Водородная энергетика как путь к декарбонизации США

Инфраструктура природного газа в США обширна и обеспечивает примерно 32% потребления энергии в стране. Чтобы сократить выбросы от использования природного газа, "смешивание" водорода с природным газом может оказаться многообещающим путем. Он не только задействует существующую газовую инфраструктуру, но и обслужит конечных пользователей там, где электрификация нерентабельна.

Водород — это энергоноситель, который можно производить и потреблять практически без выбросов, заменяя тем самым природный газ. Комбинирование водорода с трубопроводами природного газа — лишь один из таких способов.

В техническом отчете, подготовленном в соавторстве с исследователями из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), Sandia National Laboratories и Pacific Northwest National Laboratory, рассматривается состояние технологии смешивания водорода для определения векторов будущих исследований. В документе под названием «Смешивание водорода с инфраструктурой трубопроводов природного газа: обзор состояния технологий» исследуются ключевые материальные, экономические и эксплуатационные факторы, в соответствии с которыми разрабатываются математические модели – изучается влияние водорода на окружающую среду.  

«Концепция смешивания водорода с трубопроводами природного газа не нова и существует уже несколько десятилетий, но остаются большие пробелы в знаниях», — сказал Марк Чанг, руководитель отдела анализа водородных систем NREL. «Мы надеемся, что это исследование послужит полезным справочником для тех, кто рассматривает возможность "смешивания" в различных областях исследований».

Одной из основных проблем при смешивании водорода является крекинг, вызванный водородом. Водород легко проникает в твердые металлы. Поскольку атомы водорода поглощаются и диффундируют внутри стали трубопровода, они могут влиять на свойства материала, связанные с усталостью и сопротивлением к разрушению. В результате сталь становится более хрупкой.

Деградация материала трубопровода не единственная проблема, которую представляет водород. Увеличение скорости потока газа с примесью водорода по трубопроводам может компенсировать снижение пропускной способности, но энергия, используемая для сжатия, также должна увеличиться, чтобы компенсировать повышенный перепад давления в трубопроводе. Это может привести к дополнительным затратам для оператора трубопровода и, в конечном итоге, для конечных пользователей.

Необходимы дальнейшие исследования по всей цепочке поставок водорода и природного газа, чтобы заполнить текущие пробелы в знаниях и лучше информировать политиков и лиц, принимающих решения, о будущих проектах смешивания водорода. В настоящее время ведутся проекты по демонстрации крупномасштабных трубопроводных систем с более высокими смесями и чистыми потоками водорода.