Бир қарашда водород – идеал ёқилғи. Биринчидан, у борлиқдаги энг кенг тарқалган элемент саналади, иккинчидан, унинг ёнишида катта миқдорда энергия ажралиб чиқади ва бирор-бир зарарли газларсиз сув ҳосил бўлади. Инсоният водород энергетикасининг афзалликларини анча олдин англаб етган, бироқ йирик саноат кўламида уларни қўллашга шошаётгани йўқ.
Ер юзида водород тоза ҳолда учрамайди. Уни ажратиб олиш керак бўлади, лекин бунинг мавжуд усулларининг барчаси ё серхаражат, ё камсамаралидир. Бундан ташқари, водородни олиш жараёни энергия истеъмоли билан боғлиқ бўлади, у кўпинча атмосферага зарарли ташламалар чиқариш асосида углеводород хом ашёсини ёқиш орқали амалга оширилади.
Тикланувчан энергия манбалари қўлланилишининг ривожланиши «яшил» водород олиш (тикланувчан манбалардан олинган энергия қўллаш орқали) учун шароитлар яратди, янги технологиялар ривожланиши эса, олинадиган водород арзонлашувига сабаб бўлди.
Кейинги йилларда ривожлана бошлаган водородни қўллаш йўналишлари
Кейинги йилларда жаҳон ҳамжамияти олдида глобал исиш муаммоси юзага келди. Айрим ҳисоб-китобларга кўра, глобал ўртача ҳароратнинг яна 2 даражага кўтарилиши ҳароратнинг ўнглаб бўлмас даражада ўсишига олиб келади ва сайёрадаги бор жонзотларни ҳалок қилади. Энергия ишлаб чиқариш учун углеводород хом ашё ишлатишнинг ва шу сабабли иссиқхона газлари ташламалари ўсишининг ҳозирги суръатлари сақланиб қолса, сайёра ҳароратининг ўнглаб бўлмас даражада кўтарилиши 30-50 йилдан кейин рўй бериши мумкин.
2018 йил 16 ноябрда https://www.nature.com/articles/s41467-018-07223-9 сайтида эълон қилинган «Warming assessment of the bottom-up Paris Agreement emissions pledges» мақоласида айтилишича, Хитой, Россия ва Канаданинг ҳозирги иқлимий сиёсати юз йиллик охирига бориб 5°Сга исишга олиб келади, АҚШ ва Австралияда ҳолат бироз яхшироқ (4°С дан юқори). Европа Иттифоқи мамлакатлари учун бу кўрсаткич 3-3,5°С ни ташкил қилади.
Глобал ўртача ҳароратнинг ўнглаб бўлмас кўтарилишига йўл қўймаслик мақсадида, БМТнинг Иқлим ўзгариши тўғрисидаги доиравий конвенцияси доирасида, 2015 йил 12 декабрда консенсус асосида Париж келишуви қабул қилинган. У 2020 йилдан бошлаб атмосферадаги карбонат ангидрит газини камайтириш, глобал ўртача ҳарорат ўсишини 2°Cдан «анча паст»да ушлаб туриш ва ҳарорат ўсишини 1,5°C билан чеклашга «саъй-ҳаракат қилиш»га қаратилган чора-тадбирлар қабул қилишни кўзда тутади.
Глобал ўртача ҳарорат ўсишини ушлаб туришга, жумладан, тикланувчан энергия манбалари (ТЭМ)дан фойдаланишни кенгайтириш, энергия тежовчи ва энергия самарали технологияларга ўтиш орқали эришиш мумкин.
Тикланувчи энергия манбалари (қуёш ва шамол энергияси нобарқарор, йил фасллари ва куннинг қайси қисми эканлигига, об-ҳавога боғлиқ) эҳтиёжни тўлиқ қондира олмайди. Шу сабабли тикланувчан манбаларда қулай шароитларда ишлаб чиқарилган энергиянинг ортиқча қисмини аккумуляция қилишга эҳтиёж туғилади.
Электр энергиясининг кенг тарқалган кимёвий аккумуляторлари ё жуда қисқа хизмат даврига эга (кислотали, ишқорли), ё ер юзида чекланган миқдорда бўлган, ноёб ва қимматбаҳо элементлар (литий)дан тайёрланади. Шунингдек, ушбу аккумуляторлар эксплуатация муддати тугаганидан кейин муаммоли утилизация жараёнидан ўтиши керак ва пировардида атроф-муҳитни ифлослантиради.
Кейинги йилларда водород ёқилғисидан, айнан энергия аккумулятори сифатида ишлатилиши мумкин бўлган «яшил водород»дан фойдаланиш йўналиши ривожлана бошлади. Бу «яшил водород» ТЭМ станцияларида ишлаб чиқариладиган ортиқча электр энергиясидан фойдаланган ҳолда, сувнинг Н2О молекулаларини электролиз ёки пиролиз технологиялари ёрдамида 2 водород атоми 2Н ва кислород атоми О га парчалаш йўли билан ишлаб чиқарилади. Бу жараён экологик тоза бўлиб, атмосферага фақат тоза кислород ташланиши билан кечади. Ажратиб олинган водород, ишлатилгунига қадар, махсус сиғимларда сақланади. Шунингдек, водород истеъмол манзилига ҳам қувурлар орқали, ҳам транспорт воситаларига ўрнатилган цистерналарда етказилиши мумкин.
Водород қуйидаги ўринларда ишлатилиши мумкин:
а) ёқилғи сифатида. Боз устига, энг экологик тоза ёқилғи сифатида. Водород ёниши жараёнида ёниш маҳсуллари (ишланган газ) фақат сув буғларидан иборат бўлади. Ёниш жараёнида олинган иссиқлик энергияси бевосита иссиқлик энергияси сифатида ишлатилиши ҳам, шунингдек, иссиқлик электр станцияларида электр энергияга айлантирилиши ҳам мумкин.
б) ёқилғи элементлари сифатида (ЁЭ). Ҳозирда водородли ёқилғи элементи анъанавий гальваник элементни эслатади, фақат бир фарқи бор: реакция учун модда элементда сақланмайди, балки мунтазам равишда четдан келтирилади. Водород ғовак анод орқали ўтиб, электронларни йўқотади, улар электр занжирга кўчади, мембрана орқали эса, водород катионлари ўтади. Кейин катодда кислород протонни ва ташқи электронни илиб олади, натижада сув ҳосил бўлади.
«Яшил» энергетика нуқтаи назаридан водородли ёқилғи элементларида фойдали иш коэффициенти (ФИК) ўта юқори – 60%. Қиёслаш учун: энг яхши ички ёнув двигателлари ФИКи 35-40%ни ташкил қилади. Қуёш электр станциялари учун коэффициент атиги 15-20%ни ташкил қилади, лекин об-ҳаво шароитига ўта боғлиқ. Энг яхши қанотли шамол электр станцияларининг ФИКи 40%гача чиқади, бу буғли генераторларникига тенг, лекин шамол станциялари ҳам қулай об-ҳаво шароитини ва қимматбаҳо хизмат кўрсатишни талаб қилади.
Амалда исталган қувватдаги хавфсиз водород батареяларини тайёрлаш имконияти уларни ҳам уй хўжаликларида, транспорт, фазо кемаларида, ҳам йирик саноат объектларида электр энергияси манбаи сифатида ишлатиш имконини беради.
Шухрат Исаев