Перспективи 2024: як цифровізація може сприяти розвитку водневої економіки

Настав час водневих технологій, і якщо ми сподіваємося досягти успіху, цифровізація відіграватиме вирішальну роль у цих зусиллях

Він давно використовується в промисловості для всього, від переробки нафти до обробки металів і переробки харчових продуктів, але останніми роками водень проголошується ключовим джерелом палива, яке може зменшити або навіть припинити залежність світу від викопного палива. І саме водень заслуговує сьогодні уваги як джерело енергії, якому слід приділяти увагу.

Не зважаючи на всі його перспективи, реальність така, що водень не є срібною кулею, коли справа стосується зміни клімату.

Хоча немає жодних сумнівів, що водень відіграватиме ключову роль у глобальних зусиллях з декарбонізації, щоб зрозуміти, як і чому, важливо спочатку почати з того, що називається моделлю «довгого хвоста» рішень щодо зміни клімату.

Згідно з цією моделлю, відновлювані джерела енергії, такі як вітер, сонце, геотермальна і навіть ядерна енергія, у формі невеликих модульних реакторів, можуть генерувати достатньо енергії, щоб задовольнити більшу частину попиту на зелену енергію.

Там, де водень буде найбільш критичним, це скорочення або усунення викидів у деяких галузях промисловості, які найважче зменшити, таких як виробництво сталі, транспортування на далекі відстані, судноплавство та авіація.

Декарбонізаційна промисловість

Як приклад того, як водень може допомогти декарбонізувати промисловість, візьмемо виробництво сталі. Сьогодні виробництво сталі створює значні викиди вуглецю через використання коксу, який зазвичай отримують із вугілля, як для створення високої температури, так і для хімічного відновлення залізної руди в необроблене залізо, яке пізніше використовується для виробництва сталі.

Замінивши кокс воднем, виробники можуть досягти такого ж результату. Використовуючи дугові печі, які можуть живитися відновлюваною електроенергією, водень забезпечує тепло, необхідне для процесу, і хімічно відновлює руду для отримання заліза. У результаті сталь виробляється без використання сировини на основі вуглецю та викидів, пов’язаних із цим.

За останні роки потенційна роль водню в декарбонізації призвела до вибуху в усьому світі проєктів: за даними Global Energy Infrastructure, лише за останні два з половиною роки було запропоновано майже 1500 проєктів, що становить понад 2 трлн доларів США інвестицій.

Очікується, що попит на водень також зросте. За даними Міжнародного Агентства з відновлюваної енергетики вважає, що до 2050 року попит може зрости в шість разів до 650 млн т/рік, тоді як інші дослідження показують, що вартість ринку водню може зрости з приблизно 160 млрд доларів США сьогодні до 640 млрд доларів США до 2030 року та понад 1,4 трлн доларів у 2050 році.

Під час нещодавньої панельної дискусії, присвяченої водневій економіці на ключовій галузевій події ADIPEC, угода між лідерами уряду та бізнесу була чіткою: масштабування водневої економіки для задоволення цих вимог вимагатиме зусиль і зосередженості на багатьох рівнях, а також безпрецедентної глобальної співпраці.

Настав час водневих технологій, і якщо ми сподіваємося досягти успіху, цифровізація відіграватиме вирішальну роль у цих зусиллях.

Інструменти моделювання та імітаційного моделювання, програмне забезпечення для оптимізації, аналіз надійності — все це буде критично важливо для зниження ризиків водневих проєктів, гарантуючи, що проєкти, які просуваються вперед, базуються на найкращих можливих планах з погляду на безпеку, стійкість та прибутковість.

Технологічні інновації

Технологія також буде критичним фактором економіки водню. Забезпечуючи ефективне виробництво водню, розширені засоби контролю та оптимізація процесів допоможуть зменшити екологічні витрати для промисловості та сприятимуть зростанню впровадження технологій і процесів на основі водню.

Цифровізація також дозволить компаніям підвищити безпеку та надійність водневих систем за допомогою інструментів управління ефективністю активів та інших рішень з обслуговування. Завдяки моніторингу потенційних витоків як у наземних, так і підземних сховищах водню цифрові інструменти можуть зробити такі системи значно безпечнішими, що призведе до кращих результатів у цілому.

Водень, однак, не створює безпроблемного майбутнього, одна з яких пов’язана з вартістю. Електролізери, які використовуються для виробництва зеленого водню, залежать від надзвичайно рідкісних і дорогоцінних металів, таких як іридій, рутеній і платина, що робить їх дорогим у виготовленні, особливо в масштабі.

Однак, окрім вартості, існують значні проблеми з безпекою, пов’язані з воднем, який, на відміну від бензину, є вибухонебезпечним при запалюванні. Ці ризики необхідно враховувати на всіх етапах ланцюжка створення вартості водню, від виробництва до зберігання до транспортування та розподілу.

Окрім допомоги у декарбонізації деяких із найважчих галузей для зменшення викидів, водень також може стати ключовим фактором, який допоможе розблокувати успіх інших технологій, зокрема виробництва енергії з відновлюваних джерел.

Хоча сьогодні вітер і сонце складають майже третину всієї електроенергії, що виробляється в усьому світі, їх переривчастий характер є проблемою. Коли світить сонце або є вітер, системи з відновлюваної енергетики часто можуть генерувати достатньо енергії, щоб збільшити потужність мережі. Сьогодні рішення полягає в тому, щоб перенаправити частину цієї енергії в батареї, які пізніше розряджаються назад в мережу.

Хоча такі акумуляторні системи ефективні для короткострокового зберігання енергії, вони не дуже ефективні, коли мова йде про довгострокове зберігання. Якби комунальні компанії замість цього використовували цю надлишкову електроенергію для живлення електролізерів, водень, який вони виробляли, міг би зберігатися майже нескінченно довго та використовуватися для виробництва електроенергії за потреби.

Сьогодні зрозуміло, що немає єдиного рішення, жодної технології чи підходу, які могли б самостійно розв'язувати проблему зміни клімату. Є багато шляхів, якими світ може піти, коли ми працюємо над досягненням цілей сталого розвитку, і вони, ймовірно, відрізнятимуться в різних частинах світу та в різних галузях. Але також ясно, що водень буде невід’ємною частиною цього майбутнього, і ми повинні почати працювати вже сьогодні, щоб допомогти зробити це реальністю.