Вчені намагаються отримати водень із сонячних променів і тепла
Оскільки Європа все більше звертається до чистих джерел енергії, дослідники з ЄС намагаються отримати водень із сонячних променів і тепла.
У липні 2023 року, коли південна Європа пережила безпрецедентну хвилю спеки з температурами, що досягали близько 45°C, певне місце в Іспанії стало набагато спекотнішим, але це не стало головною новиною.
Це місце було випробувальним майданчиком у провінції Альмерія, і температура досягала 1400°C.
Великі надії
Приголомшливий рівень тепла був створений на Plataforma Solar de Almería, де дзеркала направляють рясне сонячне світло регіону на крихітну точку на 43-метровій вежі. Структура використовує сонячну енергію для створення надзвичайно високих температур.
Дослідники з ЄС вважають, що платформа — найбільший випробувальний центр у Європі для технологій концентрованої сонячної енергії — також може стати ключовою для виробництва відновлюваного водню. Така форма енергії, як-от сонячні батареї та вітрові турбіни, може допомогти Європі та іншим частинам світу відмовитися від викопного палива, яке викидає парникові гази, зокрема CO2, що прискорює глобальне потепління.
«Нам потрібна справжня чиста енергія, яка принесе користь усім», — сказала Сузана Лоренцу, інженер-хімік Центру досліджень і технологій Hellas у Салоніках, Греція.
Водень міг би допомогти зеленій економіці в усьому світі, оскільки він майже не генерує парникових газів при спалюванні та може живити промисловість, яку важко декарбонізувати, починаючи від сталеливарної та авіаційної.
Відновлювана енергія, включаючи чистий водень, є основою стратегії REPowerEU щодо відмови від російського викопного палива в цьому десятилітті та «Зеленої угоди», щоб зробити ЄС кліматично нейтральним до 2050 року.
Проблема полягає в тому, що сам процес отримання водню часто включає такі джерела енергії, як природний газ і вугілля, які виділяють CO2. У Європі у 2022 році 96% усього виробництва водню було отримано з природного газу. Насправді відносно простий спосіб створення чистого водню вже існує.
Це метод за допомогою електричного струму з відновлюваного джерела енергії для розділення води на водень і кисень. Процес, званий електролізом, можна проводити навіть у наукових експериментах у середній школі. Але він ще не отримав широкого поширення через бар’єри витрат. За даними Міжнародного агентства з відновлюваних джерел енергії, наприкінці 2021 року лише 4% світового виробництва водню було отримано завдяки електролізу. І лише 1% було вироблено за допомогою електролізу з використанням відновлюваної енергії.
Дослідники в Європі кажуть, що дивитися на сонце, щоб знайти більше способів створення відновлюваного водню, має сенс. Сонячні промені та тепло, яке вони створюють, можуть стати ідеальним способом виробництва чистого водню. Електрика не потрібна, лише сонячне світло.
«Наша технологія побудована на основі існуючої системи — концентрованої сонячної електростанції», — сказав Лоренцу.
«Що, якби окрім електроенергії, ці заводи також могли б виробляти зелений водень майже як бонус?»
Виробництво водню зараз спричиняє понад 800 000 мільйонів тонн викидів CO2, або близько 2% від загальної кількості таких викидів у світі, за словами Марселя Буррігтера, головного дослідника Технологічного центру Leitat у Барселоні, Іспанія.
Дослідницькі союзники
Він і Лоренцоу в Салоніках мають спільну мету знайти способи виробництва водню з нульовими викидами, і кожен з них керує дослідницьким проектом, який отримав фінансування ЄС, щоб наблизити цю мету. Ось тут і з’являється сонячна вежа в Альмерії — районі, де розташована єдина в Європі внутрішня пустеля Табернас, де на рік світить понад 3000 годин сонця.
У проекті Лоренцоу використовується екстремальне тепло вежі, щоб ініціювати хімічні процеси в реакторі, які перетворюють воду на чистий водень — без використання електрики. Ініціатива під назвою HYDROSOL-beyond є останньою в серії проектів із виробництва сонячного водню з розщеплення води. Він розпочався в січні 2019 року і планується завершити в кінці 2023 року.
Проект Boerrigter використовує світло сонця, на додаток до його тепла, щоб запустити процес створення чистого водню. Ініціатива під назвою GH2 триватиме три роки до кінця вересня 2025 року.
Зниження ризику
«На даний момент електроенергія є основним фактором витрат у виробництві зеленого водню», — сказав Буррігтер. «Наш метод позбавляє його необхідності».
Незважаючи на те, що ідея створення водню лише з сонячного тепла чи променів є багатообіцяючою, її реалізація займе більше часу через постійні технологічні проблеми. Ці перешкоди підкреслюють роль досліджень, включаючи проекти, що фінансуються державою, які беруть на себе ризики, яких часто уникають комерційно налаштовані підприємства.
Технологія HYDROSOL-beyond розроблялася близько 20 років. Незважаючи на те, що за цей період було досягнуто багато успіхів, Лоренцоу не впевнений, коли почнеться широкомасштабне розгортання.
«Це вже п’ятий проект у серії», – сказала вона.
«Я бачив, як технологія еволюціонувала від того, що ми будували б у лабораторії, до невеликих установок і до нинішньої дуже великомасштабної системи, яку ми маємо зараз».
В роботі
Лоренцоу сказав, що може знадобитися ще п’ять років технологічного доопрацювання, включно з реактором в Альмерії.
«Ми виявили кілька проблем, будуючи установку такого великого масштабу», — сказала вона. «Нам, наприклад, потрібно змінити конструкцію реактора, щоб зробити його більш міцним. Зараз це наш пріоритет».
Зі свого боку, технологія, що лежить в основі GH2, все ще знаходиться в лабораторії та відносно далека від будь-яких комерційних застосувань. Там дослідникам потрібно впорядкувати хімічні процеси, перш ніж їх можна буде масштабувати та використовувати в реальному світі.
«Ймовірно, знадобиться близько 10-20 років, перш ніж ця технологія досягне комерційної стадії», – сказав Буррігтер.
Він, Лоренцоу та інші дослідники кажуть, що мета виробництва чистого водню за допомогою сонця може допомогти запобігти катастрофічній зміні клімату в найближчі десятиліття.
«Завдяки цій технології ми зменшуємо викиди CO2, створюючи екологічно чистий водень і не споживаючи більше електроенергії», — сказав Буррігтер. «Ми рухаємо кілька каменів одночасно».
