Vodorod energiyasiga kelajakdagi global energiya hajmining ajralmas qismi sifatida qaraladi. Rivojlanishning keyingi bosqichi jahon energetikasini diversifikatsiya qilish, koʻmir, neft, gaz, vodorod, atom, quyosh va shamol energetikasiga ajratishdan iborat. Vodorod yoqilgʻisidan foydalanishni rivojlantirishning asosiy sohalari transport, sanoat va toza energiya hisoblanadi. Rosstat va Rosprirodnadzor maʼlumotlariga koʻra, harakatlanuvchi manbalardan chiqadigan chiqindilar umumiy ifloslanishning qariyb yarmini tashkil etadi. Bu 15 million tonnadan ortiq zararli moddalar deganidir. Shuncha miqdordagi chiqindilar energetika sektoridan ham chiqariladi. N +1 Rosatom davlat korxonasi bilan birgalikda vodorod zanjiri oxirgi isteʼmolchiga qay holatda yetib borishini oʻrganib chiqdi va har bir bosqichda yuzaga keladigan muammolar haqida maʼlumot toʻpladi.
Asosiy vazifa
Xalqaro energetika agentligi (XEA) ekspertlarining hisob-kitoblariga koʻra, Yevropa gaz taqsimlash tarmogʻiga atigi 20 foiz vodorodning qoʻshilishi (gaz-vodorod aralashmasidan birinchi navbatda sanoat maqsadlarida foydalanish uchun) is gazi chiqindisini yiliga 60 million tonnaga kamaytiradi.
Ammo vodorod yoqilgʻisiga oʻtish tez sodir boʻlmaydi. Ushbu yoqilgʻiga oʻtish boʻyicha strategiyalar allaqachon Germaniya, Gollandiya, Xitoy, AQSh, Avstraliya, Braziliya, Janubiy Afrika va dunyoning deyarli barcha boshqa mamlakatlari tomonidan qabul qilingan. “Iqlimi moʻtadil Yevropa uchun vodorod strategiyasi” umumyevropa hujjati qabul qilingan. Ushbu strategiyaga rioya qilinsa, Rossiyaning Yevropa Ittifoqi mamlakatlariga xomashyo eksporti jiddiy zarar koʻrishi mumkin. Xitoy ham vodorod energiyasiga qiziqish bildirmoqda (“Oq kitob” rezolyutsiyasi). Yirik energetika kompaniyalari – Angliya va Gollandiyaning Shell, Yaponiyaning Mitsubishi, Fransiyaning Engie va boshqalar mahalliy va qoʻshma loyihalarni amalga oshirmoqda. 2019-yil iyun oyida Moskva Skolkovo boshqaruv maktabining Energetika markazi “Vodorod iqtisodiyoti – kam uglerodli rivojlanish yoʻli” maqolasini nashr etdi.
Vodorod ishlab chiqarish texnologiyalari 1970-yillardan beri maʼlum. Biroq vodorod energiyasi keng tarqalmagan. Shu sababli energiyani ommaviy ishlab chiqarish, saqlash va tashishning butun boshli zanjiri “noldan” ishlab chiqilishi kerak. Oddiy va arzonroq usullarga ustunlik beriladi. Texnologiyalar real vaqtda sinovdan oʻtkaziladi va takomillashtiriladi. Katta ehtimol bilan, koronavirus va global inqiroz vodorod loyihalarining ilgʻorlashuviga taʼsir koʻrsatadi. Ammo koʻp jihatdan iqtisodiy vaziyat anʼanaviy energiya manbalari sababli yuzaga kelgan va yuqori texnologiyalarni qoʻllashni boshlash neft narxining oʻzgarishi sababli paydo boʻladigan yangi zarbalarni yumshatishi mumkin.
I. Vodorod ishlab chiqarish
Vodorod turli yoʻllar bilan ishlab chiqariladi. Hozirgacha maʼlum ishlab chiqarish texnologiyalari korxonalar tomonidan faol ravishda qoʻllanmoqda, yangilari esa ilmiy institutlar va texnologiya kompaniyalari tomonidan sinovdan oʻtkazilmoqda. Vodorod olish usuliga qarab, “kulrang”, “koʻk”, “yashil” va boshqa ranglar bilan farqlanadi.
Metanga bugʻ bilan ishlov berish
Vodorod ishlab chiqarishning eng keng tarqalgan usullaridan biri bu tashqi bugʻ manbasi bilan quvur pechlarda metanni ugleroddan ajratib olishdir. Biroq bu texnologiya ekologik jihatdan qulay emas, jarayonda karbonat angidrid ajralib chiqadi va ishlab chiqarish uchun ham mana shunday uglevodorodlar talab qilinadi. Ammo ammiak va metanol hosil qilish uchun sanoat korxonalari koʻp hollarda vodorodni mana shunday usul bilan ishlab chiqaradi. Bunday tarzda olingan vodorod “kulrang” deb ataladi. Agar bir vaqtning oʻzida ajrab chiqqan karbonat angidrid toʻplangan va qayta ishlangan boʻlsa, unda yangi reaksiya natijasida hosil boʻlgan vodorod “koʻk” rangli boʻladi.
Rossiyaning yirik energetika kompaniyalari “Gazprom” va “Rosatom” bu texnologiyani takomillashtirish ustida ishlamoqda. Maqsad adiabatik metan konversiyasi va yuqori haroratli yadro reaktorlari orqali minimal uglerod qoldigʻini qoldirishdir. Texnologiya tajriba laboratoriyada sinovdan oʻtkazilmoqda va ilmiy takomillashtirish bosqichida turibdi.
Koʻmirni “gazlashtirish”
Ushbu ishlab chiqarish usuli ham vodorod ishlab chiqarishda keng qoʻllanadi. Uglerod oksidlanadi. Oksidlovchi moddalar sifatida kislorod, suv bugʻi, karbonat angidrid (CO2) yoki ularning birikmasidan foydalaniladi. Jarayon yuqori haroratda davom etadi va oqibatda yonuvchan gazlar – vodorod, uglerod oksidi va metan ajrab chiqadi.
Ekologik toza yoqilgʻi ishlab chiqarish uchun ekologik boʻlmagan xomashyo (koʻmir) talab qilinishi bu texnologiyaning salbiy tomoni hisoblanadi.
Elektroliz
Elektrolizning katta kamchiligi ishlab chiqarishning qimmatligidir. Ammo narx asta-sekin pasayib bormoqda. Shuningdek, “uglerod” kvotalari hisobga olinsa, bir kubometr vodorod narxi yanada raqobatbardosh boʻladi. Ushbu tajriba zavodlari endilikda platina katalizatoridan foydalanmoqda hamda olimlar arzonroq muqobillarni izlamoqda. Tanlovlar orasida molibden fosfidi, kobalt va nikel hamda platina va kobalt qotishmalari va boshqalar mavjud.
Qayta tiklanadigan energiyadan foydalanish asosida vodorodni sanoatda ishlab chiqarish Niderlandiyada “Vodorod vodiysi” loyihasi doirasida rivojlantirilmoqda. Bu “Yashil vodorod” deb nomlanmoqda.
“Rosenergoatom” davlat korporatsiyasining boʻlinmasi mutaxassislari Butunrossiya atom elektr stansiyalarini ekspluatatsiya qilish ilmiy-tadqiqot institutiga (VNIIAES) sanoat vodorodini ishlab chiqarish loyihasini shakllantirish boʻyicha buyurtma berdi. Ushbu gʻoya yadro energiyasida ishlaydigan elektrolizatorlardan foydalanishni taqozo qiladi. Rossiyaning Kola AES reaktorlari loyiha uchun tajriba maydonchasi sifatida tanlab olindi. Hosil qilingan vodorod Yevropa Ittifoqi mamlakatlari va Yaponiyaga eksport qilinishi, shuningdek, Saxalinda vodorod yonilgʻi quyish shoxobchalari tarmogʻini qurish uchun ishlatilishi kutilmoqda.
Metan pirolizi
Ushbu texnologiyaning mohiyati quyidagicha. Maxsus sharoit va yuqori harorat taʼsirida metan atmosferaga chiqarilmaydigan, balki kelajakda sanoatda foydalanadigan gaz shaklidagi vodorodga va qattiq uglerodga ajraladi. Shunday qilib, metan pirolizi tabiiy gazdan atmosferani ifloslantirmasdan foydalanish imkonini beradi. Ayni paytda texnologiyani sanoat miqyosida qoʻllash kutilmoqda. Tadqiqotlar Karlsrue Texnologiya Instituti (KIT) va Wintershall Dea hamkorligida olib borilmoqda.
Sunʼiy fotosintez
Bu texnologiya yorugʻlik yutuvchilaridan foydalanadigan katalizatorlar yordamida kimyoviy birikmaning samaradorligini oshiradigan zavod vositasida vodorod ishlab chiqarishni oʻz ichiga oladi. Quyosh nuri taʼsirida suv molekulalari parchalanadi va vodorod ajralib chiqadi. Ushbu usul AQSh Energetika vazirligining Brukhaven milliy laboratoriyasi olimlari tomonidan sinovdan oʻtkazilmoqda.
Plastik chiqindilar, biomassa yoki bioaxlat pirolizi
Chiqindilar piroliziga asoslangan texnologiyalar hozircha faol rivojlanish va kichik laboratoriya bosqichida turibdi. Sanoatda qoʻllash va tajriba olib boradigan inshootlarni qurish loyihalari davlat va manfaatdor xususiy investorlar tomonidan moliyaviy qoʻllab-quvvatlashni talab qiladi, chunki materiallar qimmat, yuqori texnologiyali qurilmalar qimmatbaho, sinovlar esa xavfli. “Rusatom Oversiz” maʼlumotlariga koʻra, Toyota, Honda, Daimler, Nissan, GM allaqachon ushbu yoʻnalishga taxminan 365 million dollar sarmoya kiritgan va 2030-yilga borib sarmoya miqdori 10,5 milliard dollarni tashkil qiladi.
Qiyinchiliklarga qaramay ushbu yoʻnalish istiqbolli deb hisoblanadi. Ispaniyaning Repsol va Britaniyaning Waste2Tricity kompaniyalari qayta ishlangan plastmassadan vodorod ishlab chiqaradigan korxonalar qurmoqda. Cheshirda (Angliya shimoli-gʻarbiy qismidagi okrug) ishlab chiqarilgan birinchi vodorod zavodning oʻz ehtiyojlari uchun, kelajakda esa quvur liniyasi yordamida yoqilgʻi quyish shoxobchalariga yetkazib berish uchun ishlatiladi.
Moliyalashtirish bilan bogʻliq muammolardan tashqari kuchli portlash ehtimoli borligini ham esdan chiqarmaslik kerak. Sohani rivojlantirish uchun aholi bilan targʻibot ishlarini olib borish ham muhim ahamiyatga ega. Koʻpchilik texnogen falokatdan qoʻrqib, rivojlanishga qarshilik koʻrsatmoqda.
II. Saqlash va tashish
Metan, suv yoki plastmassadan vodorodni ajratib olishning oʻzi yetarli emas. Hosil boʻlgan uchuvchi gazni saqlash va keyin iloji boricha kamroq xarajat va yoʻqotishlar bilan tashish kerak boʻladi.
Vodorod turli texnologiyalar yordamida bir nechta holatda saqlanadi.
Dastlabki gaz holatida vodorodni quvur orqali harakatlantirish kerak. Iyul oyida Yevropa Ittifoqining gaz transporti kompaniyalari 23 ming kilometr uzunlikdagi vodorod tarmoqlari rejasini taqdim etdi. Loyihaga muvofiq tarmoq qamrovi hududi Daniyadan Italiya va Ispaniyagacha boʻlgan maydonni oʻz ichiga oladi.
Siqilgan shaklda esa vodorod ballonlarda saqlanadi. Bundan deyarli barcha xabardor. Asosiy qiyinchilik – yuqori bosimni taʼminlash. Ammo qalin devorlarga ega boʻlgan metall silindrlar juda ogʻir va qimmatga tushadi. Muqobil variant sifatida olimlar uglerod tolasiga oʻtishni oʻylamoqda.
Suyultirilgan holatda gaz ixchamroq saqlanadi va uni tashish osonlashadi. Janubiy Koreyaning MetaVista kompaniyasidagi vodorodni suyultirish boʻyicha mutaxassislar rekord darajadagi energiya zichligiga ega boʻlgan vodorod yoqilgʻisi bakini yaratdi. Sinovlar havoda deyarli 11 soat davomida mana shunday idish biriktirilgan dron yordamida amalga oshirildi. 2019-yilda vodorod siqilgan gazdan uch baravar zichroq qadoqlanishi va tashilishi mumkin boʻlgan idish namunasi paydo boʻldi.
Shu tarzda SPG tankerlarida ham vodorodni tashish rejalashtirilmoqda. Yaponiya Avstraliyada qoʻngʻir koʻmir konlarini gazlashtirish orqali vodorod ishlab chiqarishni rejalashtirayotganini eʼlon qildi. Loyihadan keyin qolgan koʻmirni qayta koʻmib yuborish, vodorodni esa SPG tankerlarida Yaponiyaga yetkazish rejalashtirilgan.
Yana bir yoʻnalish vodorodni turli elementlarning gidridlari tarkibida qattiq shaklda saqlashdir. Ushbu usul maxsus harorat, sharoit yoki bosim talab qilmaydi va vodorod molekulalarini qattiq moddaga singdirishga asoslangan. Bunday holda, soʻrilgan vodorod hajmi qattiq jismning hajmidan bir necha yuz marta kattaroq boʻladi.
Texnologiya hali yetarli darajada rivojlantirilmagan, lekin ushbu yoʻnalishda borogidrid natriy istiqbolli birikmalardan biri deb baholanmoqda. Avstraliyaning Manila shahrida mana shunday sinovlar oʻtkazilmoqda. Shimgich murakkab vodorodni yaxshi oʻzlashtiradi va keyin uni osongina qaytarib beradi. Mavjud texnologiya Yangi Janubiy Uels universiteti (UNSW) qoshidagi Kimyoviy muhandislik maktabida professor Kondo-Fransua Aguey-Zinsou tomonidan takomillashtirildi. Tadqiqotlar H2Store startapi doirasida olib borilmoqda. “Qattiq” vodorodni oddiy konteynerlarda tashish mumkin.
50 mingdan bir million kub metrgacha boʻlgan katta hajmdagi vodorodni saqlash uchun yerosti gaz omborlaridan foydalanish rejalashtirilmoqda. Yevropa Ittifoqi va AQShda tuz gʻorlarini vodorod bilan toʻldirish boʻyicha tajriba loyihalari amalga oshirilmoqda. Gollandiyadagi “Vodorod vodiysi” yaratuvchilari hosil boʻlgan vodorodni yerosti “akkumulyatorlari”da saqlashni rejalashtirmoqda. Rossiyada ham vodorodni saqlash uchun mos keladigan gaz omborlari mavjud.
Saqlashdan tashqari, vodorodning holatiga bevosita bogʻliq boʻlgan tashish masalasini hal qilish ham muhimdir. Vodorodni sof gaz yoki metan-vodorod aralashmasi shaklida gaz quvuri orqali, qattiq holatda – konteynerlarda, siqilgan shaklda – silindrlarda va suyultirilgan holda – SPG tankerlarida tashish mumkin.
Agar Rosatomning Kola AESdagi elektroliz yordamida vodorod ishlab chiqarish loyihasi muvaffaqiyatli boʻlsa, vodorodni Saxalinga tashish va ehtimol, Shimoliy dengiz yoʻli boʻylab tankerlarda Osiyo-Tinch okeani mintaqasi mamlakatlariga eksport qilish mumkin boʻladi. Bu arzonroq va tezroq usuldir. Yangidan-yangi muzyorar kemalar qurilmoqda, demak, tez orada navigatsiya yil davomida yanada barqaror boʻladi. Katta hajmdagi ishlab chiqarishni yuqori haroratli gaz bilan sovitiladigan reaktorlar yordamida amalga oshirish kutilmoqda.
Vodorodni sanoat miqyosida saqlash va tashishning asosiy muammosi ilmiy sinovlar va infratuzilma yaratishning qimmatligidir. Eng aniq va keng qoʻllanayotgan usullar vodorodni mavjud quvurlar orqali metan-vodorod aralashmasi shaklida yuborish yoki vodorod ishlab chiqarish zavodi yonida uni suyultirish korxonalarini qurish va keyin SPG turi boʻyicha tashishdan iborat. Ammo boshqa yoʻnalishlar ham faol rivojlanmoqda. Har qanday innovatsion usullarni qoʻllashdan oldin, birinchi navbatda, ularning iqtisodiy foydasi baholanadi va eng ekologik toza loyihalar tanlab olinadi.
Maqolaning 2-qismini bu yerda o‘qing → sinaps.uz/maqola/14691
Muallif: Yuriy Ivanov. Ushbu maqola nplus1.ru saytidagi “Первый элемент. Сможет ли водород заменить углеводород?” nomli maqolaning tarjimasi.
Muqova surat: nplus1.ru
