Все повече се говори за водорода като чист носител на енергия. И това е обяснимо - той има  

уникални характеристики:

• той е най-често срещаният елемент във вселената;

• подлежи на повторно използване: водородът може да се използва многократно, при това безкрайно;

• чисто изгаряне: единственият страничен продукт е вода;

• висока енергийна плътност: три пъти топлинната стойност на течните въглеводороди;

• ефикасно зареждане: зареждането с водород е също толкова бързо като при конвенционалните горива;

• директно преобразуване в електричество: водородът може да бъде преобразуван в електричество чрез горивни клетки без емисии;

• производство без CO2: водород може да се произвежда от вода без отделяне на CO2;

• гъвкави горивни съотношения: позволява широк съотношения въздух/гориво;

• смесване: водородът може да се смесва с природен газ за отопление;

• идеален за пренос по тръбопроводи.

Наред с предимствата използването на водорода крие и 

предизвикателства:  

• ниска плътност: ниската плътност на Н2 (0,0899 kg/m³) налага съхранение при високо налягане (200-700 бара) или при екстремно ниски температури (под -253°C), като и за двете е необходима енергия;

• преносът по суша, с жп транспорт и по вода е неефективен;

• производствени загуби: електролизата за производство на водород води до енергийни загуби от 30%;

• съхранение: водородните молекули могат да преминават през стоманени резервоари, поради което са необходими специални контейнери;

• риск от експлозия: налице при широк диапазон концентрации (4-77%).

Еволюцията на водорода при мобилността

Стремежът към водорода набира скорост паралелно с тревогите, че запасите от нефт се изчерпват. Първите водородни двигатели са въведени от BMW през 1989 г. заради потенциала на водорода да елиминира емисиите CO, прахови частици и неизгорени въглеводороди.

След 1990 г. развитието на горивните клетки подтиква Ford и Daimler да инвестират в първопроходеца в тази област Ballard. Визията им е за бъдеще с мобилност на базата на горивни клетки, но се сблъскват с технически и финансови спънки.

Климатичните промени

В наши дни водородната икономика се развива заради борбата с глобалното затопляне. От друга страна, бързото развитие на литиево-йонните батерии кара производителите да се насочат към електрически автомобили с идеята, че ще има достъпна зелена енергия. А това още не се случва. Производството на електричество си остава най-големият източник на емисии СО2, които са дело на човека.

Добрият пример

Акцент в енергийната трансформация на Германия се поставя върху вятърната и слънчевата енергия, за което бяха осигурени значителни субсидии – както за строителство, така и за функциониране. Тази стратегия обаче изважда на преден план и проблеми:

• недостатъчно използване: при средна енергийна консумация 56 GW и пикова – 80 GW, инсталираните в Германия мощности от 272 GW работят при коефициент на полезно действие под 21%;

• големи емисии: през 2022 г. електричеството в Германия създава 489 g CO2 на kWh, а това е сред най-високите стойности в Европа;

• инфраструктурни потребности: поддържането на стабилна мрежа изисква 20 GW конвенционално електричество. В средностатистически дни над 110 GW възобновяема енергия не се ползва поради проблеми със съхранението. 

За успешния енергиен преход е необходим значителен капацитет за съхранение. Оценките сочат, че до 2050 г. Германия ще се нуждае от обем за съхранение 20-40 TWh. Единствено решения за молекулно съхранение като при водорода могат да отговарят на подобно търсене, въпреки енергийните загуби от 30% при електролиза.

Фигурата показва потенциала на съществуващите решения за съхранение. За енергийния преход Германия ще се нуждае от капацитет с размери в TWh в продължение на месеци.

Фигура 2 показва е показано какъв капацитет е необходим за енергийния преход, какъв е наличен и колко се очаква от често споменаваното решение „интелигентна мрежа“.

Роля на водорода за мобилността

Водородът е обещаващ кандидат за различни приложения:

• горивни клетки и изгаряне: използвани при производството на синтетични горива като метан, амоняк и метанол;

• обществен транспорт: водородните автобуси имат предимства пред електрическите като по-бързо зареждане и по-малки инфраструктурни разходи;

• тежко оборудване: водородът превъзхожда батериите при тежката селскостопанска или строителната техника;

• инвестициите в е-горива са ключови за намаляване на емисиите от повече от милиард превозни средства и за авиацията.

В определени случаи двигателите с вътрешно горене с водород имат

предимства пред горивните клетки:

• разходи: по-ниски общи разходи, особено при приложения, изискващи значително електричество;

• поддръжка: може да се използва съществуваща инфраструктура;

• чистота: не толкова строги изисквания за чистота на водорода;

• верига на доставките: намаляване на натиска върху веригата на доставките.

Нито една технология не може да доминира в бъдещето на енергията и мобилността. Но е сигурно, че със своите уникални предимства водородът ще има важна роля.