Жасыл сутегіні түсіну: Анықтамасы мен Негізгі Ерекшеліктері

Жасыл сутегі дегеніміз не?

Жасыл сутегі судың молекулаларын электролиз деп аталатын процестің көмегімен ыдыратқанда алынады, бірақ тек күн сәулесі немесе жел сияқты жаңартылатын энергия көздері қажетті электр энергиясын қамтамасыз еткен жағдайда ғана. Негізінде, бұл судың (H₂O) арқылы электр тогын жіберіп, оны сутегі және оттегіге дейін ыдырату дегенді білдіреді және осы процесте мүлдем көміртек диоксиді шығарылмайды. Сутегіні алу үшін дәстүрлі әдістер осылай таза емес, жиі пайдаланылатыны — табиғи отын. Сондықтан да көптеген сарапшылар 2023 жылы HERO Future Energies жүргізген соңғы зерттеулерге сәйкес жасыл сутегіні глобалдық масштабта парниктік газдарды қысқартуда өте маңызды деп санайды.

Жасыл сутегінің сұр және көк сутегіден айырмашылығы

• Сұр сутегі : Түтінді метан риформинг арқылы табиғи газдан алынады, сутегінің 1 килограмына шаққанда 10-12 кг CO бөлінеді.
• Көк сутегі : Бұл да осындай пайдалы отын негізін қолданады, бірақ шамамен 50% шығарындыны азайту үшін көміртек ұстау мен сақтау (CCS) технологиясын қосады.
• Көк сутегі : Электролиз процесінің толық көлемін жаңартылатын энергиямен қамтамасыз еткендіктен, тікелей шығарылым өндірмейді.

Қазіргі өндірістің 95%-ын сұр сутегі басып алса да, жасыл сутегінің өмірлік циклы шығарылымдары көк сутегіден (Visualizing Energy, 2024) 75-90% төмен.

Жасыл сутегі өндіруде жаңартылатын энергияның маңызды рөлі

Жасыл сутегі жаңартылатын энергия көздерімен қамтамасыз етілмесе, жұмыс істей алмайды. Электролиз процесіне әдеттегі әдістерге қарағанда шамамен төрт есе көбірек электр қуаты қажет, сондықтан өндірісті тиімді масштабтау үшін бұл жүйелерді тікелей күн панельдеріне немесе жел электр станцияларына қосу маңызды рөл атқарады. Бұған цифрлармен тоқталайық: бір килограмм жасыл сутегін өндіру үшін шамамен елу киловатт-сағат таза электр энергиясы қажет. Бұл көп болып көрінгенімен, соңғы он жыл ішінде күн панельдерінің бағасы 2010 жылдан бастап жуық 90 пайызға дейін төмендегендіктен, нақты прогресс байқалуда. Болашақтағы мүмкіндіктерді қарастырғанда, сарапшылар 2050 жылға таман жасыл сутегі әлемдегі бүгінгі пайдаланылып жүрген пайдалы қазбалардың он бес пен жиырма пайызын алмастыра алатынына сенеді.

Жасыл Сутегін Өндіру: Электролиз, Технологиялар және Әлемдік Қуаттылық

Электролиз арқылы Жасыл Сутегін Өндіру Процесі

Жасыл сутегін өндіру электролиз деп аталатын процесте жүзеге асады, мәнісі электр тогын қолданған кезде су молекулаларын (H2O) сутегі мен оттегі газдарына ыдырату. Пайдалы әсер коэффициенті 70%-дан 90%-ға дейін өзгеріп отырады және бұл түріне байланысты болады. Бұл процестің дұрыс жұмыс істеуі үшін таза су мен тұрақты электр энергиясы қажет. Қазіргі заманғы орнатылымдардың көбісі тұтынылған әрбір елу киловатт-сағат электр энергиясына шамамен бір килограмм сутегі өндіреді. Басқа өнеркәсіптік процестерге кететін энергияны ескерсек, бұл көрсеткіш нашар емес.

Электролизаторлардың түрлері: PEM, Сілтілі және Қатты тотық

Барлық жобаларда сілтілі электролизаторлар төменгі құнына байланысты үстемдік етеді, ал PEM жүйелері айнымалы қайталанатын энергия қолданысында танымалдығын арттырып келеді.

Тұрақты өндіріс үшін Күн және Жел Энергиясымен Интеграциялау

Қайталанатын энергиямен интеграция жасау — жасыл сутектің ең үлкен құнын: энергия кірісін шешеді. 2024 жылғы бағалар бойынша күн және жел энергиясы өндіру құнын $3-4/кг (2024 жылғы бағалар), 2018 жылығы $6/кг-ден төмендетті. Жоғары сәулелену мен желді аймақтарда орналасқан қондырғылар гибридті жүйелер күн панельдерін жел қозғалтқыштарымен біріктіріп, тәулік бойы жұмыс істеуді қамтамасыз етеді.

Ағымдағы глобалды өндіру қуаты және алдыңғы қатарлы елдер

Жасыл сутектің глобалдық шығарылымы 1,2 миллион метрикалық тоннаны 2024 жылы 2022 жылмен салыстырғанда 50% өсті. Осы қуаттың 80%-нен астамы $500 миллиардтық глобалды инвестициялар есебінен Орта Шығыс, Австралия және Солтүстік Еуропадағы негізгі жобалардан тұрады.

Жасыл сутекті өндіруді масштабтау қиындықтары

Масштабтау келесі кедергілерге тап болуда сутектің әр килограмына 9 литр тазартылған су , бұл үшін алдын-ала тұзды суды тазарту инфрақұрылымы қажет. PEM электролизаторларында қолданылатын иридий сияқты сирек материалдар үшін жеткізу тізбегіндегі бұғаттар мен сутек құбырларының шектеулі болуы ықпал етуін кешіктіруде. Бұл кедергілерге қарамастан, 2030 жылға жоспарланған өндіру құны $1,50/кг өнеркәсіптік қолданыстағы тиімділіктің үдеуін көрсетеді.

Жасыл сутектің экологиялық және экономикалық пайдасы

Өндіру және қолдану кезінде көміртегі шығарындылары жоқ

Жасыл сутекті өндіру кезінде шығарындылар нөлдік көмірқышқыл газы метан риформингінен алынатын сұр сутегіден өзгеше, жаңартылатын энергиямен жүргізілетін электролиз кезінде. Бұл таза энергия тасымалдаушысы отындық ұяшықтарда немесе өнеркәсіптік процестерде қолдану арқылы көміртегіге бейтарап мәртебесін сақтайды және өмірлік циклдың барлық кезеңдерінде шығарылымдарды жойып тастайды.

Ауа ластануы мен парниктік газдардың шығарылуының азаюы

Көлік және өндірісте пайдаланылатын жасыл сутегі таспалы отындардың орнына азот тотықтарын (NOx) 45%-ға дейін және күкірт тотықтарын (SOx) 92% дейін төмендетеді, бұл қалалық ауа сапасын едәуір жақсартады.

Өмірлік циклды талдау: Жасыл сутегінің экологиялық әсері

2023 жылғы салыстырмалы зерттеу бойынша, теңізден жел энергиясын пайдаланған кезде жасыл сутектің өмірлік циклы шығындары табиғи газға негізделген жүйелерден 96% төмен болып келеді. Суға деген қажеттілік көмірден сутек алу әдістеріне қарағанда 30% төмен деңгейде қалады.

Жаңартылатын энергия және сутек салаларындағы жұмыс орындарының жасалуы

Жасыл сутектің құндылық тізбегі 2035 жылға дейін глобалды түрде 2,3 миллион жұмыс орнын жасауға мүмкіндік береді , әсіресе электролизерлерді өндіру мен күн-жел гибридді фермалары саласында. Германия мен Австралия сияқты елдерде сутек бойынша лауазымдарда жыл сайынғы жұмыс күшінің өсуі 12-15% құрайды.

Инвестициялық тенденциялар және құнының төмендеу қисықтары

Электролизерлердің құны 2015 жылдан бері 60% төмендеді, ал жасыл сутекті өндірудің құны 2030 жылға дейін килограмына 1,50 АҚШ долларына жетуі мүмкін — бұл 2022 жылғы бағалардан 75% азайту төмен. 2023 жылы глобалды инвестициялар 48 ұлттық сутек стратегиялары бойынша мемлекеттік-жеке серіктестіктердің есебінен 320 миллиард доллардан асты.

Энергетикалық тәуелсіздік және геосаяси артықшылықтар

Еуропа Одағының елдері үшін ішкі жасалған жасыл сутегіге көшу әрбір жылы 110 миллиард доллар шығынды үнемдеуге және көмірсутек нарығының ойынша пайда болатын жеткізу тізбегінің бұзылуын болдырмауға мүмкіндік береді.

Өнеркәсіптік қолданыстар мен технологиялық жетістіктер

Болат және сірке қышқылы сияқты көміртегіні азайту қиын болатын өнеркәсіп салаларында көміртегіні азайтуды іске асыру

Көмір сияқты отынға ұзақ уақыт бойы сүйеніп келген әртүрлі салаларда жасыл сутегіге өту толқыны туғызуда. Мысалы, ИАЭЭ-нің 2023 жылғы есебіне сәйкес, глобалдық CO2 шығарындыларының шамамен 7% алып жатқан болат өндірісін алайық. Кәсіпорындар дәстүрлі көмір әдістерін сутегі негізіндегі тікелей қалпына келтіру әдістерімен ауыстырған кезде, олар өндірілетін болаттың әрбір тоннасы үшін шығарындыларды шамамен 95% азайтады. Бұл тек қана болат өндірісі үшін ғана емес. Табиғи газдан жасыл сутегіге ауысқан аммиак өндірушілер өздері шығаратын аммиактың әрбір тоннасына шаққанда шамамен 1,8 тонна CO2-ті қысқартады. Бұл көрсеткіштер тек қағазда ғана емес, сонымен қатар әлемнің әртүрлі жеріндегі зауыттар мен өндірістерде қазір нақты жүзеге асырылып жатқан өзгерістерді білдіреді.

Жасыл сутегінің ауыр жүк көлігі мен теңіз кемесіндегі қолданылуы

Сутегі отындық элементтері 600-800 км жол жүруге мүмкіндік беретін, ұзақ қашықтыққа арналған жүк көліктері мен кемелердің батареялық шектеулерін еңсеруде. Теңіз сынамалары сутегімен жұмыс істейтін кемелердің нитроген тотықтарының шығарындысын дәстүрлі теңіз дизеліне қарағанда 35% төмендететінін көрсетті.

Электр энергиясын өндіру мен тұрғын үйлерді жылытуда қолданылуы

Коммуналдық қызмет көрсетушілер барлық газ құбырларына сутегіні табиғи газбен 20%-ға дейін араластырып пайдалануда, ал Еуропадағы пилоттық жобалар жылу мен электр энергиясын бір уақытта өндіру жүйелерінде көміртегі шығарындыларын 12% төмендететінін көрсетті. Жапонияның ENE-FARM жобасы 2020 жылдан бастап тұрғын үйлерге арналған 460 000 сутегі отындық элементін орнатты.

Сақтау, тасымалдау және отындық элементтер технологияларындағы инновациялар

Соңғы жетістіктерге келесілер енеді:

• Сұйық сутегінің криогендік ыдыстары сақтау тиімділігін 97% құрауы
• Теңіз арқылы қауіпсіз тасымалдауға мүмкіндік беретін сұйық органикалық сутегі тасымалдаушылар
• Қатты тотықты отындық элементтер электрлік тиімділікті 65% деңгейіне жеткізді (DOE 2023)

Желіні теңестіру және энергияны сақтау қолданбалары

Германияның жел электр станциялары тұтыну шығындарын төмендету үшін тұтыну шығындарын төмендету үшін 140 МВт электролизаторларды қолданып, энергия өндірудің ең жоғары деңгейінде артық энергияны сутегіге айналдырады және жылына 2800 тонна сутегі өндіреді.

Жасыл сутегінің әлемдік қолданылуы мен болашақ перспективалары

Әлем бойынша дамушы нарықтар мен тәжірибелік жобалар

Дүниежүзіндегі жасыл сутегі нарығы қазір тез қарқынмен өсуде, отыз бестен астам елде сынақтық жобалар іске қосылуда. Мысалы, Сауд Арабиясының NEOM жобасы 2026 жылға таман тәулігіне шамамен алты жүз елу тонна таза сутегі өндіруді көздеп отыр. Австралиядағы Азиялық Қайталанатын Энергетикалық Орталық одан да ауқымды мақсаттарға ие және келесі онжылдықтың соңына қарай жылына үш бүтін бес миллион тоннаға жетуді көздеп отыр. Экономикалық тұрғыдан дамымаған елдер де осы іске қосылып келеді. Чили мен Намибия сияқты елдерде пайдаланылмайтын күн және жел энергиясының мол қоры бар, сондықтан олар өздерін экспорттаушы ретінде орналастыруда. Тек 2040 шамасында Чилидегі HIF Global компаниясы ғана он төрт гигаватт электролизатор салу жоспарын құрды. Алдағы уақытта көптеген болжамдар 2030 жылға таман жылына жиырма бес миллион тоннаға жуық жасыл сутегі өндірілетінін көрсетеді, бұл 2023 жылғы көрсеткіштен шамамен бес есе көп болады.

Саяси қолдау мен халықаралық ынтымақтастықтар қабылдауды тездетуде

Дүниежүзілік саясат қызметкерлері өздерінің сутегі стратегияларын іске асыру үшін ынталандыруды күшейтуде. Еуропалық Одақ 2030 жылға дейін шекарасында кем дегенде 10 миллион тонна жасыл сутегі өндіруді мақсат етіп қойған, өзінің сутегі стратегиясы үшін үлкен мақсат қойды. Бұл мақсат Американың Инфляцияны Төмендету Актісіне енгізілген килограмм сайын 3 долларлық салық жеңілдігі сияқты қолдау шараларымен қосарланады. Ал Тынық мұхитының басында Жапония түгелде өзгеше тәсіл қолдануда. Олардың Негізгі Сутегі Стратегиясы үлкен масштабтағы өндірістік құрылымдар салуға емес, Австралия мен Бруней сияқты елдерден сутегі тасымалдауға бағытталған. Халықаралық ынтымақтастық та белсенді жүріп жатыр, мысалы G7 Сутегі Шарасы Келісімі Африка Жасыл Сутегі Одағы сияқты ұйымдармен тығыз қарым-қатынаста жұмыс істеп жатыр. Мұндай серіктестіктер халықаралық шекаралардан өтетін инфрақұрылымды құруға бағытталған және нәтижесінде өндіріс шығындарын төмендетуге ықпал етеді, осылайша он жылдықтың соңына таман масштабты өндірістің арқасында бағалар килограмм сайын 1,50 доллардан төмен түсуі мүмкін.

Инфрақұрылымның жетіспеушілігі мен саладағы қиындықтарды жеңу

Халықаралық жаңартылатын энергия агенттігі (IRENA) бұл жерде өте үлкен мәселе туралы сөз қазып отыр. Олардың есептеулерінше, 2030 жылға дейін өндіріс орындарына, газ құбырларына және қайта толтыру станцияларына қажетті инфрақұрылымға шамамен 1,5 триллион доллар жетіспейтін болады. Электролизаторлар әлі де көптеген компаниялар үшін қымбат болып табылады, бірақ жағдайлар жақсарып келеді. 2018 жылдан бері бағалар қатты төмендеді және қазір сілтілік жүйелер үшін киловаттына шамамен 800 доллар деңгейіне дейін төмендеді. Саланың ірі ойыншылары салқындатылған сұйық сутек пен аммиак арқылы тасымалдау сияқты қызықты технологияларды пайдаланып, сақтау мәселелерін шешуге тырысып жатыр. Барлық қатысушыларды стандарттарға бағыттау да маңызды. ЕҰ-да шығу тегін растау жүйесі бар, алайда өткен жылы КОП28-де белгіленген 2050 жылға арналған таза нөлдік мақсаттарға қол жеткізу үшін оны кеңінен қабылдау қажет. Сонымен қатар, жасыл отындарды шекаралар арқылы тиімді тасымалдау үшін порттарды кеңейту туралы да ұмытпау керек.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Жасыл сутегі дегеніміз не?

Жасыл сутегі электролиз үдерісі арқылы суға жел немесе күн энергиясы сияқты жаңартылатын энергия көздерін пайдаланып, сутегі мен оттегіге бөлу арқылы өндіріледі және көміртек диоксидін шығармайды.

Жасыл сутегі басқа түрлерінен қалай ерекшеленеді?

Жасыл сутегі тікелей көміртек шығарындыларын өндірмейді, сондықтан күңгірт және көк сутегіден өзгеше. Күңгірт сутегі табиғи газдан өндіріліп, CO2 шығарады, ал көк сутегі осы шығарындыларды азайту үшін көміртек ұстап алу мен сақтау (CCS) технологиясын қолданады.

Жасыл сутегі өндіруде жаңартылатын энергияның қандай рөлі бар?

Жаңартылатын энергия жасыл сутегі өндіруде электролиз үшін қажетті электр энергиясын жылуға қауіп тудыратын газдар шығармай беретіндіктен маңызды рөл атқарады.

Жасыл сутегі өндіруді кеңейтуде негізгі қиындықтар қандай?

Негізгі қиындықтарға өндіруге жоғары энергия қажеттілігі, масштабты жаңартылатын энергия инфрақұрылымына деген қажеттілік және электролизаторларда қолданылатын сирек материалдар үшін жеткізу тізбегі мәселелері жатады.

Жасыл сутегін қолданудың экономикалық пайдасы бар ма?

Иә, жасыл сутегі жаңартылатын және сутегі салаларында жұмыс орындарын жасауға, ауаны ластауды азайтуға, парниктік газдардың шығарылуын төмендетуге және көмірсутекті импортқа тәуелділікті азайту арқылы энергетикалық тәуелсіздікке ықпал етуге мүмкіндік береді.