үшін жасыл сутегіге көшу мүмкіндігі бар. Оның себебі — жану кезінде ол тек су буын шығарады, сондықтан болат өндіру, химиялық өндіріс және теңіз көлігі сияқты салаларда көміртегі іздерін азайтудың маңызды құралы болып табылады. Егер біз бұл технологияны шынымен іс жүзінде кең көлемде енгізе алсақ, өнеркәсіптік аймақтарда зиянды азот тотьіндерінің ластануы шамамен 45 пайызға дейін төмендейді. Мұндай жақсару климаттық мақсаттарға жетуге ғана емес, сонымен қатар осы қондырғылар маңында тұратын адамдар үшін ауа сапасын жақсартуға көмектеседі.

Сутегі өндірудің өмірлік цикл шығарындылары мен тұрақтылық критерийлері

Сутегінің қоршаған ортаға әсері оны қалай өндіретініне байланысты. Толық өмірлік циклды зерттейтін зерттеулер табиғи газды риформинг арқылы өндірілетін сұр сутегінің жасыл аналогына қарағанда шамамен он есе көп көміртек диоксидін шығаратынын көрсетеді. Шынымен жасыл сутегі өндірілетінін растау үшін Еуропалық Одақ RFNBO деп аталатын сертификаттау стандарттарын әзірледі. Бұл ережелер қайталанатын энергия көздерін тексерумен ғана шектелмейді, сонымен қатар электр энергиясы қашан және қай жерде өндірілгені мен электролиз қашан болғанын нақты бақылайды. Компаниялар бұл нұсқауларды мұқият сақтауы керек. Әйтпесе, біз қағазда таза болып көрінетін, бірақ сырттай отын-энергетикалық ресурстарға тәуелділігімізді қолдап тұратын сутегі инициативаларына ие болуымыз мүмкін. Мұндай жасанды «жасылдану» тұрақты энергия шешімдеріне қарай нақты прогрессқа кедергі келтіруі мүмкін.

Циклдық энергетикалық жүйелерді қолдаудағы жасыл сутегінің рөлі

Жасыл сутегі циклдық энергетикалық жүйелердің тиімді жұмыс істеуінде үлкен рөл атқарады. Жел немесе күн сияқты жаңартылатын энергия көздерінен артық электр энергиясы пайда болған кезде, ол әртүрлі салаларда немесе тіпті қайтадан электр энергиясын шығару үшін кейінірек қолдану үшін сақтауға болатын отынға айналады. Кейбір алдыңғы қатарлы қондырғылар биологиялық көздерден ұстап алынған CO2-ті осы жасыл сутегімен араластырып, атмосфераға көміртегінің шығуын болдырмау дегенді білдіретін e-метанол алумен айналысады. Солар мен жел генераторлары көп қосылған электр желілерін тепе-теңдікте ұстау үшін екі бағытта да жұмыс істеу қабілеті өте пайдалы. Сонымен қатар, бұл процесс олармен байланысты көміртегі шығарындылардың барлығынсыз минералды тыңайтқыштар мен болат дайындау сияқты процестерге қажетті таза материалдарды жасайды.

Жасыл сутегімен декарбонизацияланбауы қиын салалар

Болат, химия және ауыр өнеркәсіпте қолданылуы

Жасыл сутегі электр энергиясына ауысу мүмкін емес болатын өнеркәсіптің көміртегі шығарындыларын азайтуға мүмкіндік береді. Мысалы, әлем бойынша шығарылатын CO2-дің шамамен 7 пайызына жауапты болатын болат өндіру саласын алайық. Темір кенін қалпына келтіру процесі кезінде көмірді жасыл сутегімен ауыстыру арқылы зауыттар өздерінің шығарындыларын 98%-ға жуық төмендетуі мүмкін. 2024 жылдан бастап Швециядағы H2 Green Steel жобасы оның практикада жұмыс істейтінін көрсетті. Аммиак өндіру үшін электролиз арқылы алынған сутегіге ауысу шығарындыларды шамамен 40% дейін азайтады. Цемент өндірушілер де өздеріне пайдасын табуда, отындарына сутегін араластыру қажетті жылу мөлшерін және түзілетін шаң мөлшерін азайтады. Сутегінің басқа да қиын тазартылатын салаларда қажет болатын экстремалды температуралар мен химиялық реакциялармен қалай істейтіні оны ерекшелейді.

Өнеркәсіп пен көлік салаларындағы көптеген секторлық интеграция

Сутегі энергияның әртүрлі салаларын өте қызықты жолдармен біріктіреді. Ол үлкен машиналарды жұмыс істетеді, автожолдардағы ұзақ қашықтыққа созылатын жүк көліктерін жүргізеді және электр желілерін сұраныс тербелген кезде тұрақты ұстауға көмектеседі. Күн сәулесі мен желден алынатын жасыл энергияның артық мөлшері пайда болған кезде оны электролиз деп аталатын үдеріс арқылы сутегіге айналдыруға болады. Содан кейін осы сутегі химиялық зауыттарда қажет болатын қатты ыстықты алу үшін немесе дизельдік емес, отындық элементтерде жұмыс істейтін арнайы пойыздарда қолданылады. Ең бастысы неде? Бір ғана сутегі құбыры тек бір мақсатқа ғана арналмаған. 2023 жылғы кейбір зерттеулерге сәйкес, мұндай құбырлар аймақтың өнеркәсіптік жылыту қажеттіліктерінің шамамен үштен бірін қамтамасыз ете алады және жел электр станциялары жеткілікті қуат өндірмейтін кезеңдерде сақтау құрылғысы ретінде де пайдаланыла алады. Мұндай екі мақсатқа арналу барлығы үшін жеке инфрақұрылым салуға тырысқаннан әлдеқайда тиімді жүйе жасайды.

Зерттеу жағдайы: болат және химиялық өндірісте жасыл сутегі

Германиядағы бір өнеркәсіптік аймақ 18 ай ішінде шамамен екі үштен бірге жуық көлемдегі 1-ші сатының шығарындыларын қысқартты. Олар болатты аннеалдау мен метанол өндіру сияқты процестерде табиғи газдың орнына жасыл сутегіге ауысты. Бұл жетістіктің маңыздылығы - бұл бүкіл операция 140 мегаватттық офшорлық жел электр станцияларынан алынатын энергиямен жұмыс істейді. Нәтижесінде, олар жылына шамамен 9 500 тонна сутегін өндіре алады. Бұл көлем әлдеқайда төмен көміртегісі бар шамамен жарты миллион тонна болат өндіруге жеткілікті. Әртүрлі салалардағы өзара әрекеттестікті қарастыра келе, бұл инициатива ресурстарды ортақ пайдаланудың тамаша мысалы болып табылады. Қалдық оттегі мен жылу энергиясының жуық 92%-ы кластердің басқа жерінде қайта пайдаланылады.

Сутегі технологиясының құндылық тізбегіндегі циклділік

Қажетті материалдарды қайта өңдеу: отындық элементтер мен электролизерлердегі бағалы топтық металдар

Протон алмасу мембранасы технологиясы платина мен иридий сияқты платина тобының металдарына күшті тәуелді. Олардың қорлары шектеулі және оларды өндіру процестері қоршаған ортаға үлкен зиян келтіретіндіктен, бұл бағалы металдар жеткізу тізбегі үшін нақты мәселе туғызады. Алайда жағымды жағы – өмірінің соңындағы отындық элементтер мен электролиз қондырғыларын қарастырған кезде, бұл бағалы металдардың көпшілігі қайта өңдеу арқылы шынымен қайтарылуы мүмкін. Circular Materials Institute (2023) мәліметтеріне сәйкес, қайтару деңгейі 90% асады, бұл біздің жаңа шикізат өндіруден тәуелділігімізді азайтады. Тіпті одан да жақсысы, қайта өңдеушілермен бірлесіп жабық циклдық жүйелерде жұмыс істейтін компаниялар дәстүрлі әдістерге қарағанда өнімнің өмірлік циклы бойынша шығарылымдарды жаңа шикізатқа ғана сүйенетін дәстүрлі әдістерге қарағанда 40-60 пайызға дейін қысқартты.

Сутегі жүйелерінде қайтадан пайдалану және қызметін аяқтағаннан кейін қалпына келтірудің дизайны

Бүгінгі күндері сутегі жүйелері жабдықтардың қызмет ету мерзімін ұзартуға мүмкіндік беретін модульді орнатуларға қарай дамып келеді, себебі олар бөлшектерді жөндеуге немесе жаңа мақсаттарда қолдануға мүмкіндік береді. Мысалы, электролизер қабаттары жиі-жиі шағын масштабты операцияларда қайтадан пайдалану үшін бөлшектенеді. Ал екіжақты пластиналар көбінесе электрохимиялық полировка процесі арқылы қайта қалпына келтірілуі мүмкін. Сонымен қатар, 2023 жылғы ISO 22734 стандарты да өнеркәсіпте үлкен әсер қалдырып отыр. Бұл стандарт әртүрлі инфрақұрылым буындарындағы элементтердің бір-бірімен үйлесімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді, сондықтан жаңа технологиялар пайда болған кезде ескі компоненттер тез уақытта қолданыстан шығып қалмайды. Бұл өте маңызды, себебі өндірушілер жаңа жабдықтарды әрбір бірнеше жыл сайын толығымен ауыстыруға мәжбүр болмай, инвестицияларының ұзақ уақыт қызмет етуін қалайды.

ПГМ қазбаларының әсерін қайта өңдеу көрсеткіштері мен шеңберлі инновациялармен тепе-теңдікте ұстау

Қайта өңдеу жаңа PGM-дердің қажеттілігін азайтуға көмектеседі, бірақ сутегі технологиясындағы көміртегі іздерінің шамамен 8-12 пайызын әлі де өндіру құрайтынын елемеуге болмайды. Халықаралық энергетикалық агенттік отындық элементтерді өндірудің 2030 жылға таман үш есе өсуін болжайды, сондықтан қайта өңдеу мүмкіндіктерімізді кеңейту өте маңызды болып табылады. Қызықты нұсқалар да пайда болуда. Рутенийден жасалған катализаторлар мен бағалы металдарды мүлдем қажет етпейтін электролиз жүйелері сияқты заттарды көреміз. Бұл даму сирек ресурстарға тәуелділікті азайтады және бәрі айтатын шеңберлік экономика мақсаттарына жақындатады.

Интеграцияланған энергетикалық жүйелер үшін Power-to-Gas және Секторлық байланыстыру

Power-to-gas (P2G) технологиялары электролиз және сутегі негізіндегі сақтау арқылы секторлараралық интеграция мен желінің икемділігін қамтамасыз ету арқылы тұрақты энергетикалық жүйелерді түрлендіруде. Бұл шешімдер қайталанбалы экономика принциптерін дамытудың қатарында қайталанбалы электр энергиясының артық мөлшерін өнеркәсіптік энергетикалық сұраныспен байланыстырады.

Электролиз және метандау: Икемділікті қамтамасыз ететін Power-to-Gas технологиялары

Электролиз процесі жаңартылатын электр энергиясын алып, су молекулаларын сутегі мен оттегі газдарына бөледі. Ал метандау әдісі басқаша жұмыс істейді — ол басқа жерден ұстап алынған көміртек диоксидімен сутегіні қосып, жасанды метан отынын шығарады. Бұл технологиялар күн сәулесі панельдері немесе жел турбиналарында жұмыс істеген кезде шынымен қызық болып табылады, себебі біз атмосфераға қосымша көміртегін шығармайтын отын аламыз. Бұл әлі де толығымен электр энергиясына ауысу қиын болып табылатын авиация сияқты салалар үшін ерекше тиімді. Қазіргі көрсеткіштерге назар аударсақ, заманауи электролизер жүйелері қазір 75-80 пайызға жуық пайдалы әсер коэффициентімен жұмыс істейді. Бұл 2020 жылдары мүмкін болған нәрсеге қарағанда шамамен 15 пайыздық өсуге сәйкес келеді және бұл шығарындыларды қысқартуды мақсат ететін компаниялар үшін коммерциялық тұрғыдан тиімді нұсқаларға жақындатуда көмектеседі.

Сутегіге Негізделген Энергия Сақтау және Желілік Тепе-теңдік

Сутегінің энергия тығыздығы килограмына шамамен 33,3 кВт·сағ, бұл сұраныс төмендеген кезде қосымша қайталанатын энергияны сақтау үшін жақсы көрсеткіш болып табылады. Мини-жел электр станциялары шамамен 5 гигаваттық электролизаторлармен байланысқан кезде, зерттеулер көрсеткендей, жылына қайталанатын энергия желілерінде энергияның шамамен 34 пайызға жуық бос кетуін азайтады. Бұл практикалық тұрғыдан алғанда, энергетикалық компаниялар қуаттың кенеттен өзгеруін жақсы басқара алады және жаман ауа-райы бірнеше күн бойы созылған кезде де электр қуатын үзіліссіз беруді сақтай алады.

Секторлық байланыстыру: Электр, өнеркәсіп және газ желілерін біріктіру

P2G энергия желілері тыңайтқыш зауыттарына сутегіні жеткізу арқылы, ал өнеркәсіптік жылу қалдықтары үй-жай жылытуын қамтамасыз ету арқылы әртүрлі салалар арасында бейбіт қарым-қатынасты нығайтады. Интеграцияланған модельдер осындай конфигурациялардың бөлек жүйелермен салыстырғанда бастапқы энергияның шығынын 28–32% азайтатынын көрсетеді. Гибридті электр-газ желілері экстремалды ауа райы кезінде үзілістердің болуын 40% азайту арқылы тұрақтылықты да жақсартады.

Циклдық көміртегі модельдеріндегі биомасса мен қалдықтардан сутегі алу бағыттары

Биомасса мен органикалық қалдықтарды тұрақты сутегіге айналдыру

Газификациялау және сутегілі отынға айналдыратын анаэробты сіңіру процестері арқылы ауылшаруашылық қалдықтары, тамақ қалдықтары және тұрмыстық қоқыс шөгінділері жаңа өмірге ие болуда. Еуропада ғана осы технологиялар жылына шамамен 60 миллион тонна органикалық қоқысты өңдеуге қабілетті, оны полигондарда жинауға емес, құнды затқа айналдыруға мүмкіндік береді. Гидротермалды өңдеу әдістеріндегі соңғы жетістіктерге байланысты ылғалды биомасса материалдарымен жұмыс істеу нәтижелері жақсарды, сондықтан бұрын қиындық туғызатын дымқыл қоқыс ағындарын енді тиімді түрде өңдеуге болады. Бұл әдістің қосымша пайдасы — экологиялық қорғаныс, себебі табиғи жолмен ыдыраған кезде метанның атмосфераға шығуын алдын алады, бұл климат өзгерістерінің әсеріне қатысты қайғырып отырғандар үшін маңызды.

Сутегіні циклдік көміртек экономикасы аясына интеграциялау

Қалдықтардан алынған сутегі табиғи көміртегі циклдарын өндірістік шығындарды қысқарту шараларымен байланыстырады. Бұл тәсілді көміртегіні ұстау технологиясымен үйлестіру атмосферадан шығарылатыннан гөрі артық көміртегіні алуға әкеледі. Мысалы, алаңдарды алайық. Олардың метан шығындарын пайдаланылатын сутегіге айналдырып, CO2-ті блоктау тұйық көміртегі контуры деп аталатын жүйе жасайды. Бұл сияқты орнатқыштар әдеттегі отынды пештерде ауыстыратын мысалы, құрылыс материалдары өндіретін сияқты салалар үшін ерекше пайдалы. Сонымен қатар, ұсталған CO2 тек қана сақталып қоймайды; оның орнына биоотын жасайтын суспенцияларды өсіруге пайдаланылады. Бұл көміртегі молекулалары ластану ретінде жинақталуының орнына экономикамызда белсенді түрде жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

Салыстырмалы тұрақтылық: Қалдықтан алынған сутегі мен жасыл сутегі

Қалдықтан алынған сутегі қалдықтарды пайдалану арқылы тез арада шығарындыларды азайтады, ал жасыл сутегі жаңартылатын энергиямен жұмыс істейтін ұзақ мерзімді, масштабталатын шешім ұсынады.

Жасыл сутегі туралы ЖИҚ

Жасыл сутегі деген не және оны қалай өндіреді?

Жасыл сутегі жел немесе күн энергиясы сияқты жаңартылатын энергия көздерімен жүргізілетін электролиз әдісі арқылы өндіріледі. Бұл процесс су молекулаларын сутегі мен оттегіге бөледі және тікелей көміртегі шығарындыларын тудырмайды.

Жасыл сутегі қалай көміртегі шығарындыларын азайтады?

Жасыл сутегі сутегімен (жанған кезде тек су буын шығаратын) отын ретінде пайдаланып, өнеркәсіптердің CO2 шығарындыларын едәуір төмендетуіне мүмкіндік береді.

Жасыл сутегіні қолданудың қандай қиындықтары бар?

Оларға жаңа жаңартылатын инфрақұрылым қажеттілігі, шынымен жасыл өндіріс болуын қамтамасыз ететін сертификаттау стандарттары және сутегі технологиясында қолданылатын қымбат бағалы металдар үшін жеткізу тізбегін басқару жатады.

Сутегі шынымен болашақта тұрақты бола ала ма?

Иә, әсіресе жаңа материалдардың пайдалануын азайту және сутегі технологиялық компоненттерінің өмірлік циклін тұрақты ету үшін қайта өңдеу мен шеңберлік экономика шараларымен үйлестірілген жағдайда.